Ultrasound Image Guided and Mixed Reality-Based Surgical System With Real-Time Soft Tissue Deformation Computing for Robotic Cervical Pedicle Screw Placement

计算机视觉 成像体模 计算机科学 影像引导手术 人工智能 软组织 虚拟现实 变形(气象学) 增强现实 生物医学工程 外科 医学 放射科 材料科学 复合材料
作者
Puxun Tu,Chunxia Qin,Yan Guo,Dongyuan Li,Abel J Lungu,Huixiang Wang,Xiaojun Chen
出处
期刊:IEEE Transactions on Biomedical Engineering [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:69 (8): 2593-2603 被引量:36
标识
DOI:10.1109/tbme.2022.3150952
摘要

Cervical pedicle screw (CPS) placement surgery remains technically demanding due to the complicated anatomy with neurovascular structures. State-of-the-art surgical navigation or robotic systems still suffer from the problem of hand-eye coordination and soft tissue deformation. In this study, we aim at tracking the intraoperative soft tissue deformation and constructing a virtual-physical fusion surgical scene, and integrating them into the robotic system for CPS placement surgery.Firstly, we propose a real-time deformation computation method based on the prior shape model and intraoperative partial information acquired from ultrasound images. According to the generated posterior shape, the structure representation of deformed target tissue gets updated continuously. Secondly, a hand tremble compensation method is proposed to improve the accuracy and robustness of the virtual-physical calibration procedure, and a mixed reality based surgical scene is further constructed for CPS placement surgery. Thirdly, we integrate the soft tissue deformation method and virtual-physical fusion method into our previously proposed surgical robotic system, and the surgical workflow for CPS placement surgery is introduced.We conducted phantom and animal experiments to evaluate the feasibility and accuracy of the proposed system. Our system yielded a mean surface distance error of 1.52 ± 0.43 mm for soft tissue deformation computing, and an average distance deviation of 1.04 ± 0.27 mm for CPS placement.Results demonstrate that our system involves tremendous clinical application potential.Our proposed system promotes the efficiency and safety of the CPS placement surgery.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
科研通AI6.3应助刘淼采纳,获得10
刚刚
慕青应助叶子采纳,获得10
1秒前
俺村俺最牛完成签到 ,获得积分10
1秒前
kusicfack完成签到,获得积分10
2秒前
2秒前
哈雷彗星完成签到,获得积分10
3秒前
Snail6完成签到,获得积分10
4秒前
锂离子完成签到,获得积分10
4秒前
lyf完成签到,获得积分10
5秒前
龙在天涯完成签到,获得积分10
5秒前
苹果姐完成签到 ,获得积分10
5秒前
海森堡完成签到,获得积分10
7秒前
长情的寇完成签到 ,获得积分10
7秒前
dskuyy完成签到,获得积分10
8秒前
DDD完成签到 ,获得积分10
9秒前
英勇以筠发布了新的文献求助10
9秒前
九天完成签到 ,获得积分10
9秒前
猕猴桃完成签到 ,获得积分10
10秒前
Archie完成签到,获得积分10
11秒前
AA完成签到 ,获得积分10
11秒前
ynwa完成签到 ,获得积分10
12秒前
Likz完成签到,获得积分10
12秒前
大力水手完成签到,获得积分10
13秒前
快乐的小宛完成签到 ,获得积分10
13秒前
Peter完成签到 ,获得积分10
15秒前
nuture完成签到 ,获得积分10
15秒前
xiong完成签到,获得积分10
17秒前
月关完成签到 ,获得积分10
19秒前
英勇以筠完成签到,获得积分20
19秒前
lym完成签到,获得积分10
20秒前
悦耳含灵完成签到,获得积分10
20秒前
410的大平层有213个杀手完成签到 ,获得积分10
20秒前
无奈的代珊完成签到 ,获得积分10
21秒前
bodao完成签到,获得积分10
21秒前
中华牌老阿姨完成签到,获得积分10
22秒前
沭阳检验医师完成签到,获得积分0
23秒前
WJane完成签到,获得积分10
25秒前
25秒前
鬼笔环肽完成签到,获得积分10
25秒前
微笑枫完成签到,获得积分10
26秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Elements of Propulsion: Gas Turbines and Rockets, Second Edition 1000
卤化钙钛矿人工突触的研究 1000
Engineering for calcareous sediments : proceedings of the International Conference on Calcareous Sediments, Perth 15-18 March 1988 / edited by R.J. Jewell, D.C. Andrews 1000
Wolffs Headache and Other Head Pain 9th Edition 1000
Continuing Syntax 1000
Signals, Systems, and Signal Processing 510
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6246807
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8070224
关于积分的说明 16846054
捐赠科研通 5322911
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2834296
邀请新用户注册赠送积分活动 1811801
关于科研通互助平台的介绍 1667554