面向股骨頸骨折內(nèi)固定術(shù)的手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)研究.pdf

1、股骨頸骨折是臨床上的常見骨折之一,多發(fā)生于老年人。目前,臨床上治療股骨頸骨折多采用基于刻度導(dǎo)針導(dǎo)向的穿釘內(nèi)固定手術(shù),但是由于股骨頸直徑較小,容易造成穿透股骨頸等手術(shù)風(fēng)險(xiǎn),甚至造成手術(shù)失敗。而且,在內(nèi)固定手術(shù)中醫(yī)生需要經(jīng)常拍攝X光片觀察手術(shù)器械與股骨頸的相對(duì)位置,患者受線嚴(yán)重。本文在股骨頸骨折內(nèi)固定手術(shù)中引入計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像導(dǎo)航技術(shù),建立面向股骨頸骨折內(nèi)固定術(shù)的手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng),輔助外科醫(yī)生精確高效地完成股骨頸骨折內(nèi)固定手術(shù)中穿釘固定工作,提

2、高股骨頸骨折內(nèi)固定手術(shù)質(zhì)量。
　　本論文以股骨頸的解剖結(jié)構(gòu)及股骨頸骨折三翼釘內(nèi)固定手術(shù)為指導(dǎo),從臨床手術(shù)的安全性、可靠性和高效性角度出發(fā),構(gòu)建面向股骨頸骨折內(nèi)固定術(shù)的手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng),該系統(tǒng)為醫(yī)生提供了醫(yī)學(xué)圖像處理、術(shù)前規(guī)劃、術(shù)中圖像引導(dǎo)等全過程的手術(shù)協(xié)助。手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的硬件部分包括光學(xué)定位系統(tǒng)、圖形工作站、手術(shù)器械。軟件平臺(tái)是基于MFC編譯環(huán)境和VTK工具包開發(fā)的,包括光學(xué)定位系統(tǒng)的位姿信息采集模塊、醫(yī)學(xué)圖像處理模塊、“圖像—患者”

3、配準(zhǔn)模塊、手術(shù)器械的顯示及跟蹤模塊和手術(shù)規(guī)劃模塊。
　　在面向股骨頸骨折內(nèi)固定術(shù)的手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)中,“圖像—患者”之間的空間配準(zhǔn)關(guān)系是手術(shù)導(dǎo)航的基礎(chǔ),為了解決ICP算法容易陷入局部最優(yōu)解的問題,本文通過減少圖像空間和患者空間的坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)角度改進(jìn)ICP空間配準(zhǔn)算法,盡量保持其坐標(biāo)系方向的一致性,提高“圖像—患者”之間的空間配準(zhǔn)精度。手術(shù)器械的可視化和實(shí)時(shí)跟蹤是手術(shù)導(dǎo)航的關(guān)鍵,可以為醫(yī)生準(zhǔn)確直觀地進(jìn)行股骨頸骨折內(nèi)固定手術(shù)提供幫助。為了達(dá)

4、到手術(shù)器械實(shí)時(shí)跟蹤的效果,建立了手術(shù)器械表面模型,完成了“光學(xué)定位器—手術(shù)器械”之間的位姿信息轉(zhuǎn)換,進(jìn)行了手術(shù)器械位置和方向標(biāo)定實(shí)驗(yàn),最終實(shí)現(xiàn)手術(shù)器械實(shí)時(shí)跟蹤。
　　為了輔助醫(yī)生準(zhǔn)確高效地完成股骨頸骨折內(nèi)固定手術(shù),制定手術(shù)規(guī)劃方案,包括手術(shù)穿釘路徑規(guī)劃和穿釘方向規(guī)劃。采用基于圖像的兩點(diǎn)規(guī)劃方法實(shí)現(xiàn)手術(shù)器械穿釘路徑規(guī)劃,該方法在二維醫(yī)學(xué)圖像中選擇穿釘起點(diǎn)和穿釘終點(diǎn)生成手術(shù)器械穿釘路徑。依據(jù)股骨頸的解剖結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)手術(shù)器械合理穿釘方向的