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手术精准定位与导航(一)

传统的手术操作是根据手术前拍摄的磁共振、CT等影像,判断病灶部位、制订手术方案。其局限在于,术前影像无法在手术过程中提供实时对照和操作预警同时也容易存在肿瘤切除不全、并发症多、术后创伤大、恢复期长等问题。为了寻求创伤更小、定位精准的治疗手段, 影像引导下的微创技术已成为恶性肿瘤治疗的研究热点。而在该类微创手术中,手术导航技术得到了广泛关注。手术导航是以超声、 X 射线、 计算机断层摄影 CT) 磁共振成像 MRI) 等医学影像为数据基础,借助于计算机、精密仪器和图像处理而发展起来的一种可视化图像引导手术的技术。该技术能够将患者的医学影像数据和不透明的病灶通过定位装置联系起来直观地呈现到仪器屏幕上, 让医生实时掌握手术器械相对于病灶区域的位置和方向, 有助于提高病灶定位精度,降低手术创伤, 提高手术效率和成功率。 除此之外,手术导航设备还可以为年轻医生提供手术模拟训练,对提高手术操作技能和培养高技术手术人才具有重要意义。如今,激光定位导航、近红外荧光成像导航、光学分子影像手术导航等的技术纷纷发展起来。在这里,我们专门收集了近两年来有关“手术精准定位与导航方面的科技文献与资料并汇集成汇编提供给大家,希望对“手术精准定位与导航有兴趣的朋友和有意愿开发此类技术的朋友起到借鉴与参考作用。由于文献资料较多,我们将分五部分提供给大家。这是第一部分。

 

手术精准定位与导航(一)

 

1医用机器人及其精准定位和术中导航及影像辅助技术研究进展

【作者】安超  梁萍  

【机构】解放军总医院介入超声科; 

【文献出处】《武警医学》 2018年01期

【摘要】精准医疗是微创外科治疗的基石,是21世纪医学发展的重要方向。高度精准微创手术必须克服手抖和用力不均,同时要对病灶精准定位和导航。医用机器人系统[1]可以很好地解决上述问题。笔者主要针对机器人系统辅助精准定位和导航最新进展进行综述。1医用机器人研究进展1.1机器人系统用于医院、诊所的医疗或辅助医疗的机器人。是一种智能型服务机器人,它能独自编制操作计划,依据实际情况确定动作程序,然后

 

2、磁导航超声系统的应用现状

【作者】王培培 郑元义 

【机构】 重庆医科大学超声影像研究所 重庆医科大学附属第二医院超声科 上海交通大学附属第六人民医院超声科

【文献出处】《中华医学超声杂志(电子版)》2018 第11

【摘要】计算机辅助导航是一项多学科交叉产生的技术,早在20世纪90年代就开始使用[1],它将计算机图像处理技术与空间定位技术相结合,使虚拟影像与实际手术部位在空间上相互对应,让手术过程可视化,提高了手术操作的安全性及精准性,因此受到各科室的青睐,并被广泛应用于手术及介入操作中,取得了良好的效果[2-5]。超声作为一种无辐射且可实时成像的工具被越来越多地应用于手术及介入操作中。但超声由于其成像原理易出

 

3、手术导航系统分类及在颌面外科中的应用

【作者】杨亦  熊猛  

【机构】东南大学医学院 东南大学附属中大医院烧伤整形科 

【文献出处】《东南大学学报(医学版)》 2018年03期

【摘要】颌面外科手术的高风险性使诸如光学、电磁、机械等各类型手术导航系统在包括颌面肿瘤切除、颌面修复、颌面正畸等领域的应用不断增加,且较传统手术方式有明显的优势。作者就手术导航系统分类特点以及在颌面外科中的临床应用作一综述。

 

4、手术导航系统中的导管配准算法研究

【作者】潘远志 李帅 魏宾 郝爱民 

【机构】北京航空航天大学计算机学院 青岛大学附属医院 山东省数学医学与计算机手术重点实验室 山东省高等学校数学医学临床诊疗与营养健康协同创新中心

【文献出处】《精准医学杂志》2018 第6

【摘要】目的 研究手术导航系统中导管配准算法,并比较基于隐式马尔科夫模型的导管配准算法与基于形状相似度的导管配准算法的效果。方法 选取由荷兰Rotterdam大学医学中心、法国Henri Mondor大学及意大利Circolo医院联合提供的开源数据集。在此数据集上分别执行基于隐式马尔科夫模型的导管配准算法和基于形状相似度的导管配准算法。对比两种算法配准后成对点之间的平均距离及配准花费时间。结果 从成对点的平均距离上看,基于形状相似度的导管配准算法的成对点平均距离小于基于隐式马尔科夫模型的导管配准算法的成对点平均距离;从平均运行时间上看,基于形状相似度的导管配准算法的配准时间远长于基于隐式马尔科夫模型的导管配准算法的配准时间。结论 基于隐式马尔科夫模型的导管配准算法虽然在精度上比基于形状相似度的导管配准算法要弱,但是精度上基本满足临床要求,而其配准时间远小于基于形状相似度的导管配准算法,并且可以满足在临床中导管实时配准的需求。基于隐式马尔科夫模型的导管配准算法具有更高的临床价值,值得临床推广应用。

 

5、3D打印模型联合AR导航模拟前交叉韧带股骨端定位点精确度的验证

【作者】丁国成  刘欣伟  刘松波  刘铭  王宇  项良碧

【机构】大连医科大学研究生院;沈阳军区总医院骨科全军重症战创伤救治中心; 

【文献出处】《局解手术学杂志》 2018年03期

【摘要】目的探讨及验证增强现实(AR)导航下前交叉韧带重建中股骨端隧道定位点的精确度与临床应用的可行性。方法通过3D打印技术制作一个内设不同直径靶心的特制立方体模型作为穿刺模型;选取50名临床骨科医师,随机对每位医师进行编号(1~50号),按编号顺序进行AR导航下的穿刺定位点操作,最后进行AR导航的精准度和满意度调查分析。结果 AR导航下模拟临床前交叉韧带重建中股骨端隧道定位点精确度在各直径靶心内分别为:74%(0.25 cm)、78%(0.5 cm)、83%(0.75 cm)、86%(1.0 cm)、89%(1.25 cm)、96%(1.5 cm);操作者满意度评分平均为(8.7±1.3)分。结论 AR导航下行前交叉韧带股骨端止点定位方法精确度较高,可实时观察定位点与周围邻近结构的位置关系,临床可行性高,适用于前交叉韧带重建术股骨端隧道定位点的确定。

 

6、3D打印模型联合AR导航模拟前交叉韧带股骨端定位点精确度的验证

【作者】丁国成  刘欣伟  刘松波  刘铭  王宇  项良碧  

【机构】大连医科大学研究生院;沈阳军区总医院骨科全军重症战创伤救治中心; 

【文献出处】《局解手术学杂志》 2018年03期

【摘要】目的探讨及验证增强现实(AR)导航下前交叉韧带重建中股骨端隧道定位点的精确度与临床应用的可行性。方法通过3D打印技术制作一个内设不同直径靶心的特制立方体模型作为穿刺模型;选取50名临床骨科医师,随机对每位医师进行编号(1~50号),按编号顺序进行AR导航下的穿刺定位点操作,最后进行AR导航的精准度和满意度调查分析。结果 AR导航下模拟临床前交叉韧带重建中股骨端隧道定位点精确度在各直径靶心内分别为:74%(0.25 cm)、78%(0.5 cm)、83%(0.75 cm)、86%(1.0 cm)、89%(1.25 cm)、96%(1.5 cm);操作者满意度评分平均为(8.7±1.3)分。结论 AR导航下行前交叉韧带股骨端止点定位方法精确度较高,可实时观察定位点与周围邻近结构的位置关系,临床可行性高,适用于前交叉韧带重建术股骨端隧道定位点的确定。

 

7、CTA联合增强现实导航精确性评价及其在游离股前外侧皮瓣手术中的应用

【作者】罗翔 农裕 江建中 韦平欧 莫勇军 许林 林汉 谭霄 谭海涛

【机构】 广西数字医学与3D打印临床医学研究中心 贵港市人民医院骨科 华南理工大学自动化科学与工程学院  广西数字医学与3D打印临床医学研究中心、贵港市人民医院骨科 

【文献出处】《中国数字医学》2018 第11

【摘要】目的:探讨一种CTA联合简易增强现实导航的精确性并介绍其在游离股前外侧皮瓣手术中的应用方法。方法:应用基于安卓手机的图像融合软件实现简易的增强现实技术导航,将基于cT数据的三维重建图像通过手机摄像头与实验服装模特的配准点匹配,通过测量各配准点的配准误差评价其精确性。回顾性分析在该导航技术辅助下15 例游离股前外侧皮瓣(皮瓣大小10cm×7cm-23cm× 14cm)手术的效果。结果:CTA联合简易增强现实技术导航配准实验定位误差为(4.12±3.89)mm,皮瓣穿支血管常见浅出点位置定位误差为(1.41±1.8)mm。15例游离股前外侧皮瓣均顺利成活,患肢及供区创面均一期愈合。术后随访6-47个月(平均7个月),皮瓣血运良好,无明显臃肿,供区无明显瘢痕形成,肢体活动、感觉无影响。结论:该导航技术应用于股前外侧皮瓣手术规划的方法具有操作简单、实用、成本低的优点,是值得推广的方法。

 

8、3D打印个性化导航定位导板在全膝关节表面置换术中的应用

【作者】 喻忠 刘帅 顾强荣 李佳怡 唐成 魏波 徐燕 王黎明 姚庆强 

【机构】南京医科大学附属南京医院骨科 江苏省南京市秦淮区长乐路68号 南京医科大学数字医学研究所 江苏省南京市秦淮区长乐路68 南京骨科临床医学中心 江苏省南京市秦淮区长乐路68

【文献出处】《中国数字医学》2018 第2

【摘要】目的:探讨个性化导航定位导板应用于全膝关节表面置换术中的准确性及有效性。方法:56例膝关节骨关节炎患者行全膝关节表面置换(TKA)手术,其中28例行3D打印截骨定位导板辅助下TKA手术,28例行常规TKA手术。截骨导板组术前行下肢全长cT扫描,对所获Dicom格式数据使用Mimcsl7。0软件进行三维重建获取下肢全长的三维数据,根据所得数据进行个性化截骨导板的CAD设计,再使用3D打印技术制作导板。记录两组术后髋-膝-踝角、股骨组件角、胫骨组件角等力线偏移值,同时记录手术时间、术后引流量并与常规手术组进行比较。结果:术后截骨导板组、常规手术组髋膝踝角偏差(1.2±1.1°,3.3±2.7°,P〈0.05)、冠状面股骨组件角偏差(1.0±0.7°,2.3±1.2°,P〈0.05)、矢状面股骨组件角偏差(0.5±0.2°,1.4±0.7°,P〈O.05)、冠状面胫骨组件角偏差(1.3±1.0°,2.4±1.4°,P〈0.05)、矢状面胫骨组件角偏差(3.2±1.2°,5.2±2.7°,P〈0.05)均小于常规手术。结论:个性化导航定位导板可以实现更精确的TKA假体安装,提升TKA手术的精度与疗效。

 

9、DTI3D-FSPGRBOLD-fMRI融合成像联合神经导航精准切除颅脑肿瘤的临床研究

【作者】张帅  

【机构】河北北方学院

【文献出处】《河北北方学院》 2018年硕士论文

【摘要】目的:探讨融合DTI、3D-FSPGR、BOLD-fMRI三种核磁列成像,联合神经导航,行脑功能区的肿瘤精确切除术的优势。方法:回顾性选取2015年12月至2017年6月河北北方学院附属第一医院有手术适应症并积极寻求手术治疗颅内肿瘤患者40例(其中胶质母细胞瘤13例,脑膜瘤21例,转移瘤6例;额顶叶肿瘤18例,颞叶肿瘤15例,枕叶肿瘤7例)。其中男性21例,女性19例,年龄为16~65岁,平均为44.28±11.86岁。将其随机分为两组,研究组20例,其中男性9例,女性11例,年龄为16~64岁,平均43.65±12.95岁,采用应用西门子3.0 TMAGNETOM Avanto磁共振扫描仪行DTI、3D-FSPGR、BOLD-fMRI三种序列扫描,联合神经导航进行融合成像,术中按成像提示切除颅内肿瘤。对照组20例,其中男性10例,女性10例,年龄为23~65岁,平均44.90±10.97岁,仅行常规增强核磁扫描,并按传统方式行颅内占位切除术。所有手术均由同一术者完成。结果:1.手术用时:研究组手术用时为3.39±1.29小时,对照组手术用时4.57±1.32小时,用T检验比较两组用时差异P=0.00680.05,可认为两组用时具有明显差异,即研究组手术用时明显低于对照组。2.手术切除率:对照组手术全切除率为25%(5/20),研究组手术全切除率为65%(13/20),p=0.0110.05,两组具有差异,且研究组明显高于对照组。3.术前术后KPS评分:对照组术前KPS评分为77±12.61分,实验组KPS评分为76±13.53分,行t检验比较p=0.740.05,两组术前数据无明显差异。对照组术后三月为86.5±11.37分,实验组术后三月为93±8.65分,t检验p=0.0480.05,研究组手术效果明显较对照组好。结论:DTI、3D-FSPGR、BOLD-f MRI三种核磁序列融合成像联合神经导航可对颅内功能区肿瘤进行良好定位并提高了颅内占位切除手术的精确度,提高了患者的生活质量。

 

10、计算机导航技术在颌骨骨纤维异常增殖症手术中的应用

【作者】孙国文  唐恩溢  

【机构】南京大学医学院附属口腔医院/南京市口腔医院口腔颌面外科 

【文献出处】《第十四次中国口腔颌面外科学术会议论文汇编》2018年

【摘要】研究目的:颌骨骨纤维异常增殖症是一种病因不明、缓慢进展的自限性良性骨组织疾病。精确地手术切除病变组织,恢复功能及美学外观,是治疗的关键。本文探讨计算机导航技术在颌骨骨纤维异常增殖症手术中的应用价值。研究方法:从2012年8月至2018年7月,24例颌面部骨纤维异常增殖症的患者被纳入本研究,先将患者的术前CT数据导入计算机导航系统中,根据颌骨镜像原理进行术前设计及三维手术模拟,确定骨切除位置及范围。术中,根据病变部位及手术范围可将参考架置于患者前额或是下颌骨颏部。完成注册与配准,使手术视野和导航显示屏上的虚拟图像完全匹配。研究结果:计算机导航技术的数据采集是不复杂的,面部的解剖结构与三维重建模型完全吻合,术中顺利完成实时导航。手术器械可实现空间定位,医生能够明确其与手术区域解剖结构的位置关系,手术具有高度的精确性与安全性。术后疗效的评估是通过术前计划和术后CT重建影像相融合得到的,在我们的随访中没有发现明显并发症。研究结论:计算机导航系统在提高颌面部骨纤维异常增殖症的安全性与准确性方面具有较好的应用价值,尤其适用于手术经验较少的年轻医师,在颌面部骨纤维异常增殖症的治疗中具有很大的应用价值。

 

11、新型激光定位导航系统辅助下椎弓根螺钉置入的应用研究

【作者】姜里强  

【机构】中国人民解放军海军军医大学

【文献出处】《中国人民解放军海军军医大学》 2018年硕士论文

【摘要】目的椎弓根螺钉置入是目前常用的脊柱内固定技术,但由于椎弓根形态特殊,椎体旁血管及神经丰富,椎弓根穿刺及置钉过程中定位困难、风险较高,穿刺失败往往造成灾难性后果。椎弓根穿刺及置钉过程中的精准“定位”和“定向”问题是目前骨科手术导航研究的热点和难点。新型激光定位导航系统基于C臂机研发,手术路径指示直观,定位精准度高达1.0mm,其线性导航原理与传统的类GPS定位原理不同。本研究为新型激光定位导航辅助下实施椎弓根螺钉置入的应用研究,评价激光导航下置钉的可行性、安全性及精确性等问题。方法实验第一部分,以人体脊柱标本建立椎弓根穿刺点模型,C臂机沿脊椎长轴在-30°~30°以5°为间隔旋转并透视出椎体椎弓根影像,用激光对穿刺点的位置进行定位验证,志愿者对不同旋转角度的椎弓根及穿刺点成像进行判定,总结成像规律。实验第二部分,将正常人体脊椎CT数据三维重建后,计算机模拟确定穿刺的最佳位点、最佳角度及最佳深度,测算椎弓根穿刺及置钉过程中穿破内侧及外侧皮质的角度阈值;3D打印椎体,并在最佳穿刺点处置入钢珠,分析该3D打印椎体在C臂机上的成像,验证线性导航辅助下椎弓根穿刺及螺钉置入的可行性。实验第三部分,选择5具尸体标本,实验组及对照组分别对应同一椎体的两侧椎弓根,标本术前扫描CT,规划手术路径;实验组行激光导航辅助下经皮椎弓根螺钉置入术,对照组采用开放直视下椎弓根徒手置钉术,记录椎体及椎弓根定位时间、椎弓根置钉手术时间,术后对标本行X片及CT平扫,根据Gertzbein and Robbins评价体系判断置钉成功率;将术后椎弓根螺钉的实际进针点、实际置钉路径与最佳进针点、最佳置钉路径在CT影像上进行比对,对部分CT扫描时金属伪影较大的椎体切开,直视下判断椎弓根螺钉穿出皮质情况,评价置钉精确性。结果(一)椎体椎弓根及其穿刺点在C臂机的成像随着椎体角度的变化而变化,将C臂机的透视角度调整至椎弓根轴位可结合激光线性导航。(二)椎弓根轴位透视时,最佳穿刺点(钢珠透视位点)处于椎弓根影中心处,此时C臂机的透视调整角度与计算机重建后模拟测算的椎弓根偏斜角度契合,椎弓根轴位透视位置为激光线性导航最佳穿刺引导位,此时导航设备偏斜角度可根据椎弓根偏斜角度测算,从该节段椎体“标准前后正位”至“椎弓根轴位”调整简单合理,具有可行性。当椎弓根穿刺路径为模拟的最佳穿刺路径时拥有最佳的置钉效果,其穿破皮质的角度阈值最大,手术具有最低的风险,术者的操作误差完全可以在其穿刺阈值范围之内,激光导航下椎弓根置钉具有可行性。(三)以Gertzbein and Robbins评价体系评价实验组及对照组的置钉精准度,录入SPSS 19.0软件,实验组置钉成功率为94.29%(33/35),对照组对照组置钉成果率为91.42%(32/35),两组间无统计学差异(P值0.05);进针点偏离值实验组平均为1.08±0.76mm,对照组平均为2.61±0.89mm,两组具有统计学差异(平均差1.53,95%CI=1.34~1.72,P0.05);进针方向偏离值实验组平均为2.41±1.18°,对照组平均为4.52±0.99°,两组有统计学意义(平均差2.11,95%CI=1.59~2.52,P0.05),实验组置钉精确性优于对照组;椎体及椎弓根定位时间,实验组平均为294.9±50.93s,对照组平均为433.3±60.78s,手术时间实验组平均506.2±63.7s,对照组平均633.7±114.9s,P值均小于0.05,两者具有统计学差异,导航下置钉可有效减少椎体椎弓根定位及置钉手术时间。结论使用新型激光定位导航系统辅助椎弓根穿刺及螺钉置入术可行性强、安全性好、精准度高,为椎弓根穿刺及螺钉置入术提供了新的研究方向和理论依据,同时对于其他精准微创操作也具有借鉴意义。

 

12、磁导航下内镜鼻颅底微创手术103例临床分析

【作者】黄昱  赵仁伍  章如新  喻红之  司徒慧如  柳春晖  王虹  周玲玲  庄文杰  金铸成  庞智慧  

【机构】复旦大学附属华东医院耳鼻咽喉头颈外科 

【文献出处】《临床耳鼻咽喉头颈外科杂志》 2018年24期

【摘要】目的:探讨磁导航在内镜鼻颅底外科手术中的应用价值。方法:回顾分析接受磁导航鼻内镜鼻颅底手术患者103例,其中鼻腔鼻窦良恶性病变累及颅底和/或眶内病变切除术92例、脑脊液鼻漏修补术6例、垂体瘤切除术3例、创伤性视神经病视神经减压术2例,均应用磁导航技术行鼻内镜手术。结果:所有患者手术过程顺利,无术中及术后并发症。结论:磁导航技术可在术中精确定位鼻窦、颅底及相邻的重要解剖标志,提高手术的精准度及安全性,避免了手术并发症的发生。尤其在鼻窦病变累及颅底和/或眶内及鼻窦解剖变异时,影像磁导航系统可有效避免损伤眶纸板、内直肌、眶内组织、视神经及颈内动脉等重要解剖结构,为鼻颅底手术提供了重要的手术安全技术平台,值得临床推广应用。

 

13、基于骨科手术机器人定位系统的精准微创内固定治疗股骨颈骨折

【作者】王军强  吴新宝  张腾  

【机构】北京积水潭医院创伤骨科 北京大学医学部 

【文献出处】《骨科临床与研究杂志》 2019年01期

【摘要】股骨颈骨折是骨科常见损伤,约占全部骨折的3. 6%,好发于老年骨质疏松患者,多为低能量损伤,也可见于受到高能量损伤的青壮年人。股骨颈骨折的手术治疗方式多样,其中空心拉力螺钉内固定由于其微创、损伤小、固定可靠等优势成为治疗年轻股骨颈骨折患者和老年无移位性股骨颈骨折患者的主要方式。目前常用的空心钉构型为"▽"型,应用时要求3枚空心钉平行分散,且尽可能贴近股骨颈骨皮质和股骨头软骨下骨,以