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博士论文答辩题目：三维高精确光学定位技术及其临床应用 此篇博士论文献给——敬爱的母亲和父亲！ 0 报告内容 第一部份：光学三维定位技术及其临床应用 第二部分：目标表面多模式信息获取及三维重建 第三部分：论文的创新点和成果 第一部份 光学三维定位技术及其临床应用 应用背景 各种三维定位技术的综述与比较 用线性CCD传感器-柱面透镜组合实现三维定位的解算原理 主要系统软、硬件的完成 系统测量精度评价 临床应用 1 应用背景 计算机辅助手术——Computer Aided Surgery, 简称CAS它利用计算机对医学图像、图形处理，结合空间三维定位系统，辅助手术相关的基础研究、手术计划和手术过程。（欧洲Basel小组最早提出的名词） 1.2 三维定位系统在其它临床中的应用 在离体骨骼、器官变形测量中的应用 在与骨科手术相关的器械研制和评价中的应用 在骨科夹钳式外固定架研制中的应用 在颈部外固定器性能评价和研制中的应用 2 三维定位技术 2.1.1 光学定位技术比较 2.1.2 自行研制的基于线性CCD的光学三维定位系统 系统功能——快速、实时、高精度的立体定位 3 用线性CCD传感器-柱面透镜组合实现三维定位的解算原理 从理论上证明此方法的正确性 从算法上实现测量的可行性 3.1 定位原理 3.1.2 线性CCD＋柱面透镜的定位技术 柱面透镜实现从点到线的光学变换 像点确定一个包含被测点的平面 由三个相交平面得到被测点的位置 测量确定的点和实际点的误差？ 3.2 一维成像单元（ODIU）光学成像 3.2.1 直接线性变换（DLT）用于一维成像单元 3.2.2 确定CCD位置和空间坐标关系——DLT方程 3.2.2 求解DLT的L系数——相机校准 3.2.2 求解相机的内外方位元素 3.3 重建空间点的坐标 小结：线性CCD的DLT算法特点 进一步验证了线性CCD检测空间标志点的可行性 4 系统软硬件设计 线性CCD定位系统对光学系统的要求 实现点到线的光学变换 小畸变情况下，大视场、高分辨率 制作工艺要相对简单 难点 单柱面透镜难以满足要求，在畸变小的情况下，既要视场大，又要分辨率高 非球面透镜设计和制作很困难 组合柱面透镜的制作工艺太复杂 4.1.1 解决方案思路 4.1.2 组合柱面透镜的设计和实现 4.1.3 制作前的仿真结果——镜头的畸变量 4.1.4 制作后的实测结果——脉冲信号宽度 4.1.5 制作后的实测结果——柱面透镜的测量精度 4.2 实时控制系统的软、硬件实现 CCD控制驱动板 4.2.2 系统之软件实现 软件完成的功能 硬件系统的控制 3路线性CCD的数据读取 标志点的三维坐标重建 坐标位置显示 5.1 三维坐标重建精度测量 5.3 动态测量数据分析 三维定位系统实测结果 5.4 系统指标 测量范围：1000mm×1000mm×1000mm 测量距离：2m~3m 采样率： 226Hz/点 重建精度：X,Y轴0.5mm， Z轴0.9mm (700mm×700mm×700mm) 标志点LED波长：520nm～890nm 单CCD象素个数：2160 电源：12V/5V 6 临床应用 评定设计的夹钳式外固定架的性能 用于颈椎固定架的稳定性分析预实验 6.1 评定301医院研制的夹钳式外固定架的性能 夹钳式外固定架的特点 不需要电、气钻；不穿透骨髓腔； 应用简便，固定可靠 可在短时间内固定伤肢，尤其适用于批量伤员小腿及前臂骨折的固定。 评价——该外固定架能否达到骨折固定目的 承受外力大小 断骨之间的位移量（生物力学实验机无法测定） 断骨之间旋转角度（生物力学实验机无法测定） 固定的对称性 外固定架测试实验的示意图 实验环境 实验前状态 实验后状态 生物力学实验机输出参数（1）—— 生物力学实验机输出参数（2）—— 三维定位系统测量结果（1）——位移 三维定位系统测量结果（2）——XY平面旋转 三维定位系统测量结果（3）——水平XZ平面旋转 三维定位系统测量结果（4）——侧平面YZ平面旋转 6.1.1 结果分析 位移检测量 前端、后端的位移量反映夹钳式外固定架的抗压的好坏 前、后端位移量的不同反映了受力的不一致 实验中，位移量比较大的原因是实验是破坏性实验 角度偏转量 说明固定位置的对中性不是太好 6.2 颈椎前向固定器的稳定性分析 颈椎前向固定器固定方式简介 前向固定器稳定性分析预实验 实验设计 选择柔性钢尺作为实验对象 在钢尺的四个位置固定4根钢条，每根钢条上固定两个标志点 钢尺两端固定在生物力学实验机上 生物力学实验机施加水平旋转、正面垂直弯曲和垂直下压运动 结果分析——证明系统的实用性 分析相邻两根钢