计算机辅助导航手术在复杂颌面部骨折中的应用新进展

颌面部骨折是口腔颌面部常见的疾病之一,传统的手术治疗依靠术者直视下手法复位后坚固内固定,但由于颌面部解剖结构的复杂性及对面部美观的较高要求,传统手术在恢复复杂的颌面部骨折的功能与美观方面仍存在许多不足。计算机辅助导航手术可以对解剖目标和相关器械进行准确跟踪和直观的实时可视化,对于解决复杂颌面部骨折治疗中的难点有较好的效果,同时也存在一些目前仍未克服的难题值得研究。本文就目前计算机辅助导航手术在不同类型的复杂颌面部骨折中的应用流程、提高手术的精确度的方法、实现微创手术等应用优势、与增强现实和机器人辅助手术的应用差异进行综述,提出需解决精确配准、准确传导术中数据、费用高昂、软组织定位困难等困扰计算机辅助导航手术应用的难题,并对未来计算机辅助导航手术在复杂颌面部骨折中应用的发展进行展望。

计算机辅助导航下手术治疗儿童股骨近端骨样骨瘤

目的探讨ISO-3D计算机辅助导航下开放手术切除儿童股骨近端骨样骨瘤的临床效果。方法回顾性分析33例临床诊断股骨近端骨样骨瘤患者,根据是否行导航下病灶切除术分为导航组(14例)和传统手术组(19例),比较两组病例术中情况及术后结果差异。结果两组患者在平均年龄及发病时间上差异无显著性。导航组平均手术时间122.5分钟,出血量89.3ml,无术后行石膏固定;传统手术组平均手术时间94分钟,出血量62.5ml,有8例术后行石膏固定。导航组手术时间较传统手术增加(P<0.01),两组病例术中出血量差异无显著性(P>0.05)。导航组14例仅1例未能明确诊断,其余均明确诊断骨样骨瘤。传统手术组有7例患者术后病理未见到肿瘤细胞而不能给予确诊,所有病例随访均未见复发。结论导航手术可有效治疗儿童股骨近端骨样骨瘤,较传统手术不增加术中出血量,手术时间延长差异有显著性,术后病理诊断阳性率明显增高,且减少术后石膏固定的使用。

影像导航计算机辅助手术系统中的空间数据结构模型研究

影像导航计算机辅助手术系统(ICAS)是一种为术者提供术野周围重要解剖结构信息的辅助工具,可提高手术安全性和成功率。合理的空间数据结构模型是确保ICAS实现导航功能的关键因素之一。本研究提出了组合邻接表线索化八叉树模型(MALTO),并就基本操作的可实现性和实时性,分析比较了MALTO与4种常用模型的性能。研究结果表明:MALTO不但可以实现数据查找、搜索和计算等基本操作,且具有时间效率优势。因此,MALTO是适合于ICAS的空间数据结构模型。

计算机导航辅助下口内入路髁突切除术精确性分析

目的:在计算机导航辅助下,通过口内入路进行下颌骨髁突切除术,评估其术前设计方案在术中实现的精确性,并分析误差产生的部位和原因,为术式改良提供参考和思路。方法:收集2012年12月至2016年12月,在北京大学口腔医学院口腔颌面外科接受计算机导航辅助下口内入路髁突切除术的患者资料共23例。术前将患者螺旋CT数据导入Pro Plan软件,将患侧下颌升支进行三维重建并根据病变范围设计髁突截骨线,生成术前设计模型,导入Brain Lab导航系统,术中在计算机导航辅助下,采用口内入路,按术前设计截骨线完成髁突切除术。术后1周内拍摄颅颌面部螺旋CT,将术后患侧下颌升支进行三维重建,生成术后即刻模型,应用Geomagic软件将术前设计模型与术后即刻模型进行对齐,并在术后即刻模型的实际截骨面划分6个区域并定义相应区域测量点P1～P6,比较术前设计截骨面与术后实际截骨面在三维空间位置上的偏差,分析导航辅助手术实施的精确性。结果:23例患者均顺利完成手术,获得满意疗效,术后CT复查病变完整切除,髁突截骨线与手术设计基本吻合。术后随访期内未见肿物复发及关节粘连。术后对髁突切除术实施精确性的验证分析显示,P1～P6共6组测量点所测得的偏差可信区间分别为(-2. 26 mm,-1. 89 mm),(-2. 30 mm,-1. 45 mm),(-3. 37 mm,-2. 91 mm),(-2. 83 mm,-1. 75 mm),(-1. 13 mm,0. 99 mm),(-1. 17 mm,0. 17 mm),其中P3组与其他5组比较差异均有统计学意义,P5、P6组间差异无统计学意义而与其他4组差异有统计学意义。结论:在计算机导航辅助下可以较精确地完成口内入路髁突切除术;截骨面各部位的手术偏差以过多切除为主,其中前内侧测量点所代表的髁突前内侧区域实际过多切除现象最明显,后侧、后外侧测量点所代表的髁突后外侧区域平均偏差不大,但偏差值的波动较其他4组大;计算机导航辅助下髁突切除术的精确性还有待提高。

基于Stryker髋关节手术导航系统的髋臼杯定位精度分析

基于计算机辅助导航(CANS)与非导航术式(MANS)的髋关节置换术临床数据,采用Mimics和Matlab编程构建植入髋臼杯定位精度测量方法。经对50例CANS与MANS髋关节置换髋臼杯前倾角和外展角进行测量与统计。结果表明,采用CANS进行全髋置换时,髋臼杯定位精度高于MANS方式,髋臼杯定位处于安全范围的几率大于MANS方式。CANS可以很好地提高髋臼杯假体植入的精确度,有效降低术后关节脱位发生的几率。

应用计算机辅助手术导航系统治疗单侧颧骨复合体骨折

目的探讨计算机辅助手术导航系统在单侧颧骨复合体骨折治疗中的应用，通过色谱分析整体评价骨折复位的效果。方法应用计算机辅助手术导航系统对5例单侧颧骨复合体骨折患者进行手术方案设计，实时导航颧骨复合体骨折的复位，术后利用三维软件进行健患侧的色谱分析对比，对形态复杂的颧骨复合体复位效果进行整体评价。结果计算机辅助手术导航系统对单侧颧骨复合体骨折治疗实现术中实时导航，明确骨折复位的位置方向，术后色谱分析整体评价颧骨复合体骨折复位整体偏差均〈2mm。结论计算机辅助导航系统对单侧颧骨复合体骨折复位有明确的指导意义，色谱分析对于形态复杂的颧骨复合体骨折复位的整体评价更为客观真实。

二维计算机辅助手术导航系统引导腰椎椎弓根螺钉植入及术后CT重组断面评价

目的通过术后CT重组断面评价二维计算机辅助手术导航系统辅助腰椎椎弓根螺钉植入的准确性。方法 2011年2月-2013年4月,218例腰椎后路椎弓根螺钉内固定术患者被纳入研究,随机分为二维计算机辅助手术导航植钉组(导航组)95例和X线透视辅助植钉组(透视组)123例。两组患者性别、年龄及疾病类型等一般资料比较,差异均无统计学意义(P>0.05),具有可比性。记录两组患者平均每枚螺钉植入时间、出血量、术中C臂X线机透视次数以及术中植钉一次性成功率;通过术后CT记录矢状面螺钉植入角(sagittal screw angle,SSA)、椎弓根皮质与螺钉的关系以及同一椎体双侧椎弓根螺钉矢状面夹角(sagittal angle on both sides,SBA)。结果导航组植入螺钉504枚,其中植钉一次性成功432枚(85.7%),最终植钉成功472枚(93.7%);透视组植入螺钉656枚,其中植钉一次性成功474枚(72.3%),最终植钉成功563枚(85.8%);两组植钉一次性成功率及最终植钉成功率比较差异均有统计学意义(χ2=30.19,P=0.00;χ2=18.16,P=0.00)。两组平均每枚螺钉的植入时间和出血量比较差异无统计学意义(t=0.88,P=0.38;t=1.47,P=0.14);但导航组平均每枚螺钉植入透视次数(0.7±0.3)次显著低于透视组(1.5±1.0)次(t=—8.09,P=0.00)。导航组SSA和SBA分别为(3.7±0.9)、(1.7±0.8)°,均显著低于透视组的(6.0±1.7)、(3.5±1.6)°,差异有统计学意义(t=—26.92,P=0.00;t=—22.49,P=0.00)。结论二维计算机辅助手术导航系统手术引导腰椎椎弓根螺钉植钉相对于传统X线透视下辅助植钉,能使螺钉更好地平行于上终板且提高了植钉准确率。

计算机辅助导航骨科手术及医用机器人技术在创伤骨科的应用

本文介绍了计算机辅助导航骨科手术(CAOS)及医用机器人技术在创伤骨科应用中的主要进展、当前在临床应用中存在的主要问题和相关对策,并对其未来的发展趋势进行了预测,同时简要介绍了北京积水潭医院创伤骨科在计算机辅助导航骨科手术及医用机器人技术方面的研究进展。当前骨科手术导航定位所应用的医学图象导引系统已经由使用单一的C型臂、CT等传统影像设备向应用三维C型臂、多模态图像处理系统等新型影像设备转变,基于多模态图像的导航系统将有可能成为导航手术的主流。医用机器人已经在自动化程度和人机交互模式方面,有了长足进展,摆脱了原有工业机器人的结构模式。医学图像后处理技术及其它相关信息技术极大地丰富了导航和机器人外科,只有在不断完善光学定位技术的同时,加大对其它定位方法的研究,才能够提高定位精度;要对相关设备进行开放式结构设计,使不同导航系统的注册软件能够互相兼容,手术器械能够通用,降低设备成本。骨科医生要正确认识计算机辅助导航骨科手术及医用机器人技术,在充分了解CAOS的技术特点、基本原理、操作程序的基础上,对要实施的手术具有深刻的理解,才能开展CAOS手术。目前,迫切需要建立CAOS技术标准、临床适应证和手术操作规范,进行CAOS产品之间的技术比较和评估,便于医生选择合适的CAOS产品。伴随快速发展的信息技术,数字化手术室、智能化微创导航手术系统、医用机器人辅助的远程医疗将有可能成为未来CAOS技术的主要组成部分。

计算机辅助手术导航系统在肝细胞癌肝切除术中的初步应用

在我国，以肿瘤为中心的局部切除仍然是当前肝细胞癌肝切除的主要术式。相对于规则性肝切除，肝细胞癌局部切除手术更复杂，对肝内血管的处理方案决定了肝细胞癌肝切除的安全性和疗效。肝内血管三维成像的应用使我们在术前就可以清楚了解肝内血管与肿瘤间的立体解剖关系，并据此进行术前虚拟手术规划，从而精确地指导肝切除的实施。

应用计算机辅助手术导航系统经口内径路复位颧弓M型骨折临床观察

目的探讨应用计算机辅助手术导航系统经口内径路复位颧弓M型骨折的技巧及经验。方法 2012年1月至2014年12月武汉大学口腔医学院47例颧弓M型骨折分为非导航组（26例）和导航组（21例）。非导航组患者20例经口内径路,6例经颞部小切口,26例中低年资医师开展3例。导航组患者均应用计算机辅助手术导航系统经口内径路进行开放复位,其中7例由低年资医师完成。术后随访3~6个月。结果非导航组1例经口内径路复位效果不佳,另1例术后复查X线片显示颧弓骨段塌陷,其他病例以及导航组全部病例均复位效果满意。结论应用计算机辅助手术导航系统经口内径路复位颧弓M型骨折是一种安全、高效、易于掌握的方法,尤其有利于低年资医师快速掌握手术技巧。

计算机导航系统、3D打印截骨导板与传统器械对全膝关节置换术手术时间和下肢力线恢复的影响

目的分析在全膝关节置换术（TKA）中使用计算机导航（CAS）系统、3D打印个性化截骨导板（PSI）与传统器械手术在手术时间和术后下肢冠状面机械轴力线恢复上的差异。方法回顾性收集2013年1月至2014年12月在北京大学第三医院诊断为重度骨性关节炎，经同一手术医师完成的单侧、初次TKA患者共96例。按照手术方式分为3组：CAS-TKA组于术中使用CAS进行TKA手术，PSI-TKA组术中使用PSI进行TKA手术，对照组使用传统器械进行TKA手术。比较3组患者的手术时间和术后下肢冠状面机械轴力线的差异。3组间比较采用单因素方差分析，组间两两比较采用LSD法检验。结果所有患者TKA手术时间为（79±16） min。其中，CAS-TKA组时间最长，明显长于其他2组[CAS-TKA比PSI-TKA：（90±10） min比（80±14） min，LSD-t＝3.458，P〈0.05；CAS-TKA比对照组：（90±10） min比（66±11） min，LSD-t＝8.350，P〈0.05；PSI-TKA组比对照组（80±14） min比（66±11） min，LSD-t＝4.582，P〈0.05]。所有患者术后下肢冠状面机械轴力线平均内外翻角度分别为2.4°和2.0°。总体力线偏移（内翻/外翻〉3°）率是22.9%，其中CAS-TKA组为11.8%，PSI-TKA组为27.6%，对照组为30.3%，3组力线偏移率差异无统计学意义（χ2＝3.771，P＝0.151）。结论CAS和PSI的使用均会显著增加TKA手术时间，和传统器械手术一样，这两种技术均可良好地恢复TKA术后下肢冠状位力线，也展现出了减少力线偏移的趋势。

计算机导航辅助肢体骨巨细胞瘤的扩大切刮术

目的报告应用计算机导航技术辅助完成肢体骨臣细胞瘤病灶扩大切刮术,评估其临床意义。方法 2007年11月至2009年5月,对15例肢体长骨骨巨细胞瘤患者行计算机导航辅助病灶扩大切刮术。男性5例,女性10例,年龄14～54岁,平均31岁,位于股骨下端5例,胫骨上端9例和颈骨下端1例。原发骨巨细胞瘤9例,复发病例6例。将术前CT和MRI数据导入计算机导航系统的工作站,依据CT图像确定骨组织的侵袭范围,依据MRI确定髓内或软组织侵袭范围,将CT和MRI图像融合,识别肿瘤的边界,在CT图像中标记,供术中导航指引。术中按照术前标记操作,导航指引病灶开窗,肿瘤刮除,以高速磨钻精确扩大切刮范围,并精确评判外科切除边界,验证术者术前的手术计划和术中的操作结果。结果 15例患者全部随访,17-34个月,平均23.5个月,无术后复发。1例术后2周伤口深部感染,清创后两周伤口愈合,其余无伤口延迟愈合及关节感染发生。结论计算机导航技术有助于肢体骨巨细胞瘤病灶的扩大刮除精确手术,降低复发率,同时更多保留正常骨质。

计算机导航系统在骨科膝关节置换术教学与培训中的应用

目的探讨计算机辅助导航系统在骨科全膝关节置换领域教学中的优势，不断提高年轻医师的手术操作能力。方法在全膝关节置换术中应用计算机导航系统，可以在操作的每一步都得到实时反馈，让年轻的手术医师在操作时及时纠正自己的错误，迅速积累手术经验，提高手术操作水平。结果导航系统在保证手术精确性的同时，使手术医师可以对每一步操作具有更深刻的认识，并进行可重复性的教学和训练。经过计算机导航系统训练的手术医师，能够更精确地完成膝关节置换手术。结论在全膝关节置换术中应用计算机导航系统，有助于判定并减少手术医生的失误，在保证手术成功的前提下，提高手术医生的技能水平，其作为一种高效的教学工具，在对初学者的培训中发挥着重要的作用。

导航技术在脊柱神经外科的应用

计算机辅助手术导航系统（CASNS），是经典（框架）立体定向技术、现代影像诊断技术、微创手术技术、电子计算机技术和人工智能技术相结合的产物。

基于术中X线片的髓内钉远端孔深度学习定位方法

通过深度特征提取与髓内钉孔轴线深度回归,基于术中2张不同角度X线片,提出一种精准定位髓内钉远端孔的方法.首先通过目标检测算法提取X线片中的髓内钉轮廓,使用深度神经网络预测远端孔轴线在二维成像平面中的投影;然后根据双平面相交的方法,初步确定远端孔的空间位姿;最后利用髓内钉轮廓信息,使用协方差矩阵自适应进化策略算法进行位姿迭代修正.将所提方法计算得到的远端孔轴线与真实远端孔轴线进行比较的实验结果表明,在模拟环境中,两轴线平均距离误差为0.34 mm,平均角度误差为0.35°;在临床环境中,两轴线平均距离误差为0.68 mm,平均角度误差为0.72°.该方法能够满足髓内钉手术中远端孔精准定位的临床需求,可有效地提高髓内钉远端锁钉术中定位效率.

全膝关节置换术中软组织平衡测量技术应用研究进展

骨关节炎是全球范围内最为多发常见的关节疾病,其患病率随着年龄的增大而迅速上升。人工膝关节置换术的出现为膝关节严重病变的治疗提供了有效手段,但该技术的应用过程中仍存在诸多问题,其中主要涉及软组织平衡调节以及生物力线测量等。本文中作者充分结合国内外最近研究,就膝关节置换手术中涉及的软组织平衡测量技术的发展近况进行归纳总结。随着相关领域传感技术水平的不断提高,结合持续优化完善的计算机辅助手术导航技术,医学领域膝关节置换术中软组织平衡测量相关技术将有更多新的突破,人工关节使用寿命有望得到延长。

膝关节置换术中软组织平衡测量技术的发展

骨性关节炎是世界上最常见的关节病之一,随年龄增大,患病率迅速上升,人工膝关节置换术已成为治疗膝关节严重病变的主要手段之一。在人工关节置换术中,生物力线测量和软组织平衡调节是两个主要问题,本文主要针对膝关节置换手术中的软组织平衡测量技术的发展做了归纳和分析,认为随着传感技术的不断发展和计算机辅助手术导航技术的不断完善,膝关节置换术中的软组织平衡测量技术将会得到不断提高,使得人工关节的寿命不断延长。