計算機輔助微創(chuàng)心臟外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、計算機輔助外科手術(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)生進行術(shù)前計劃,使創(chuàng)口最小化,同時提高手術(shù)質(zhì)量,給外科手術(shù)帶來了極大的便利。計算機輔助手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)將計算機繪制的虛擬模型與使用者所看到的真實世界景象融合在一起,使得用戶可從計算機描繪的虛擬模型中獲取額外的信息,從而對真實環(huán)境進行增強。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,虛擬模型是通過醫(yī)學(xué)成像設(shè)備,如CT,MRI,對人體部位掃描得到體數(shù)據(jù),然后對其進行三維重建得到的。本文的工作是希望將計算機輔

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)生在計算機屏幕上既可以看到病人真實的環(huán)境和姿勢,又可以從虛擬模型中得到其視覺系統(tǒng)所無法獲得的信息。本文設(shè)計并實現(xiàn)了一個計算機輔助微創(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,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)文中提出的四個優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)選擇手術(shù)的優(yōu)化切口的過程來完成術(shù)前切口規(guī)劃。手術(shù)導(dǎo)航模塊實現(xiàn)了術(shù)中對手術(shù)器械、內(nèi)窺鏡位置的實時跟蹤并在重建出的病人三維圖像中實時顯示出來的功能。當(dāng)內(nèi)窺鏡偏離預(yù)定的狀態(tài)時,系統(tǒng)報警,以使醫(yī)生在手術(shù)時獲得最佳的視野。同時系統(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虛擬現(xiàn)實環(huán)境。之后介紹了系統(tǒng)的設(shè)計,說明了系統(tǒng)具有良好的可擴展性和可維護性,能夠很好

4、的應(yīng)對將來新的需求。為了驗證系統(tǒng)的性能,文中描述了相關(guān)的實驗。為了驗證系統(tǒng)術(shù)前切口規(guī)劃的有效性,我們運用本系統(tǒng)在對5個冠脈搭橋手術(shù)和5個房缺修補手術(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)果進行對比,驗證了系統(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。通過對方模的測試,得到了配準(zhǔn)誤差為1.08±0.16mm,完全符合臨床的需求。通過骨架模型的測距實驗,測得誤差為1.04±0.43mm,證明了系統(tǒng)能對手術(shù)器械、內(nèi)窺鏡和手