Оглавление
ВВЕДЕНИЕ ..............................................................................................................................................5
1 АНАЛИЗ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ДЛЯ
ЗАДАЧ ХИРУРГИЧЕСКОЙ НАВИГАЦИИ ......................................................................................13
1.1 Предметная область............................................................................................................13
1.2 Развитие систем хирургической навигации .....................................................................14
1.3 Особенности проведения вмешательств в неонатальном периоде ................................24
1.3.1 Линейные характеристики объекта автоматизации ........................................................25
1.3.2 Проведение вмешательства у неонатального пациента ..................................................25
1.4 Анализ технологических решений в области хирургической навигации .....................25
1.5 Анализ технологических решений для определения положения инструментов при
выполнении хирургической навигации ..............................................................................................31
1.5.1 Методы определения положения хирургического инструмента ...................................33
1.6 Применимость существующих методик для предметной области ................................37
1.7 Постановка задачи ..............................................................................................................39
Выводы по главе 1 .................................................................................................................................43
2 БИЗНЕС-ПРОЦЕССЫ ПОДГОТОВКИ И ПРОВЕДЕНИЯ ВМЕШАТЕЛЬСТВА,
ПОДГОТОВКА ГРАФИЧЕСКИХ ДАННЫХ И МОДЕЛЬ ДАННЫХ ............................................44
2.1 Бизнес-процесс подготовки и проведения хирургического вмешательства ................44
2.1.1 Подготовка к проведению вмешательства .......................................................................44
2.1.2 Проведение вмешательства ...............................................................................................45
2.2 Функциональные требования к аппаратному обеспечению ..........................................46
2.2.1 Автоматизированное рабочее место подготовки трёхмерной модели зоны
оперативного вмешательства ...............................................................................................................47
2.2.2 Сервер баз данных ..............................................................................................................49
2.2.3 Система хранения данных .................................................................................................50
2.2.4 Управляющий компьютер хирургического комплекса...................................................50
2.3 Общие принципы работы комплекса ................................................................................54
2.4 Метод подготовки графических диагностических данных для пациентов с
врождёнными пороками развития лёгких и мочевыводящих путей ................................................55
2.4.1 Требования к диагностической информации ...................................................................55
2.4.2 Создание трёхмерной модели ...........................................................................................57
2.4.3 Регламент обработки и сегментации ................................................................................58
2.4.4 Создание банка анонимизированных изображений ........................................................66
2.5 Оптимизация бизнес-процесса подготовки и проведения вмешательства ...................67
3
2.6 Режимы отображения информации ..................................................................................70
2.7 Модель данных ...................................................................................................................71
2.7.1 Ролевая модель....................................................................................................................72
2.7.2 Схема «Оперативное вмешательство» (surgery_manipulation) .......................................72
2.7.3 Схема «Планирование оперативного вмешательства» (manipulation_plan) .................76
2.7.4 Схема «Трёхмерная сцена» ................................................................................................77
2.7.5 Схема «Интраоперационная информация» ......................................................................81
Выводы по главе 2 .................................................................................................................................83
3 РЕЖИМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ, ОПТИМИЗАЦИЯ БИЗНЕС-ПРОЦЕССА И МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРИМЕНЕНИЯ МАНИПУЛЯТОРА ..............85
3.1 Режимы применения оборудования ..................................................................................85
3.2 Специфика подготовленной модели зоны хирургического вмешательства ...............113
3.2.1 Дополнение модели бизнес-процесса подготовки к вмешательству ..........................115
3.3 Требования к прототипу манипулятора .........................................................................115
3.3.1 Требования к компонентам прототипа манипулятора ..................................................116
3.4 Требования к техническому и аппаратному обеспечению ИСУ ЭВ ...........................118
3.5 Наборы данных, определённые для взаимодействия между различными компонентами ИС ...............................................................................................................................119
3.5.1 Набор данных, входящих в первичный настроечный пакет (настроечный файл) хирургического манипулятора ...........................................................................................................119
3.5.2 Входящие данные, необходимые для визуализации .....................................................120
3.6 Математическая модель отображения хирургического инструмента .........................122
3.6.1 Алгоритмы получения состояния манипулятора ..........................................................123
3.6.2 Расчёт текущего положения конечного манипуляционного узла. ..............................124
3.6.3 Математическая модель позиционирования хирургических инструментов с применением видеопары ....................................................................................................................127
3.7 Программное обеспечение визуализации и протоколирования хода хирургического вмешательства .....................................................................................................................................134
3.7.1 Создание трехмерной модели .........................................................................................134
3.7.2 Формирование виртуальной операционной сцены .......................................................135
3.7.3 Отображение виртуальной сцены ...................................................................................136
3.7.4 Программные компоненты для проверки корректности функционирования оборудования перед началом использования ...................................................................................137
3.7.5 Программные компоненты интраоперационной калибровки ......................................138
Выводы по главе 3 ...............................................................................................................................140
4 Практическая реализация ................................................................................................141
4
4.1 Разработанные программные средства...........................................................................141
4.2 Характеристики разработанных программных модулей ..............................................142
4.2.1 Автоматизированная реконструкция изображений ......................................................142
4.2.2 Программное обеспечение визуализации и протоколирования хода хирургического вмешательства .....................................................................................................................................142
4.2.3 Программный компонент определения положения сочленения .................................143
4.2.4 Программный компонент сбора данных о положении сочленений ............................144
4.2.5 Подсистема хранения данных .........................................................................................144
4.3 Испытания ИС...................................................................................................................145
4.3.1 Комплекс технических средств ИС ................................................................................145
4.3.2 Оценка погрешности прототипа хирургического манипулятора ................................149
4.3.3 Испытания программных модулей .................................................................................151
4.4 Результаты патентного поиска ........................................................................................157
Выводы по главе 4 ...............................................................................................................................159
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ...................................................................................................................................160
Внедрение 161
Перспективы дальнейшей разработки темы .....................................................................................163
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ .................................................................................................................165
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ...................................................................................................................167
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ................................................................................................................................180
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 ................................................................................................................................182
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 ................................................................................................................................183
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 ................................................................................................................................186
