計(jì)算機(jī)輔助微創(chuàng)心臟外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)充分利用了多種醫(yī)學(xué)成像信息,不僅可幫助外科醫(yī)生進(jìn)行術(shù)前計(jì)劃,使創(chuàng)口最小化,同時(shí)提高手術(shù)質(zhì)量,給外科手術(shù)帶來(lái)了極大的便利。計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)繪制的虛擬模型與使用者所看到的真實(shí)世界景象融合在一起,使得用戶可從計(jì)算機(jī)描繪的虛擬模型中獲取額外的信息,從而對(duì)真實(shí)環(huán)境進(jìn)行增強(qiáng)。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,虛擬模型是通過(guò)醫(yī)學(xué)成像設(shè)備,如CT,MRI,對(duì)人體部位掃描得到體數(shù)據(jù),然后對(duì)其進(jìn)行三維重建得到的。本文的工作是希望將計(jì)算機(jī)輔

2、助外科手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用到微創(chuàng)心臟外科手術(shù)中,從而提供給醫(yī)生更直觀的信息。醫(yī)生在計(jì)算機(jī)屏幕上既可以看到病人真實(shí)的環(huán)境和姿勢(shì),又可以從虛擬模型中得到其視覺系統(tǒng)所無(wú)法獲得的信息。本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)計(jì)算機(jī)輔助微創(chuàng)心臟外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)。在討論此系統(tǒng)的開發(fā)前論述了關(guān)于圖像分割和醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)三維可視化的知識(shí),并介紹了相應(yīng)的面繪制和體繪制的常用算法,這些內(nèi)容都將在本系統(tǒng)中得到應(yīng)用。接著在系統(tǒng)的眾多功能中著重介紹了系統(tǒng)的術(shù)前切口規(guī)劃和手術(shù)導(dǎo)航模塊。在術(shù)前切

3、口規(guī)劃模塊中,系統(tǒng)通過(guò)確定手術(shù)目標(biāo),生成手術(shù)候選切口并依據(jù)文中提出的四個(gè)優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)選擇手術(shù)的優(yōu)化切口的過(guò)程來(lái)完成術(shù)前切口規(guī)劃。手術(shù)導(dǎo)航模塊實(shí)現(xiàn)了術(shù)中對(duì)手術(shù)器械、內(nèi)窺鏡位置的實(shí)時(shí)跟蹤并在重建出的病人三維圖像中實(shí)時(shí)顯示出來(lái)的功能。當(dāng)內(nèi)窺鏡偏離預(yù)定的狀態(tài)時(shí),系統(tǒng)報(bào)警,以使醫(yī)生在手術(shù)時(shí)獲得最佳的視野。同時(shí)系統(tǒng)還搭建了由超聲圖像、內(nèi)窺鏡圖像和虛擬內(nèi)窺鏡圖像組成的增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境。之后介紹了系統(tǒng)的設(shè)計(jì),說(shuō)明了系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)展性和可維護(hù)性,能夠很好

4、的應(yīng)對(duì)將來(lái)新的需求。為了驗(yàn)證系統(tǒng)的性能,文中描述了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。為了驗(yàn)證系統(tǒng)術(shù)前切口規(guī)劃的有效性,我們運(yùn)用本系統(tǒng)在對(duì)5個(gè)冠脈搭橋手術(shù)和5個(gè)房缺修補(bǔ)手術(shù)病人做了術(shù)前切口規(guī)劃,并將結(jié)果與用傳統(tǒng)術(shù)前規(guī)劃方法所得的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了系統(tǒng)術(shù)前切口規(guī)劃較之傳統(tǒng)規(guī)劃的優(yōu)越性和有效性。通過(guò)對(duì)方模的測(cè)試,得到了配準(zhǔn)誤差為1.08±0.16mm,完全符合臨床的需求。通過(guò)骨架模型的測(cè)距實(shí)驗(yàn),測(cè)得誤差為1.04±0.43mm,證明了系統(tǒng)能對(duì)手術(shù)器械、內(nèi)窺鏡和手