一种用于锁定髓内钉的新型计算机辅助整形外科(2)

介绍了一套用于整形外科的全自动机器人系统.该系统中的并联机器人取代了传统的复位工具,并提出了一种简单、准确的基于几何模型的对准方法,得到一条能够穿过髓内钉远端孔的三维路径,引导串联机器人锁定髓内钉.实验结果表明,该系统有足够的定位精度和稳定性,并可以大大减

机 器 人 年 月

图 计算机辅助整形外科系统的组成原理图把髓内钉植入断腿骨头的狭窄髓腔内 个六维力传感器 以避免并联机器人的牵引力超出

复位完成后 医生就可以腿部肌肉所能承受的范围

× ∏ 2

医生必须完全控 为了保证患者和医生的安全

反过来机器人系统也应满足所有必制机器人系统

医生可以控制一个紧急制动手柄操要的安全措施

并在系统中安装机电安全设备 在控制软件中加作

入安全协议来满足操作要求

在手术过程中 当过多软组织受到破坏时 患者对于机器人系统 在手术室受感染率高达 ≈

防止感染是极为重要的设计准则 因此使用了已中

消毒的覆盖物把操作设备从手术室中的消毒区隔系统中的所有附件都由不锈钢制成 以确保足够开

的抗腐能力和适应力

图 标定圆盘安装在影像增强器的表面上如图 所示

× ∏

3 图像畸变校正(Χορρεχτιονοφιμαγεδισ2

τορτιον)

从÷光图像中进行距离!面积和体积的测量时 为了保证精度 必须对成像设备进行标定 对于影像增强器 产生畸变的因素有 电子束从曲面投影到平面 电子聚焦系统的精度 外部磁场的影响以及光学系统的偏差 这些因素导致了图像的枕形畸变和≥形畸变 其中 枕形畸变和增强器的位置无关 而≥形畸变则取决于增强器的方位 尤其当增强器运动时 该畸变的方式和大小会有很大变化

为了消除畸变 这里采用了/局部法0 即在对变先把图像分割成局形图像和标准图像进行匹配时

然后求出这些相应图像区域间的转换关系 部区域

我们设计了一个薄圆盘来代替标准图像 在圆盘的其余的圆孔直径中央是一个直径为 的圆孔

所有圆孔的圆心都均匀分布在间距为均为 并把该圆盘安装在增强器的表面上 的网格上

我们先对圆盘投影所产生的畸变图像 实验中

然后使用种子填充法计算出图进行增强和二值化

我们利用这些大量的形像中每个圆孔投影的形心

心坐标以及与之相对应的圆盘上的圆孔把两幅图像假定畸变图像中每个四边分割成许多四边形区域

形的顶点坐标为(υ, ),与之对应的圆盘上圆孔中

心的坐标为(ξ,ψ),而这些点之间的几何对应关系可以由一阶多项式来描述,其式:

ξ=π υ +π υ+π +π ψ=θ υ +θ υ+θ +θ

( )

每一对四边形区域都可列出 个方程,因此可以求

和θι, ,其中ι, , .这些系数出相应的参数πι,

可建立将四边形区域内的所有点进行空间映射的公式.然后把每个区域对应的 个系数存到一个表格

中,用于整幅图像的校正.

由于畸变图像的像素在标准图像中没有对应的整数值,我们利用双线性变换来进行灰度插值.