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微侵袭外科的重要组成——手术导航系统
影像导航是微侵袭外科的重要组成部分,是一种计算机辅助的手术系统.本文介绍了手术导航的基本原理和重要组成部分以及应用于导航的不同种类的手术器械.同时对于导航在各类临床手术中的应用做出了分类说明.
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一种关于医学图像融合的新思想探讨
医学图像融合技术在临床诊断和治疗、计算机辅助诊断、远程医疗、放射治疗及制定手术计划等方面有着广泛的应用前景.本文将详细介绍图像融合的技术、方法以及医学上的应用,并针对其局限性提出一种新思想.
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手术导航技术
手术导航系统是计算机技术、立体定向技术和图像处理技术结合发展的产物,现已适应微创外科的需要,广泛应用于神经外科、骨科、耳鼻喉科的手术应用.本文叙述了手术导航系统工作原理、结构组成、工作流程和当前涌现出的新功能、新技术.后也指出了当前手术导航系统中的一些尚需改进的地方.
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手术导航系统探究
目前在我国手术导航技术的应用已悄然起步,它的引入为脑外、骨外、耳鼻喉、整形外科等科室的手术提供了更广泛的空间.本文对该系统做了简单的介绍与分析.
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计算机辅助手术的发展状况和展望--参加第17届国际计算机辅助放射学及手术大会(CARS'03)后记
计算机辅助手术和治疗(IGST)是一个新兴的多学科交叉的研究领域,近年来取得了飞速的发展.作为该领域顶级会议之一的国际计算机辅助放射学及手术大会(CARS2003)于2003年6月25至28日在英国伦敦伊丽莎白二世国际会议中心隆重举行了第17届会议.本文将对这次大会作一回顾和总结,内容包括科学论文方面的评论和产品展览方面的情况.
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手术导航设备关键技术分析和展望
微创手术以其创伤性小、恢复期短、安全高效等优势已成为现代医学发展快的领域之一。在微创手术中，手术导航设备得以广泛应用，用于制定术前计划、实时引导诊断和治疗，显著提高了手术效率、精度与安全性。本文综合分析了手术导航设备的影像来源、定位和显示等主要组成部分，以及注册和多模态影像融合等关键技术，并对手术导航设备的发展现状和趋势做了讨论。
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电磁手术导航系统的导航精度问题研究
目的 手术导航系统的精度受多重因素影响,通过实验对电磁手术导航系统的精度进行研究.方法 通过研究电磁手术导航系统的基本组成及坐标系统的定义和相互转换,认为电磁定位系统误差和手术注册误差是导航系统误差的主要来源.为此,针对电磁定位系统、手术注册、系统整体等设计一系列精度实验,测试手术导航系统的精度.结果 电磁定位系统精度为(0.19 ±0.15)mm,系统整体精度可达(1.44±0.39)mm.通过手术注册的实验结果分析得出,手术注册时在兼顾效率和精度的情况下采用7 ～ 10个标记点包住患者头部病灶部位,可获得理想的注册效果.同时提出提高系统精度的4个可行方法,包括优化图像处理算法、手术注册算法以及脑组织位移纠偏算法、减少干扰源等.结论 电磁手术导航系统的精度受到电磁定位系统、三维重建、注册算法等多重因素的影响,本文所述手术导航系统能够达到一般手术导航系统的精度需求.
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基于探针拾取点的膝关节表面重建
近邻点的正确选取是正确重建表面的前提.本文基于对膝关节导航手术中扫描数据的分析,得到扫描数据特征,利用这些特征寻找近邻点,生成局部切平面,建立有向距离场.再根据Delaunay三角剖分等相关理论,提取等值面,后生成膝关节表面模型.本文工作为增强膝关节导航手术的操作性和可视化效果提供了有利工具.
关键词： 手术导航 膝关节 三维表面重建 拾取点分析 Delaunay三角剖分 -
新一代Aurora电磁跟踪系统在手术导航中的应用
目的 针对临床介入手术中的手术“盲区”,以及微创手术中更精准的手术导航需求,本文采用新一代Aurora电磁跟踪技术以辅助手术导航.方法 采用Aurora电磁跟踪系统,与含金属材料的手术环境相匹配,利用系统自带的控制软件及其配备的SDK(二次开发包),笔者使用VC编程语言编写了一套适合临床手术导航的实时显示系统,并在荆州市第一人民医院进行了性能测试和对比实验.结果 Aurora电磁跟踪系统的手术定位精度从cm级提高为mm级,导航精度的平均值小于2 mm,且可供用户二次开发软件包,编程操作自由方便,与手术器械组合灵活,易于实现手术的智能导航.结论 验证了Aurora电磁跟踪系统的优越性能及其在手术导航中的意义,提高了手术导航的准确度和可控性,为临床工作提供了更广阔的应用空间.
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基于数据包络分析的股骨颈手术机器人导航系统临床有效性分析
目的 利用数据包络分析法(data envelopment analysis,DEA)对已开发的机器人导航系统在股骨颈空心钉内固定手术中的临床有效性进行评估,为定量评估机器人导航系统的临床效率提供支持.方法 该机器人导航系统利用双平面定位算法,根据两张术中透视图像计算手术路径的空间位置和方向,并应用一种新型的串并混联结构的机器人引导医生沿着计算好的手术路径完成手术操作.有机器人系统辅助和没有机器人系统辅助的临床手术被建模成决策单元(decision making units,DMU),其中应用机器人导航系统辅助的手术病例25例作为实验组,传统方式完成的25例病例作为对照组.选取C2R模型进行DEA有效性的计算,采用对偶规划模型中的效率指数V作为判断DMU是否DEA有效的标准,V=1则DEA有效,V＜1则非DEA有效.结果 机器人辅助手术的效率指数V计算结果是1,传统手术的结果是0.986 338 8.依据DEA模型定义证明有机器人辅助的手术相对高效.结论 基于DEA的评估证明此机器人导航系统确实可以提高临床手术效率.
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骶髂关节螺钉手术导航机器人系统设计及实验研究
目的 针对骶髂关节螺钉手术设计手术导航机器人系统,完成空间定位和路径导航,开展精度测试实验,检测系统定位的位置误差和角度误差.方法 本文开发手术导航机器人系统,利用基于透视视觉的双平面定位算法完成空间定位,利用串并混联结构的机器人完成路径导航.使用模型骨和尸体骨共完成模拟手术实验16例,通过术前规划与术后结果图片的重叠来评价手术导航机器人的系统精度.结果 本机器人系统终测得的位置误差为(1.91±1.15)mm,角度误差为1.88°±0.915°.结论 本文开发的手术导航机器人可提高手术精度和手术安全性,并减少术中透视的使用.系统的平均误差能够满足骶髂关节手术的要求,但误差的标准差较大,需在后续研究中通过算法和系统优化来改善.
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手术导航中定位跟踪系统精度问题的研究
手术导航中的重要工作是对人体与手术器械的相对位置进行测量,因此定位跟踪系统的精度影响整个手术导航过程,评估定位跟踪系统的精度具有很重要的意义.本文观察了器械状态、测量环境和使用方式对测量精度的影响,研究了造成手术器械定位误差的原因,并探讨了提高定位精度的方法.
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ACL导航手术中实时曲面重建问题研究
针对ACL导航手术中以光学定位仪测量方式得到的三维散乱数据云为基础,实时重建植入物的胫骨和股骨附着面及可能产生碰撞的部分滑车面.该方法在手术中可帮助医生判断附着面的合适位置及是否可能发生碰撞的滑车面的位置.大量的实际模拟结果表明,该方法避免了线性插值方法的缺点,在实际应用中更为有效.
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腹腔镜模拟手术三维纠偏系统的研究
目的 基于腹腔镜模拟手术训练缺乏有效的训练系统的问题,本文采用双目视觉系统设计了一种腹腔镜模拟手术三维纠偏系统,以达到将原设定切割路径呈现在程序界面,同时实时显示手术刀尖端切割路径,并实现纠正切割路径.方法 在Visual Studi0 2010软件平台上对Micron Tracker进行二次开发,调用Micron Tracker函数库进行Marker点的识别,采用拉格朗日拟合算法拟合出原定路径,通过逐一调用器械尖端坐标画出器械尖端走过的轨迹.结果 使用纠偏系统的A组志愿者和不使用纠偏系统的B组志愿者之间的偏移量比较得出:A组的25次实验整体X轴和Y轴正负平均偏移量均小于B组的偏移量;A、B两组第1次和第5次实验相比,正负平均偏移量均显著减少(P＜0.05),且随着受试者操作次数的增加偏移量呈减小的趋势;对A、B两组的正负偏移量进行方差分析,可得因素(纠偏系统)对实验指标(偏移量)有显著影响(F＞F-crit).结论 本研究设计的纠偏系统能有效减少培训者在培训过程中的偏移量及培训时间,提高培训效率.
关键词： 腹腔镜训练 手术导航 三维纠偏 双目视觉系统 Micron Tracker -
手术导航中精度问题的研究
手术导航系统由立体定位和图像配准两部分组成,整个系统的精度取决于术前多模医学图像数据重建所得的虚拟空间和术中实际空间匹配效果的好坏.系统精度由定位系统的精度和图像配准的精度两部分组成.术中的配准精度有依赖于立体定位系统的精度,定位精度是影响整个系统精度的重要因素.后,文中给出了影响手术导航各种的误差源.
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基于CT断层影像的颅骨解剖结构三维重建
目的:基于CT颅脑断面连续影像,利用Mimics 8.01软件对颅骨进行三维重建,为解剖学教学和研究提供模型.方法:利用Mimics软件对CT颅脑影像中的骨组织进行自动阈值分割后,对重建出的颅骨进行自动分割,分割出舌骨结构.对于其他颅骨结构,在Mimics软件中的三个方位CT图像中,利用定位线结合解剖学中的颅骨毗邻关系,找出区分毗邻颅骨之间的定位点.然后,根据事先规划的不同结构的分割颜色,人工描出相应的颅骨所在区域.随后,对分割出的各个颜色区域进行三维重建,重建出主要的脑颅骨和面颅骨结构,并分别在计算机上对上述结构进行观察.结果:成功对颅骨的结构分别以不同颜色进行分割,并分别重建出额骨、颞骨、枕骨、顶骨、蝶骨、筛骨、鼻骨、泪骨、上颌骨、下颌骨、腭骨、舌骨结构,在计算机中进行任意角度和单独观察.结论:基于CT颅脑断面影像可以对颅骨进行三维重建,为数字化颅骨解剖教学及颅脑手术导航奠定基础.
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医学图像标志点的自动配准
提出一种医学图像标志点自动识别方法,构造一个标志点的模板,利用区域相关景像匹配法,能快速、精确地将图像上的标志点识别出来.同时提出一种标志点自动配准算法:(1)定义标志点的多维距离向量,在图像空间或手术空间中,用某一标志点到其余点有序距离分量组成的向量,作为每个标志点的多维距离向量;(2)由于刚体变换保持距离不变,同一标志点在一个空间中的多维距离向量,与它在另一个空间的多维距离向量具有大的相近性,比较每两个点(分属不同空间)多维距离向量的相关系数,就可以找出图像空间标志点与手术空间标志点的对应关系;(3)将所有点对坐标值代入刚体变换线性方程组,用小二乘法求出从图像空间到手术空间的刚体变换矩阵,终实现医学图像标志点的自动识别和配准.
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医用导航手术设备
在导航的整个工作过程中,探测定位仪相当于通用无线分组业务(GPRS)中的卫星,我们可以用汽车导航的原理理解医用手术导航原理.
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计算机辅助立体定向神经外科手术导航系统
本文介绍一个基于红外定位系统、三维可视化技术和三维图像处理技术的计算机辅助立体定向神经外科手术导航系统.系统对病人脑部扫描的断层图像数据进行三维重构,经网格简化和切割等处理后将其显示出来.为了达到手术过程中组织结构的精确定位,采用红外导航技术,利用在病人头部的定位标志点,进行图像坐标系和手术室坐标系的校准.
关键词： 手术导航 立体定向神经外科手术 三维可视化 图像处理 计算机辅助 -
肝脏超声图像融合技术的应用进展
医学影像学是20世纪医学发展快、重要的领域之一。目前临床常用影像学检查包括X线、超声、CT、MRI、PET-CT/MRI等。不同的影像检查彼此之间各有优缺点，例如CT具有较好的空间分辨率，MRI可以清晰地显示软组织结构，超声具有实时性等。为了取长补短并大限度地发挥各种影像检查的优势，自20世纪80年代开始，相关研究人员把测绘学的图像融合技术应用于医学领域并逐渐成为研究热点[1-4]。
医学图像融合是指：将相同或不同成像设备所获取的同一组织或器官的图像，利用计算机技术进行准确的配准和叠加等变换处理，使其在空间位置和空间坐标上达到匹配，产生一种综合的信息影像[5]。初，医学图像融合技术应用于将功能影像叠加融合在解剖影像之上，例如PET-CT；随后，功能神经外科将医学图像融合技术应用于手术导航[6]。近年来随着多模态影像及影像引导下肝肿瘤消融技术的兴起，肝脏的超声图像融合技术成为研究热点[7-10]。
