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。

计算机辅助手术系统对骨科植入物准确稳定置入的导航作用

检索Pubmed数据库和中国期刊全文数据库文献,总结计算机辅助手术导航系统的研究现状及最新进展。计算机辅助手术导航系统是经典立体定向、现代影像诊断、微创手术、电子计算机和人工智能技术结合的产物。其工作原理是利用数字化影像信息通过媒介体输入计算机工作站,经运算处理后重建三维模型影像,手术医生通过相关软件,在此影像基础上进行术前计划并模拟进程,通过高解像度的显示屏从各个方位观察到当前的手术入路以及各种参数,完成微创手术。计算机辅助手术导航系统一般由手术导航工具、位置跟踪仪、监视器、工作站4个部分组成;依据不同的分类标准,有不同的分类形式。导航技术在骨科的所有领域几乎均有应用。尤其在骨科植入物置入准确度和置入物稳定性方面具有更多的优势。但亦存在图像显示与实际操作不符及应用中有遮挡问题等。

计算机辅助导航技术在骨科手术中的应用

影像导航技术问世之前，骨科医生在术中，凭借人体的骨骼解剖特点、术前患者的影像学资料（X线片、CT、MRI）和术中的X线透视进行定位。但是，解剖变异或解剖标志的缺乏等往往会导致术中的定位偏差。因此，手术者的实践经验就非常重要。然而，即使是非常有经验的骨科医生，用传统方法进行较精确定位的手术，也有出现偏差的可能性。临床和实验研究已经显示，用传统定位方法行腰椎椎弓根钉植入的失误率为20％～30％。然而，如果应用影像导航技术，椎弓根钉植入的失误率只有0～4％。近年来，计算机辅助影像导航系统用于术前制定手术计划和术中导航，在手术过程中跟踪手术器械，帮助骨科医生更精确和更安全地进行多种复杂手术。因此，该技术有许多不可替代的优越性，已被越来越广泛地应用于骨科手术中。

计算机辅助导航与模拟在颌面部骨折手术中的临床应用

探究计算机辅助导航与模拟在颌面部骨折手术中的临床应用。方法 以2022年1月至2023年12月于我院进行手术治疗的颌面部骨折患者为研究对象,遵循随机抽样原则从中选取50例进行干预,然后根据不同的手术方式,将其均等分为传统常规手术组和计算机辅助手术组,比较两组患者的手术指标、面部及咬合恢复、术后满意度。结果 两组手术时间、术中出血量相比,均以计算机辅助手术组患者相对较短,提示其组间差异明显、统计意义显著(P<0.05);两组面部外型及咬合关系相比,以计算机辅助手术组患者相对较好(96.00%:72.00%),提示其组间差异明显、统计意义显著(P<0.05);两组术后满意度相比,以计算机辅助手术组患者相对较高(92.00%:68.00%),提示其组间差异明显、统计意义显著(P<0.05)。结论 计算机辅助导航与模拟能够明显促进颌面部骨折患者的手术疗效,推动其面部和咬合关系的恢复,并提高患者的满意程度,目前在全面部骨折、面中部骨折和鼻眶筛骨折中效果显著,值得医护人员的关注和重视。

计算机辅助口腔种植手术的临床应用进展

为了提高种植体的植入精度,减轻手术创伤,提高种植治疗的成功率和美学效果,计算机辅助技术被应用于种植手术。计算机辅助的种植手术主要分为两类:静态计算机辅助种植手术与动态计算机辅助种植手术。其中,静态计算机辅助种植手术通过术前设计制作的手术导板引导术者植入种植体;而动态计算机辅助种植手术通过实时定位与追踪技术引导术者,其操作高效、快捷,具有广阔的应用前景。近年来,得益于数字化技术的快速发展,计算机辅助口腔种植手术在临床实践中得到了越来越广泛的应用。本文对计算机辅助口腔种植手术的分类和临床流程、种植体植入精度和影响植入精度的因素、临床效果和患者报告指标进行详细论述。

计算机辅助导航系统在骨科手术中的临床应用

计算机辅助导航手术系统将空间立体导航技术、计算机图像处理及可视化技术与临床手术结合起来,使手术器械的位置在术中通过影像实时显示,从而确保手术的安全。因精确性、安全性及快速性的特点使其在临床逐渐得到广泛应用,在脊柱、关节外科、创伤外科等方面也充分发挥了重要作用。随着科技的发展,计算机辅助导航系统将发挥更大的作用。

计算机辅助口腔种植手术实时导航系统的研究与实现

讨论了计算机辅助口腔种植手术实时导航系统IGOIS的几大关键技术,包括采用Marching Cubes算法与大规模三角网格简化算法实现医学图像三维重建;采用计算机图形图像学技术开发口腔种植手术规划软件模块;制作聚丙烯树脂模板,并采用ICP算法实现点对点转换的无创配准功能;采用Visual C++及VTK为开发工具开发完成IGOIS实时导航软件系统等。最后以一例患者的快速原型模型为实验对象,完成了口腔种植手术导航实验,结果表明该系统可指导临床医生在复杂条件下植入种植体,对于提高种植手术质量与精度,具有重要意义。

计算机辅助导航技术在脊柱侧凸手术中应用的初步经验

[目的]探讨计算机辅助导航技术在脊柱侧凸手术中的应用价值。[方法]自2006年2月起将计算机辅助导航技术应用于脊柱侧凸外科手术,进行相关的临床研究。分别采用计算机辅助导航技术行椎弓根螺钉植入及传统的解剖标志辨认法辅助X线定位进行椎弓根螺钉植入术,术后通过CT等影像学检查判断两组内固定术的植钉准确性。[结果]10例脊柱侧凸病例共植入椎弓根螺钉114枚。其中5例采用计算机辅助导航手术系统辅助下行椎弓根螺钉植入手术,共植入椎弓根螺钉61枚,其中优56枚(91.8%),良5枚(8.2%),无差的螺钉;另5例采用传统的解剖标志辨认法辅助术中X线定位进行椎弓根螺钉植入术,共植入椎弓根螺钉53枚,其中优30枚(56.6%),良12枚(22.6%),差11枚(20.8%)。[结论]应用计算机辅助导航技术行脊柱侧凸椎弓根螺钉植入准确性明显优于传统的解剖标志辨认法辅助术中X线定位法,计算机辅助导航技术能显著提高脊柱侧凸外科手术的安全性及矫正效果,对脊柱侧凸手术具有极高的应用价值。

外科手术计算机辅助导航技术

外科手术计算机辅助导航即利用计算机图形图像技术对放射影像学资料进行处理 ,重建二维或三维的医学图像模型 ,同时结合各种空间定位技术 ,在医师的双眼、手术工具及患者的头部之间建立一个实时的环路 ,实现手术过程中器械位置的实时或准实时显示。我们综述了外科手术计算机辅助导航系统的发展历史和研究现状 (重点阐述了其系统结构和关键技术 ,包括空间定位技术、图像处理与显示技术、系统配准技术、头部定位技术等

计算机辅助立体定向神经外科手术导航系统

本文介绍一个基于红外定位系统、三维可视化技术和三维图像处理技术的计算机辅助立体定向神经外科手术导航系统。系统对病人脑部扫描的断层图像数据进行三维重构 ,经网格简化和切割等处理后将其显示出来。为了达到手术过程中组织结构的精确定位 ,采用红外导航技术 ,利用在病人头部的定位标志点 ,进行图像坐标系和手术室坐标系的校准。

计算机辅助骨科手术在创伤骨科的应用

目的讨论计算机辅助骨科手术(computer assisted orthopedic surgery,CAOS)在创伤骨科的应用及其意义。方法分析CAOS在创伤骨科应用的现状,总结其应用的价值及相关问题。结果目前CAOS在创伤骨科主要应用于脊柱、四肢骨折内固定物的植入和人工髋、膝关节置换以及膝关节交叉韧带的重建等,而在骨折复位方面的应用很少且技术不成熟,但已显示明显的优越性。在CAOS应用过程中应注意其缺点、临床医学评价、手术医生的地位、正确的微创观念等相关问题。结论CAOS在创伤骨科手术微创化进程中有重要意义和无可替代的价值,应处理好一些相关的问题,促进其更好地发展。

计算机及三维导航技术辅助外科手术的应用进展

计算机辅助外科手术技术是近年来研究和发展最为活跃和迅速的领域之一,旨在从术前诊断定位、模拟操作和术中实时导航,使外科手术更趋于精确和微创。本文从系统组成、功能实现和临床应用等方面综述其发展及应用进展,并对其发展趋势做一展望。

脊柱外科手术中计算机辅助导航技术应用的初步经验

目的探讨计算机辅助导航技术(computer aided surgery navigation system,CASNS)在脊柱外科手术中的应用价值。方法 2006年2月至2007年6月采用CASNS和传统解剖标志辨认法辅助"C"型臂X线机定位行椎弓根螺钉植入术,各分别治疗15例脊柱伤包括脊柱骨折、脊柱侧凸、颈椎肿瘤及退变患者。术后通过CT等影像学检查判断两组内固定术的植钉准确性。结果 CASNS组共植入椎弓根螺钉125枚,其中优114枚(91.2%),良10枚(8.0%),差1枚(0.8%),优良率为99.2%;徒手植钉组共植入椎弓根螺钉129枚,其中优78枚(60.5%),良32枚(24.8%),差19枚(14.7%),优良率为85.3%。结论应用CASNS行脊柱伤椎弓根螺钉植入的准确性明显优于传统解剖标志辨认法辅助"C"型臂X线机定位法,CASNS显著提高脊柱外科手术的安全性及矫正效果,在脊柱外科手术中具有极高的应用价值。

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。

基于超声图像配准的计算机辅助骨科手术

计算机辅助骨科手术(CAOS)已在临床骨科多个领域得到应用,但面临着手术时间延长、骨块漂移及增加X线暴露等缺点。近年随着对微创、实时及非X线暴露等要求的提高,超声在CAOS中的应用日益受到重视。CAOS中借助超声回波测距原理形成的超声骨点云轮廓与术前三维CT图像进行实时配准,并通过同步动力化技术实现对手术过程的监控。该文就超声应用于CAOS的原理、配准技术、误差分析以及影响因素等作一综述。

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。

脊柱外科计算机辅助手术导航系统应用现状

计算机辅助手术导航系统(CASNS)是一种依据标记与合适软件,引导外科医生在手术步骤中实时跟踪和监测手术器械与患者解剖之间关系的技术,旨在提高手术安全性和精确度,提高手术治疗效果。该文就CASNS在脊柱外科领域的应用现状作一简要综述。