● 摘要
基于C型臂图像的空间定位与导航技术是血管介入手术机器人的关键技术。由于C型臂影像增强器得到的X线图像存在多种失真，而无法用于空间定位和导航。研究C型臂X线图像的校正和空间定位技术对血管介入手术机器人的研制至关重要，对于医生利用C型臂安全、准确地完成介入手术，减少放射损伤和降低操作难度具有重要意义。本文利用光学定位系统和自行设计的校准靶装置，对C型臂图像失真的校正方法进行了研究。同时研究了校准靶X线图像中标记点的自动提取和利用C型臂图像进行空间定位的技术。首先分析了C型臂图像变形失真的原因和类型，并使用数学模型进行了模拟显示。其次，研究了校准靶X线图像中标记点的分布规律和图像特征，通过比较不同的提取方法后采用数学形态学的方法实现了图像的分割和标记点的提取。然后，建立基于摄像机非线性成像模型的C型臂成像系统标定模型。这个模型是利用标记点与校准靶上小孔实物的对应关系来实现C型臂成像系统的标定，求解出系统的内外参数。之后再用这些参数对C型臂失真图像进行校正。在系统标定的过程中，使用了Tsai标定算法和 优化算法相结合的方法。最后，研究了基于不同视点的C型臂图像进行三维重构技术。不同视点的C型臂二维图像能通过极线几何约束和点的匹配技术重构出三维空间点的位置。临床实验结果表明，重建的空间点之间距离与实际的空间点之间的距离平均误差是 0.47mm，方差为0.41，结果精度完全满足临床实际应用的要求。