醫(yī)學(xué)專題-基于圖像的外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)

基于(JīYú)圖像的外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)ByAndyG本文圖片及資料均來自互聯(lián)網(wǎng)公開資料，如有版權(quán)問題，請聯(lián)絡(luò)(liánluò)作者刪除第一頁，共四十一頁。編輯ppt導(dǎo)航的背景和意義國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀(xiànzhuàng)常用的導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航的發(fā)展與展望第二頁，共四十一頁。編輯ppt

導(dǎo)航系統(tǒng)的背景(bèijǐng)

常規(guī)外科手術(shù)難以滿足現(xiàn)代精細(xì)手術(shù)的需求(xūqiú)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的發(fā)展醫(yī)用機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)技術(shù)的迅速發(fā)展

第三頁，共四十一頁。編輯ppt計(jì)算機(jī)輔助外科CAS(ComputerAssistedSurgery)

計(jì)算機(jī)輔助外科是研究和開發(fā)一種人機(jī)協(xié)作(xiézuò)系統(tǒng)，通過合理、定量的利用CT/MRI/PET多模數(shù)據(jù)和導(dǎo)航系統(tǒng)，進(jìn)行外科手術(shù)計(jì)劃、干預(yù)和評(píng)價(jià)?；趫D像的外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)IGS(ImageGuidedSurgery)

基于圖像的導(dǎo)航主要利用各種醫(yī)學(xué)圖像信息為手術(shù)器械導(dǎo)航，目的是最大可能地為外科醫(yī)生提供手術(shù)部位附近的信息，在二維的醫(yī)學(xué)圖像與實(shí)際部位之間架一座橋梁。

圖1基于(jīyú)圖像的外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)第四頁，共四十一頁。編輯ppt

使用(shǐyòng)導(dǎo)航系統(tǒng)的意義

外科手術(shù)創(chuàng)傷減少(jiǎnshǎo)

手術(shù)時(shí)間縮短手術(shù)質(zhì)量提高10,000

自2002年起,到2006年,接近一萬例的手術(shù)(shǒushù)經(jīng)驗(yàn)法國PRAXIM導(dǎo)航系統(tǒng)的手術(shù)數(shù)量第五頁，共四十一頁。編輯ppt現(xiàn)狀(xiànzhuàng)－國際方面美國：蛇牌術(shù)中主動(dòng)紅外導(dǎo)航系統(tǒng)在髖、膝關(guān)節(jié)的應(yīng)用德國：博醫(yī)來（BrainLab)開源軟件光學(xué)(guāngxué)導(dǎo)航系統(tǒng)。瑞士：基于熒光透鏡的導(dǎo)航Medvision系統(tǒng)。法國：BoneMorphing?骨重建技術(shù)，超小移動(dòng)工作站日本：IOT系統(tǒng)應(yīng)用于神經(jīng)外科。超小移動(dòng)(yídòng)工作站第六頁，共四十一頁。編輯ppt現(xiàn)狀(xiànzhuàng)－國內(nèi)方面清華大學(xué)基于虛擬現(xiàn)實(shí)的計(jì)算機(jī)輔助定向神經(jīng)外科手術(shù)計(jì)劃系統(tǒng)。北京航空航天大學(xué)和海軍總醫(yī)院機(jī)器人輔助損傷(sǔnshāng)神經(jīng)外科手術(shù)系統(tǒng)。北京理工大學(xué)和哈爾濱工業(yè)大學(xué)開展了醫(yī)療機(jī)器人的研究。北京中西集團(tuán)

BJ38-ASA-620立體定向手術(shù)計(jì)劃系統(tǒng)安科公司

ASA-610手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)。

第七頁，共四十一頁。編輯ppt安科骨科(ɡǔkē)手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)名稱：ASA-630V骨科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)

型號(hào)：ASA-630V骨科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)

校準(zhǔn)靶可配接多個(gè)廠家的C形臂X光機(jī)

NDIPOLARIS高精度光學(xué)定位系統(tǒng)定位精度高

系列化可跟蹤手術(shù)器械

系統(tǒng)可自動(dòng)校正圖像形變

快速進(jìn)行系統(tǒng)的自動(dòng)注冊

簡單快速的工作流程，對(duì)手術(shù)進(jìn)程干擾小

直觀的系統(tǒng)擺位功能

豐富的軟件測量工具滿足醫(yī)生的各種需求

完善的計(jì)劃功能方便各種手術(shù)方案的模擬(mónǐ)

圖像捕獲及中文報(bào)告便于會(huì)診、論文發(fā)表和資料存檔

精巧的機(jī)箱設(shè)計(jì)減少手術(shù)室占地面積第八頁，共四十一頁。編輯ppt導(dǎo)航(dǎoháng)的現(xiàn)狀存在的問題高昂的費(fèi)用，手術(shù)室空間的需求(C臂設(shè)備)醫(yī)學(xué)圖像的三維分割的自動(dòng)化程度和精確度不高配準(zhǔn)過程沒考慮形變組織圖像的融合很少考慮到非剛體變換三維重建精確度不高圖像顯示效果離真實(shí)環(huán)境有差距空間位置的配準(zhǔn)技術(shù)(jìshù)不夠成熟實(shí)時(shí)導(dǎo)航技術(shù)不夠完善

第九頁，共四十一頁。編輯ppt導(dǎo)航應(yīng)用(yìngyòng)的領(lǐng)域

神經(jīng)外科

骨科

脊椎(jǐzhuī)手術(shù)腹腔鏡手術(shù)整形外科耳鼻咽喉科放射治療

第十頁，共四十一頁。編輯ppt導(dǎo)航的技術(shù)(jìshù)結(jié)構(gòu)工作原理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能(gōngnéng)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)第十一頁，共四十一頁。編輯ppt工作(gōngzuò)原理醫(yī)生手持手術(shù)器械對(duì)患者的手術(shù)目標(biāo)實(shí)施操作。手術(shù)器械的空間立體定位及瞄準(zhǔn)過程均在跟蹤器的實(shí)時(shí)控制之下，而且跟蹤器能夠(nénggòu)精確地給出術(shù)中解剖部位。通過術(shù)前與術(shù)中醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)以及術(shù)中醫(yī)學(xué)圖像與患者、手術(shù)器械之間的配準(zhǔn)關(guān)系，經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，控制手術(shù)器械達(dá)到要求的部位，從而實(shí)施相應(yīng)的手術(shù)操作。第十二頁，共四十一頁。編輯ppt圖2導(dǎo)航系統(tǒng)原理圖第十三頁，共四十一頁。編輯ppt系統(tǒng)結(jié)構(gòu)外科醫(yī)生綜合(zōnghé)圖像定位系統(tǒng)患者(huànzhě)醫(yī)學(xué)圖像手術(shù)器械

圖3導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖第十四頁，共四十一頁。編輯ppt導(dǎo)航(dǎoháng)設(shè)備的組成手術(shù)室C型臂機(jī)進(jìn)行三維掃描,獲得(huòdé)病人病區(qū)資料術(shù)中導(dǎo)航光學(xué)追蹤手術(shù)中對(duì)標(biāo)志點(diǎn)追蹤,確定術(shù)中的即時(shí)位置,包括:骨的位置,工具位置.第十五頁，共四十一頁。編輯ppt術(shù)前模擬(mónǐ)目的

1)制定最佳手術(shù)計(jì)劃

2)手術(shù)預(yù)演(yùyǎn)實(shí)現(xiàn)過程

1)獲取多模圖像信息（CT，MRI）

2)建立數(shù)學(xué)模型

3)三維圖像顯示

4)制定手術(shù)方案

5)進(jìn)行手術(shù)模擬三維重建技術(shù)(jìshù)第十六頁，共四十一頁。編輯ppt術(shù)前模擬(髖臼杯的安放位置),左上,左下,右下圖是模型三個(gè)剖面圖,右上為髖臼窩底部觸點(diǎn)(chùdiǎn)雷達(dá)圖(紅色)第十七頁，共四十一頁。編輯ppt顱內(nèi)穿刺術(shù)前模擬(mónǐ)病人腦部病灶(bìngzào)的三維表面模型（圖中線條表示三方向觀測的穿刺路徑）第十八頁，共四十一頁。編輯ppt術(shù)中導(dǎo)航(dǎoháng)目的

1）輔助執(zhí)行手術(shù)方案

2）進(jìn)行(jìnxíng)手術(shù)干預(yù)實(shí)現(xiàn)過程

1）獲取術(shù)中數(shù)據(jù)(圖像數(shù)據(jù)、定位坐標(biāo)、組織器官的位置)2）術(shù)前與術(shù)中醫(yī)學(xué)圖像之間配準(zhǔn)

3)配準(zhǔn)手術(shù)器械與患者的空間位置

4)術(shù)中醫(yī)學(xué)圖像與手術(shù)器械之間的配準(zhǔn)

5)跟蹤器實(shí)時(shí)跟蹤手術(shù)器械

6)醫(yī)生開始手術(shù)第十九頁，共四十一頁。編輯ppt關(guān)鍵技術(shù)

醫(yī)學(xué)圖像處理空間定位技術(shù)系統(tǒng)配準(zhǔn)技術(shù)實(shí)時(shí)(shíshí)導(dǎo)航技術(shù)

第二十頁，共四十一頁。編輯ppt醫(yī)學(xué)(yīxué)圖像處理圖像分割(fēngē)圖像配準(zhǔn)圖像融合圖像三維重建圖像顯示第二十一頁，共四十一頁。編輯ppt圖像(túxiànɡ)分割圖像分割

圖像分割就是把圖像中具有特殊(tèshū)涵義的不同區(qū)域分開來，比如對(duì)圖像中的病灶和關(guān)鍵組織進(jìn)行分割。

常用的分割方法

1)閾值分割法

2)邊緣檢測法

3)區(qū)域跟蹤法

4)紋理分析法第二十二頁，共四十一頁。編輯ppt系統(tǒng)半自動(dòng)提取(tíqǔ)的顱骨輪廓(圖中紅線所示)實(shí)際手術(shù)中由醫(yī)生勾勒的病灶輪廓(lúnkuò)(圖中紅線所示)第二十三頁，共四十一頁。編輯ppt圖像(túxiànɡ)配準(zhǔn)圖像配準(zhǔn)

指對(duì)于一幅醫(yī)學(xué)圖像尋求一種或一系列空間變換，使它與另一幅醫(yī)學(xué)圖像上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)達(dá)到空間上的一致。這種一致是指人體上的同一解剖點(diǎn)在兩幅匹配圖像上有相同的空間位置。

配準(zhǔn)方法

1)基于(jīyú)圖像外部特征的配準(zhǔn)方法

2)基于圖像內(nèi)部特征的配準(zhǔn)方法第二十四頁，共四十一頁。編輯ppt描繪(miáohuì)骨表面點(diǎn)云與術(shù)前影像(yǐnɡxiànɡ)配比完成(wánchéng)表面注冊第二十五頁，共四十一頁。編輯ppt圖像(túxiànɡ)融合圖像融合

指將不同圖像之間經(jīng)過空間配準(zhǔn)和疊加后，再做必要的交換和處理，使其在空間位置和空間坐標(biāo)上達(dá)到匹配，產(chǎn)生一種(yīzhǒnɡ)新的圖像來顯示原圖像所包含的信息。融合分類

1)數(shù)據(jù)融合

2)顯示融合實(shí)現(xiàn)過程

1)圖像的轉(zhuǎn)換

2)圖像的配準(zhǔn)

3)圖像信息綜合第二十六頁，共四十一頁。編輯ppt術(shù)前圖像(túxiànɡ)的融合第二十七頁，共四十一頁。編輯ppt術(shù)中圖象(túxiànɡ)的融合（裝配）通過空間坐標(biāo)的變換，醫(yī)生的臨床經(jīng)驗(yàn)和導(dǎo)航(dǎoháng)技術(shù)的結(jié)合使得假體被安放到最適合的位置第二十八頁，共四十一頁。編輯ppt空間定位(dìngwèi)技術(shù)空間定位

通過設(shè)備實(shí)時(shí)測出手術(shù)器械的空間位置和姿態(tài)，以便(yǐbiàn)在計(jì)算機(jī)中得到實(shí)時(shí)顯示。典型定位設(shè)備的分類

1)超聲定位設(shè)備

2)機(jī)械定位設(shè)備

3)磁定位設(shè)備

4)光學(xué)定位設(shè)備第二十九頁，共四十一頁。編輯ppt術(shù)中空間(kōngjiān)定位對(duì)工具的定位原理定位標(biāo)志球和手術(shù)工具適配器是導(dǎo)航系統(tǒng)提供的針對(duì)各科手術(shù)的專用工具，在手術(shù)時(shí)，使用這個(gè)(zhège)適配器將手術(shù)工具注冊到導(dǎo)航工作站；適配器可以與各種受偶數(shù)器械連接，通過上面的定位標(biāo)志球，使工作站迅速的測量、注冊和識(shí)別手術(shù)工具。這樣普通的手術(shù)器械在安裝上工具適配器后就可以變成手術(shù)中的導(dǎo)航工具。第三十頁，共四十一頁。編輯ppt器械(qìxiè)的配準(zhǔn)手術(shù)器械在模型中的映射(圖中黃線為機(jī)械(jīxiè)臂前臂的中軸,紫線為規(guī)劃穿刺路徑)在工具(gōngjù)上加上適配器第三十一頁，共四十一頁。編輯ppt系統(tǒng)配準(zhǔn)技術(shù)(jìshù)術(shù)前與術(shù)中醫(yī)學(xué)圖像之間配準(zhǔn)配準(zhǔn)手術(shù)器械與患者(huànzhě)的空間位置術(shù)中醫(yī)學(xué)圖像與手術(shù)器械之間的配準(zhǔn)第三十二頁，共四十一頁。編輯ppt配準(zhǔn)手術(shù)器械與患者(huànzhě)的空間位置術(shù)中醫(yī)學(xué)圖像與手術(shù)器械之間的配準(zhǔn)REFloc工具上的感應(yīng)點(diǎn)紅外發(fā)射(fāshè)環(huán)紅外攝像頭定坐標(biāo)(zuòbiāo)點(diǎn)第三十三頁，共四十一頁。編輯ppt實(shí)時(shí)導(dǎo)航(dǎoháng)技術(shù)實(shí)時(shí)導(dǎo)航手術(shù)醫(yī)生可以(kěyǐ)依靠實(shí)時(shí)的定位及預(yù)設(shè)方案的引導(dǎo)開始手術(shù)，實(shí)施相應(yīng)的操作。第三十四頁，共四十一頁。編輯ppt截骨線的對(duì)正是(zhènɡshì)膝關(guān)節(jié)手術(shù)的關(guān)鍵第三十五頁，共四十一頁。編輯ppt截骨的位置(wèizhi)和角度第三十六頁，共四十一頁。編輯ppt調(diào)整假體的安放位置(wèizhi)（例：單髁置換）第三十七頁，共四十一頁。編輯ppt研究(yánjiū)展望醫(yī)學(xué)圖像(túxiànɡ)的三維自動(dòng)分割全自動(dòng)醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)全自動(dòng)醫(yī)學(xué)圖像融合體繪制與面繪制的結(jié)合提高導(dǎo)航的實(shí)時(shí)性、可靠性、精確度導(dǎo)航系統(tǒng)的小型化、去除放射傷害。第三十八頁，共四十一頁。編輯ppt與器械(qìxiè)廠商的結(jié)合廠商的工具和產(chǎn)品需要與導(dǎo)航設(shè)備注冊目前大的關(guān)節(jié)廠商很多同時(shí)做導(dǎo)航系統(tǒng)賣導(dǎo)航系統(tǒng),提供已注冊的假體和工具一臺(tái)系統(tǒng),占領(lǐng)一個(gè)(yīɡè)關(guān)節(jié)