虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在骨科中的運(yùn)用

1、重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院骨科重慶市涪陵中心醫(yī)院骨科劉登均劉登均2013年12月11日 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在骨科中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在骨科中的運(yùn)用的運(yùn)用 ;E-mail:重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院 目 錄4 前 言 背 景1235 研 究 對(duì) 象 實(shí) 驗(yàn) 步 驟 病 例 介 紹 討 論 展 望重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院人工交互技術(shù)人工交互技術(shù)傳感技術(shù)傳感技術(shù)人工智能人工智能計(jì)算機(jī)圖形學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院 虛擬手術(shù)在現(xiàn)代外科中的應(yīng)用肝膽外科頜面外科矯形外科虛擬手術(shù)重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院基本特征多感知性

2、交互性沉浸感異物感重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院 前言背景重構(gòu)手術(shù)部位及周圍的組織解剖結(jié)構(gòu)位置測(cè)量、空間映射、手術(shù)干預(yù)和定位精度 虛擬現(xiàn)實(shí)中進(jìn)行手術(shù)規(guī)劃和手術(shù)方案的模擬 虛擬現(xiàn)實(shí) 圖像處理 手術(shù) 定位 空間匹配重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院研究資料 CT工作站X片重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院 研 究 材 料 重建患者髖關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu) 三維檢測(cè)及三維測(cè)量虛擬手術(shù)操作平臺(tái)Mimics10.0Geomagic studo 8.0 3ds max v 7.0重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院齒狀突骨折模型的建立齒狀突骨折模型的建立腰椎轉(zhuǎn)移瘤的術(shù)前評(píng)估腰椎轉(zhuǎn)移瘤的術(shù)前評(píng)估股骨頸骨囊腫三維

3、模型股骨頸骨囊腫三維模型相關(guān)病例介紹234全髖表面置換術(shù)的設(shè)計(jì)全髖表面置換術(shù)的設(shè)計(jì)1重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院全髖表面置換術(shù)的設(shè)計(jì)全髖表面置換術(shù)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)1 1實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)2 2三維重建髖關(guān)節(jié)3D模型HRA可視仿真虛擬操作重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院前言背景 全髖表面置換 全髖關(guān)節(jié)置換重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院 股骨頭缺血性壞死三維結(jié)構(gòu)重建圖圖1-1 1-1 骨盆正位骨盆正位X X片片 圖圖1-2 1-2 髖關(guān)節(jié)側(cè)位髖關(guān)節(jié)側(cè)位X X片片重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院 股骨頭缺血性壞死三維結(jié)構(gòu)重建 圖圖1-3 1-3 骨盆骨盆CTCT掃描掃描重慶市涪陵中心醫(yī)院重

4、慶市涪陵中心醫(yī)院 股骨頭缺血性壞死三維結(jié)構(gòu)重建蒙罩蒙罩編輯編輯區(qū)域區(qū)域增長(zhǎng)增長(zhǎng)計(jì)算計(jì)算三維三維重建后的三維模型還要經(jīng)過(guò)光滑處理DICOMDICOM格式的原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)工作站格式的原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)工作站重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院 股骨頭缺血性壞死三維結(jié)構(gòu)重建 圖1-4界定閾值 圖1-5 編輯蒙罩重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院 股骨頭缺血性壞死三維結(jié)構(gòu)重建 圖1-6 3D計(jì)算重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院 股骨頭缺血性壞死三維結(jié)構(gòu)重建圖1-7 骨盆前面觀 圖1-8 骨盆后面觀重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院股骨頭缺血性壞死三維結(jié)構(gòu)重建 圖1-9 骨盆并硬化帶 圖1-

5、10骨盆并囊性變 重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院 股骨頭缺血性壞死三維結(jié)構(gòu)重建 圖圖1-11 1-11 髖臼前面觀髖臼前面觀 圖圖1-121-12髖臼髖臼后面觀后面觀重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院 股骨頭缺血性壞死三維結(jié)構(gòu)重建圖1-14，1-14， 1-15， 1-16分別髖臼右側(cè)面觀及左側(cè)面觀，并股骨頸的病變組織重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院股骨頭缺血性壞死三維結(jié)構(gòu)重建圖圖1-171-17，1-181-18， 1-191-19， 1-201-20分別右側(cè)股骨前后分別右側(cè)股骨前后 觀及左側(cè)股骨前后觀觀及左側(cè)股骨前后觀重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院 股骨頭缺血性壞死三維結(jié)

6、構(gòu)重建圖圖1-211-21，1-221-22， 1-231-23， 1-241-24分別右側(cè)股骨并分別右側(cè)股骨并硬化帶囊性變及左側(cè)股骨并硬化帶囊性變硬化帶囊性變及左側(cè)股骨并硬化帶囊性變重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院 股骨頭缺血性壞死三維結(jié)構(gòu)重建圖1-25， 1-26分別右側(cè)股骨頸病變組織 左側(cè)股骨頸病變組織 重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院 股骨頭缺血性壞死三維結(jié)構(gòu)重建圖圖1-271-27硬化帶特性硬化帶特性 圖圖1-281-28囊性變特性囊性變特性重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院圖像比較術(shù)前，術(shù)中，及術(shù)前，術(shù)中，及三維重建后比較三維重建后比較雙側(cè)股骨頭前外側(cè)囊性變雙側(cè)股骨頭前外

7、側(cè)囊性變, ,囊性變周圍夾雜著硬囊性變周圍夾雜著硬化帶，左側(cè)股骨頭皮質(zhì)破壞明顯，前外側(cè)塌陷?；瘞?，左側(cè)股骨頭皮質(zhì)破壞明顯，前外側(cè)塌陷。 重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院 可視化虛擬仿真手術(shù) 實(shí)驗(yàn)材料：左側(cè)股骨3D模型 實(shí)驗(yàn)設(shè)備：計(jì)算機(jī)工作站 實(shí)驗(yàn)軟件：（1）Geomagic; （2）3dsmax重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院 可視化虛擬仿真手術(shù) 假體大小確定股骨頸直徑確定股骨近端打磨 - 股骨頸中心定位重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院假體的選擇分別測(cè)量股骨頭頸交界處的前后，內(nèi)外側(cè)的最大直徑重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院股骨頸中心定位沿股骨頸部中心軸導(dǎo)入模擬導(dǎo)針重慶市涪陵中心

8、醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院 平臺(tái)銼打磨去除股去除股骨頸近骨頸近端骨質(zhì)端骨質(zhì)部分約部分約6mm6mm厚厚重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院 桶狀銼打磨觀察股骨頸皮質(zhì)處是否有切跡的形成重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院 錐形銼打磨重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院 股骨近端打磨順序示意圖重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院 股骨近端虛擬打磨后結(jié)果 上面觀上面觀 下面觀下面觀重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院 股骨近端虛擬打磨后結(jié)果 前面觀 后面觀重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院 虛擬手術(shù)前后對(duì)比圖 前后觀 內(nèi)外觀 重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院 虛擬打磨過(guò)程概述3ds max 3ds

9、 max v7.0v7.0布爾邏布爾邏輯運(yùn)算系統(tǒng)輯運(yùn)算系統(tǒng)虛擬手術(shù)器械設(shè)計(jì)近端股骨虛擬打磨仿真術(shù)后骨質(zhì)評(píng)估虛擬手術(shù)重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院股骨頸骨囊腫三維數(shù)字模型重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院三維模型重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院三維測(cè)量重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院腰椎腫瘤術(shù)前評(píng)估腰椎腫瘤術(shù)前評(píng)估重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院鄰近臟器關(guān)系重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院 模擬減壓及鈦籠植入模擬減壓及鈦籠植入重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院 模擬后路椎弓根螺釘固定模擬后路椎弓根螺釘固定重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院整個(gè)模擬手術(shù)整個(gè)模擬手術(shù)重慶市

10、涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院術(shù)中所見(jiàn)重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院微型齒狀突骨折建立重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院齒狀突骨折齒狀突骨折重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院模擬后路短節(jié)段固定模擬后路短節(jié)段固定重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院透明后處理透明后處理重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院術(shù)后術(shù)后X X片及片及CTCT重建重建重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院膈神經(jīng)、斜角肌重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院 重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院討 論視野拓展 仿

11、真手術(shù)精確手術(shù)方案設(shè)計(jì)、模擬手術(shù)操作、術(shù)中三維可視定位、手術(shù)導(dǎo)航，保證手術(shù)質(zhì)量。病變?cè)u(píng)估虛擬現(xiàn)實(shí)重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院 虛擬仿真特點(diǎn)概述1234精確化個(gè)性化微創(chuàng)化遠(yuǎn)程化重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院前景展望1、基于虛擬現(xiàn)實(shí)的3D解剖能給解剖學(xué)教學(xué)帶來(lái)根本性的變化。2、虛擬現(xiàn)實(shí)將會(huì)更多地應(yīng)用于復(fù)雜創(chuàng)傷、脊柱及關(guān)節(jié)微創(chuàng)手術(shù)重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院 偏倚或不足1 12 23 3前期工作量較大缺乏統(tǒng)一的軟件針對(duì)個(gè)案特殊重慶市涪陵中心醫(yī)院重慶市涪陵中心醫(yī)院參考文獻(xiàn) 1. 1.劉登均劉登均, ,李奇李奇, ,林荔軍林荔軍, ,等等. .股骨頸骨囊腫三維數(shù)字模型的建立股骨頸骨

12、囊腫三維數(shù)字模型的建立J. J. 廣東醫(yī)廣東醫(yī)學(xué)學(xué).2010.31(19):2052-2054;.2010.31(19):2052-2054; 2. 2.劉登均劉登均, ,李奇李奇, ,李鑒軼李鑒軼, ,等等. .可視化虛擬手術(shù)在全髖關(guān)節(jié)表面置換中的應(yīng)用可視化虛擬手術(shù)在全髖關(guān)節(jié)表面置換中的應(yīng)用J.J.重慶醫(yī)重慶醫(yī)學(xué)學(xué),2010,39(7)787-788,2010,39(7)787-788； 3.3.劉登均劉登均, ,賀小兵賀小兵, ,王明貴王明貴, ,等等.Mimics.Mimics軟件在腰椎轉(zhuǎn)移性腫瘤術(shù)前評(píng)估中的應(yīng)用軟件在腰椎轉(zhuǎn)移性腫瘤術(shù)前評(píng)估中的應(yīng)用J.J.中國(guó)中國(guó)數(shù)字醫(yī)學(xué)數(shù)字醫(yī)學(xué).201

13、1,6(1);.2011,6(1); 4. 4.劉登均劉登均, ,李爭(zhēng)艷李爭(zhēng)艷, ,李鑒軼李鑒軼, ,等等. .全髖關(guān)節(jié)表面置換術(shù)個(gè)體化數(shù)字手術(shù)的設(shè)計(jì)全髖關(guān)節(jié)表面置換術(shù)個(gè)體化數(shù)字手術(shù)的設(shè)計(jì)J.J.中國(guó)數(shù)字中國(guó)數(shù)字醫(yī)學(xué)醫(yī)學(xué).2011,6(5):89-92;.2011,6(5):89-92; 5. 5.劉登均劉登均, ,賀小兵賀小兵, ,王明貴王明貴, ,等等. .基于基于CTCT斷層圖像重建股骨頭缺血性壞死髖關(guān)節(jié)的三維結(jié)構(gòu)斷層圖像重建股骨頭缺血性壞死髖關(guān)節(jié)的三維結(jié)構(gòu)J.J.局解手術(shù)學(xué)雜志局解手術(shù)學(xué)雜志.2011,20(2):154-156;.2011,20(2):154-156; 6. 6.劉登均劉登均 賀小兵賀小兵 王明貴等，基于術(shù)前三維量化的頭頸開(kāi)窗技術(shù)治療早期股骨頭缺血性王明貴等，基于術(shù)前三維量化的頭頸開(kāi)窗技術(shù)治療早期股骨頭缺血性壞死，中國(guó)數(shù)字醫(yī)學(xué)壞死，中國(guó)數(shù)字醫(yī)學(xué) 20122012年年0707卷卷1212期期 7. 7.劉登均劉登均 賀小兵賀小兵 王明貴等，王明貴等，MimicsMimics軟件在齒狀突骨折診斷中的價(jià)值，局解手術(shù)學(xué)雜志軟件在齒狀突骨折診斷中的價(jià)值，局解手術(shù)學(xué)雜志 20122012年年2121卷卷0101期期 8.8.劉登均劉登均 李鑒