计算机辅助骨科手术（共4篇）
计算机辅助骨科手术 篇1
计算机辅助骨科手术 (CAOS) 是通过现代化医学中的成像设备, 比如CT、MRI、PET、DAS、US以及MR来获得多模图像的具体数据, 通过计算机来处理相关图像信息, 同时采用立体定位的系统来显示以及定位人体骨骼中解剖的结构。同时, 计算机会规划出合理的手术路径以及具体手术方案, 在手术之前进行手术模拟[1]。
概述
CAOS所遵循的原理和基本组成:利用CAOS来采集创伤骨科患者的具体数字资料, 并记录下来, 在手术过程中, 利用三维定位的设备来获得患者骨组织的详细定位以及定向的相关资料。把手术之前的相关影像资料和手术过程中从患者解剖标志处及骨表面获得的相应数据资料进行配准及整合, 也可以利用手术过程中直接从B超图像上所截取的患者骨轮廓影像来对手术进行引导;一旦手术发生异常, 就会反映出相应的经过, 同时, 只有与手术相关的要求相符时, 才可以实施手术[2]。
CAOS的分类:CAOS的种类非常多, 能够利用三种方式来对其进行分类。具体:①依据图像来进行分类, 分别是图像依赖导航、非图像依赖导航以及X线透视进行导航;②依据定位的方法进行分类, 分别是光学定位、机械手定位、超声波定位和电磁定位;③依据交互的方式进行分类, 分别是被动式、主动式以及半动式。其中的X线透视进行导航、被动式以及光学定位方式是最普遍应用的方法[3]。
CAOS在创伤骨科中的实际应用
CAOS在椎柱方面的实际应用:CAOS最先是在脊柱外科这一骨科分支上进行实际应用的, CAOS可以有效协助脊柱外科手术的顺利进行。Ebmeier等利用导航系统, 在112 例患者的胸椎中植入365 个椎弓根螺钉, 其中23 例 (6.3%) 患者位置不太理想, 42 例 (11.5%) 患者的椎弓根侧壁出现细小的孔 ( 孔径< 2 mm) 。采用传统方式植入弓根螺钉位置不理想, 位置不正确的概率为10% ~ 40%。在椎弓根植入中, CAOS与传统方法相比, 手术的失败率明显降低, 将CAOS具有的优势完全发挥出来了。也有相应研究把计算机导航和内窥镜进行结合, 并在齿突螺钉的固定中加以应用, 结果非常安全、便捷以及节省时间。
CAOS在关节方面的实际应用:在关节这一方面, 主要是在髋和膝关节的置换以及重建膝关节位置的叉韧带上应用CAOS, 其中主要是髋和膝关节的置换。可是并不代表在关节置换中应用CAOS的水平不高, 曾经有研究显示, 在创伤骨科手术中分别应用CAOS与传统方法, 应用CAOS的手术成功率远远高于应用传统方法[4]。Bathis等对80 例患者进行分组, 然后对患者进行膝关节的置换手术, 应用导航的患者有96% 下肢力线的偏差不大于3%, 常规组患者仅78%。所有进行研究的人中, Jenny和Bbthis分别获得了比较突出的研究成果, Jenny等研究小组发现在人工膝关节中应用CAOS进行导航, 患者假体的优良率是采用传统方法的2 倍多;Bbthis等研究小组发现在人工膝关节中应用CAOS, 患者下肢的力线偏差明显小于传统方法[5]。
CAOS在四肢骨折中的实际应用:现阶段, 在四肢骨折的手术中应用CAOS的成熟度明显低于其他部位, 主要原因是四肢骨折和其他部位相比, 更加复杂, 同时CAOS本身在这一方面也存在缺陷, 所以很少有成型的研究结果。在四肢骨折这一领域, Browbank利用髋部骨折机器人来对内固定进行相应的辅助也是另外一个比较大的突破, 通过这种方法, 可以使手术精度得到明显的提高, 照射射线的时间缩短, 钻孔数也相应减少。然而, CAOS也存在相应的缺陷, Stockle在盆骨手术中, 应用CAOS, 就将CAOS的缺点直接反映出来了, 其中包括图像太小等。
应用CAOS时需要注意的事项
准确认识到CAOS在临床工作中的地位:对于骨科医生, 应该非常明确地知道CAOS对骨科手术只是进行协助和引导, 手术主导者始终是人, 任何组织部分都不能替代骨科医生在手术中所发挥的作用。CAOS的发展并不代表外科医生的作用越来越小, 反而对外科医生所掌握的现代科学技术有了更严格的要求。
对CAOS进行准确的临床医学评价:目前的评价指标包括手术花费时间、精确度、暴露X线的时间长短、测量的具体位置、产品具有的技术性能以及手术之后关节的功能等。另外, 相关学者认为, 应该对CAOS的术后效果采取生物力学的方式来进行三维有限元的具体分析。为了确保对CAOS做出公平、正确的评价, 2000 年成立了国际上的CAOS协会, 提供了一个交流CAOS实际应用价值以及相关信息的国际平台。
形成一种正确的微创观念:应用CAOS不仅与患者进行手术的情况和身体的恢复有密切的关系, 还与医疗水平以及安全问题有密切的关系, 所以, 医学人员承担的责任非常重大。只有将正确的微创观念植入思想中, 才可以将患者、医疗以及社会三个方面同时兼顾到, 使收益最大化, 促进CAOS的发展。
现阶段CAOS存在的缺点:实际上CAOS存在很多缺点, 其中包括操作程序非常繁琐、导航系统在手术过程中会出现“漂移”的现象、进行操作的软件和硬件不够完善以及使医疗成本增大等。
展望
随着科学技术的不断发展, CAOS的应用领域会变得多元化, 发展趋向微创化, 主要有:①把微创当作过渡桥梁, 由有创手术转变为无创手术;②微创化可以促进外科医生的不断操练, 提高自身所具备的进行手术的水平, 有勇气去研究新手术方式, 促进新手术方式的多样化;③ CAOS可以使外科医生能够进行远程操作;④结合CAOS与现代化微创技术, 使手术更加微创或达到无创目的。
本文主要对CAOS在创伤骨科中的具体实际应用进行介绍, 同时提出应用CAOS时需要注意的事项, 最后提出笔者对CAOS发展的展望。CAOS正处于发展阶段, 还存在一定的缺点, 所以需要相关研究人员进一步对其进行研究, 促进我国医学的发展。
参考文献
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《计算机辅助骨科手术学》已出版 篇2
计算机导航辅助骨科技术是目前骨科领域的研究热点之一, 其代表了未来医学领域的智能化发展方向。计算机辅助骨科手术技术主要包括计算机导航技术、远程手术系统和手术机器人系统等。尤其是计算机导航技术, 代表了骨科智能手术的起点, 开创了骨科手术的一个新纪元, 显示了明显提高手术安全性的巨大优点, 预示了外科手术的智能化发展方向, 并为机器人手术技术的探索奠定了基础, 将来有可能成为骨科手术的必备条件。
由中国计算机辅助外科学会主任委员、北京积水潭医院院长田伟教授主编的, 国内第一部关于计算机辅助骨科手术的系统专著——《计算机辅助骨科手术学》已由人民卫生出版社出版。该书对我国近年来在计算机辅助骨科手术, 尤其是临床研究领域取得的进展进行了全面论述和总结, 并详细介绍了各种计算机辅助骨科手术的临床应用规范和技巧。
全书共分七篇, 第一篇为总论篇, 主要介绍了计算机辅助骨科手术发展历史、基础知识、特点、原理等;第二至七篇为各个专业的各论, 详细介绍了计算机辅助技术在脊柱外科、创伤骨科、矫形骨科、运动损伤科、骨肿瘤科以及小儿骨科的适用范围、规范的手术步骤和临床实践中的经验技巧等内容。
本书可作为骨科医师学习计算机辅助骨科技术的教材和临床工作的参考书, 也是计算机辅助骨科相关研究领域研究人员以及研究生的参考书, 定价:142元。
计算机辅助骨科手术 篇3
1 导航在医学的发展历程
100年前,由神经外科医生Clarke发明了体外瞄准系统。1986年美国Roberts首先神经外科领域使用导航系统。20世纪90年代,美国医师Steinmann等将计算机辅助手术导航系统用于脊柱外科,这被认为是脊柱外科发展的里程碑。1992年著名的神经外科医生Kevein Foley将Stealth Station导航系统成功用于脊柱外科。1993年Saragaglia小组开始研发的膝关节手术导航系统,4年后成功用于临床膝关节置换术。1995年,来自瑞士伯尔尼大学的No Ite应用计算机辅助微创导航手术系统实施了世界第1例腰椎椎弓钉内固定手术。1998年开始,计算机导航下进行的人工全膝关节置换术被欧美广泛使用;2001年,德国Ortho Pilot膝关节置换计算机导航系统得到了FDA认证;2004年,美国将导航系统大规模用于医学,从此该技术广泛应用于欧美等发达国家。计算机辅助导航系统对人工关节置换的精确性有了极大的提高。此外,计算机辅助导航在人工髋关节、人工肘关节等其他关节的置换术也有了进一步的发展。
2导航的原理
计算机辅助手术导航系统是医学影像学技术与计算机的完美结合。通过影像学资料在显示器上虚拟成形,显示手术器械和手术部位的解剖关系,辅助术者准确完成手术预案及操作。计算机辅助手术导航系统是在术前对患者进行C臂影像、CT、MRI等影像学扫描,得到患者影像学信息,经过CD-R光盘、网络等媒介输入到计算机,通过运算重建出得到三维模型影像,术者即可在相应的操作系统上进行术前预案并模仿手术过程。术中系统的红外线摄像头通过反射弧可以动态观察手术器械对应的患者解剖结构的位置,将信息以三维的方式显示在显示屏上,可动态地从轴位、矢状位、冠状位等解剖位置观察术路径深度及相应的角度,避开危险区域,短时间内到达患处,缩短手术时间,减少出血量、手术伤口及并发症,达成微创手术。
3导航的组成及分类
计算机辅助手术导航系统构成有以下4 部分:1手术导航工具:通过发射或反射光信号,从而确定手术工具的位置;2位置跟踪仪:用于接收光电信号,从而监测及追踪手术器械的位置; 3导航系统显示屏: 术中实时反映手术器械的位置及患者的影响数据;4工作站:将虚拟坐标系与实际坐标系通过计算匹配。
计算机辅助手术导航系统分类方式多种多样。 其分类方式多种多样,按照信号传导介质,分为光学定位、磁场定位、声波定位、机械定位;按照获取影像的建立,分为基于CT的导航系统、基于X线透视的导航系统(分为二维导航和三维导航)、基于MRI的导航系统、 完全开放式导航系统(非影像依赖导航系统);按照与人的交互方式,分为主动式导航系统、半主动式导航系统、被动式导航系统。
4 计算机辅助导航技术在骨科的临床应用
随着近年来导航技术引入骨科,导航技术几乎运用到了骨科的各个领域。 在脊柱外科方面: 在过去20 年中,脊柱融合联合椎弓根技术在脊柱肿瘤、脊柱骨折、脊椎退变的治疗已经受到广泛的接受。 由于脊柱及其邻近关键结构的复杂解剖,导航下椎弓根植入技术得到医学界的接受。传统的椎弓螺钉固定技术在C臂机透视下进行的, 传统的影像只能提供二维定位,不能进行椎弓根钉的三维定位。 20 世纪90 年代,美国医师Steinmann等最先将计算机辅助导航技术用于脊柱外科。临床实践已证实脊柱导航系统可以明显改进椎弓根螺钉置入的精确性和安全性。 随着导航设备的不断改进以及医生操作的不断熟练,现已经扩展到包括颈椎和胸椎在内的整个脊柱,应用病种也从最早的脊柱骨折扩展到脊柱退行性疾病、畸形、肿瘤等, 从原先的标准后路手术扩展到前路等各个方面。Houten等[1]通过对比传统透视与O臂导航两种方式下进行腰椎经皮螺钉手术,结果显示椎弓根的穿孔率分别为O臂导航组3%、传统透视组12%。 Vande Kdft等[2]评估在O臂导航下腰椎或骶椎置入1740 根椎弓根螺钉,结果显示置钉准确率为97%。Rivkin等[3]回顾性研究270 例患者(1438 根椎弓根螺钉),研究发现椎弓根置入钉的穿孔率为5.8%。 在另一项回顾性研究中,Costa等[4]进行对导航与非导航下进行退变性腰椎滑脱比较, 结果显示导航组手术时间明显缩短,导航组与非导航组手术时间分别为(92±31)min和(119±43)min, 并且导航下进行椎弓根螺钉的置入时间明显缩短。
较之腰椎,胸椎的椎弓根更小,尤其是在T4~T6区域[5]。 此外,椎弓根的内侧壁与脊髓之间的安全区域有限[6]。 这些解剖学的差异特别在治疗复杂的脊柱侧弯时增加了很大的难度。Hicks等[7]研究关于脊柱侧弯手术椎弓根螺钉固定的难度,报道显示徒手技术椎弓根螺钉失误了高达15%。 Larson等[8]分析导航下胸椎区域741 根椎弓根螺钉的置入位置情况,结果显示儿童及成人的准确率分别为96.4%、98.2%。 研究也显示导航下椎弓根的准确率明显高于徒手置钉技术。 Kotani等[9]回顾性分析32 例(416 根椎弓根螺钉)脊柱侧弯患者,较之传统透视,术中运用3D导航下每颗螺钉置入的时间从(10.9±3.2)min减少到(5.4±1.1)min。 此外, 导航下钉子穿孔率较之传统透视的5.0%降到了3.0% 。 Rajasekaran等[10]进行了一项31 例(242 颗螺钉)胸椎骨折患者的随机临床研究,结果显示导航下每颗椎弓根螺钉置入时间较之徒手技术的(4.61±1.05)min减少到(2.37±0.72)min。 与此同时,导航下置钉的准确率较之徒手技术准确率由84%增加到了99.2%。 Jeswani等[11]认为导航下胸椎椎弓根的置钉的准确率高达90%,即使在最小的椎弓根(平均直径≤3 mm)处也如此。
导航除了用于胸椎、腰椎手术外,导航近年来也广泛的用于颈椎手术中。 Zou等[12]将ISO-C 3D导航系统运用于21 例齿状突骨折前路空芯螺钉内固定术,术后随访中无骨折不愈合及其他并发症。 Singh等[13]通过导航下进行C2椎弓根螺钉内固定术治疗不稳定的Hangman骨折。
在关节外科方面:近年来,计算机导航系统已经运用到许多关节手术,例如膝髋关节置换、前后交叉韧带重建以及其他关节的相关治疗。 现已经有许多研究表明,计算机导航可以减少手术创伤,降低手术并发症,提高假体置入的准确度,很大程度上恢复关节功能。 Krackow等[14]运用计算机导航在严重内翻畸形的膝关节置换中的胫骨内侧平台截骨, 研究认为,使用计算机导航下胫骨内侧平台截骨可以作为一种内翻畸形膝关节置换手术操作技术, 同时该研究也表明, 计算机导航的辅助可以进行内侧约2 mm的截骨,可以纠正10°的畸形。 de Steiger等[15]采取导航与非导航两种手术方式进行全膝关节置换术,研究结果显示导航下膝关节置换可以更精确地进行下肢力线的设计,截骨方式更精确。 除此之外,在术后9 年的随访中,导航下膝关节置换较非导航膝关节置换可明显降低因为假体松动而导致的翻修率。 Suksathien等[16]进行关于计算机导航运用于全髋关节置换的临床研究,研究认为导航下髋臼杯的放置较徒手技术准确率更好,尤其在前倾角的调整更有优势。 Suksathien等[17]进一步研究表明,计算机导航可以提高髋臼杯放置的精确性以及前倾角的准确性。 EI Hachmi等[18]指出计算机导航可以提高股骨假体放置的准确性。 克氏针内固定是一种治疗肩锁关节Rockwood Ⅳ~Ⅵ型脱位的成熟的手术方式,Stübig等[19]通过研究发现,三维计算机导航可以提高肩锁关节脱位克氏针内固定的准确性。 Suero等[20]研究认为,术中3D导航用于评估肩关节手术是可行的,术中通过3D肩关节成像可以提高肩关节手术的精确性。 在肘关节行外固定支架固定期间需要反复的透视及钻孔,Egidy等[21]指出,导航下进行肘关节外固定支架固定精确度更高,可以明显减少钻孔的次数。
近年来随着全肘关节置换技术越来越多,但是术后无菌性假体的松动仍然是全肘关节手术失败的主要原因,尽管有许多的原因存在,但是假体位置不佳是一个重要的潜在因素[22]。 Mc Donald等[23]进行体外尸体研究中,指出计算机导航技术可以改善全肘关节置换中肱骨假体置入的准确性,减少术后并发症,延长肘关节假体的寿命。
在关节镜方面:膝关节后叉韧带是保持膝关节稳定的重要结构。 由于后叉韧带解剖位置特殊,损伤后如何精确的在关节镜下进行重建,这一直是外科医生所需要解决的难题。 Julliard指出:目前未完全解决关节镜下后交叉韧带重建的所有问题,而且不断有新的问题被发现。 熊健斌等[24]分别采用计算机辅助导航系统及传统关节镜定位胫骨隧道,结果提示导航技术可以辅助后交叉韧带重建手术中胫骨隧道的定位,具有隧道定位准确性高、 辐射及手术污染机会减少等特点。 王伟等[25]对35 例前叉韧带损伤的患者均行计算机导航下关节镜重建前叉韧带术,研究结果得出计算机导航股骨、胫骨隧道位置定位精确,术后效果良好。Audenaert等[26]通过尸体研究证实了导航下关节镜治疗股髋综合征较非导航手术精确性更高。Tannenbaum等[27]研究计算机导航在髋关节镜手术中的应用,研究指出计算机导航辅助下髋关节镜可以提高治疗股髋综合征手术的精确性,但是需要更进一步的研究评估计算机导航是否可以改善临床效果。
在创伤方面:目前,计算机导航在骨折中的应用较其他部位少,原因主要包括四肢骨折相对其他部位较为复杂以及导航本身具有一定缺陷。 Wong等[28]研究表明,在导航辅助下治疗骨盆及髋臼骨折可以精确地进行经皮螺钉内固定。 手术治疗股骨骨折具有较高的愈合率,但残留的旋转不良和双下肢不等长仍然是严重的临床问题。 Weil等[29]进行计算机导航下16 例股骨骨折手术研究,其中14 例髓内钉内固定、2 例钢板内固定,术后与健侧的对比结果显示,计算机导航下进行股骨骨折内固定可以准确和精确地恢复股骨的长度和控制旋转。 跟骨关节内骨折常常需要切开复位内固定术,术中传统C臂下透视不清楚。Franke等[30]利用术中三维导航成像辅助治疗跟骨关节内骨折,研究指出术中三维成像可以很精确地显示关节内骨折情况以及固定过程中螺钉的位置。 此外,研究者认为,由于术中导航下可以更好地进行关节面重建,术后创伤性关节炎的可能性将减少[31]。
在肿瘤方面:较之脊柱、关节、创伤方面的运用,导航在肌肉骨骼肿瘤方面的运用不是很广泛。 尽管如此,仍然有一些关于导航在骨科肿瘤方面鼓舞人心的报道。 对于复杂区域(如骨盆、骶骨)肿瘤切除,手术一般很难彻底切除病灶。 这将严重影响患者预后,从而导致肿瘤高的复发率[32,33]。 Hüfner等[34]术中利用导航确定3 例骶骨肿瘤患者的肿瘤边界。 Krettek等[35]通过导航辅助下对2 例骨盆肿瘤患者进行肿瘤切除。Young等[36]研究表明,计算机导航在肌肉骨骼肿瘤方面的运用可以准确地识别局部解剖以及肿瘤的范围。
至今为止,还没有一款专门为长骨与盆腔肿瘤的外科治疗的导航软件,而且国内外关于导航在骨科肿瘤方面的应用的报道也是采用的脊柱导航方面的软件[37]。
5 计算机辅助导航技术存在的问题
目前计算机导航已经运用到了骨科的各个方面,其有如下优点:1减少患者及医务人员的辐射暴露[38,39];2增加了手术的安全性,减少手术的风险。
尽管计算机导航有很好的优势,但是其仍然存在着如下问题:1参考架要固定牢靠,术中一但松动或发生移动,需要重新注册。 2术中患者体位的移动可以导致导航虚拟图像与解剖结构的差异,出现图像漂移现象。 3导航工具的注册及数据采集过程复杂,术中需要额外5~7 min。4术中参考架的固定,需要额外切口,增加患者的创伤。 5导航技术的学习需要严格的训练,学习曲线长。6导航设备采购费用高,可能增加了患者的手术费用。
6 展望
目前,计算机辅助导航技术已经应用到了创伤、关节、脊柱等方面的手术,与传统技术相比,其具有更高的精度以及安全性。 虽然当今计算机辅助导航技术在骨科许多手术方面运用, 但是其运用范围不是很广。就国内而言,仅仅是少数医院拥有计算机导航的相关设备。 尽管如此,随着外科医生对计算机辅助导航技术的进一步了解及熟悉,计算机辅助导航技术应用前景将越来越广。
计算机辅助骨科手术 篇4
颅颌面整形外科手术计算机辅助系统,旨在利用患者的CT、MRI、PET、DAS等多模数据,借助先进的计算机技术和图像分析技术,对体数据进行三维重建,并在此基础上完成对三维图像的控制与测量。系统用于临床对颅颌面畸形进行准确的定位、定性和定量诊断、手术模拟设计、疗效预测,使外科医生在术前对手术全过程有全面的认识,帮助医生制定科学合理准确高效的手术方案,并在术中进行引导,术后进行评价,从而将复杂的颅颌面外科手术直观化。
颅颌面畸形是最常见的先天性畸形之一,其发病率较高,严重影响患者的身心健康以及家庭和社会稳定。如何进一步改进其治疗技术和方法以获得更完善的疗效,一直是颅颌面外科医师和医学工程技术人员努力研究探索的方向。颅颌面部解剖结构复杂、器官功能重要,颅面畸形复杂多样,其整形外科手术理想的目标是达到颜面容貌和口颌系统功能最佳的康复,因此,颅颌面畸形的定位、定性和定量诊断、周密准确的手术设计和面貌预测对于确保满意的整形手术疗效至关重要。计算机技术与医学影像技术的迅速发展及相互交叉渗透,为建立科学合理,迅速准确的颅颌面畸形诊断分析、手术模拟设计、疗效预测系统准备了技术条件。
2 计算机手术设计模拟系统的局限性
20世纪80年代初,国外学者借鉴口腔正畸学界计算机化X线投影测量方法,将计算机图像处理技术应用于颅颌面外科手术设计模拟[1]。20世纪80年代中后期,颌面外科、整形外科医生认识到基于侧位X线投影的计算机手术设计模拟系统存在以下局限性:
(1)X线平片拍摄质量较难控制,诸多解剖结构重叠,有时X线投影模糊不清,导致定点测量误差。
(2)图像输入过程中多次数模转换造成图像信息丢失致使图像质量欠佳。
(3)X线定位侧位投影不能清晰显示上颌骨、觀骨、鼻筛眶区整体外观结构。
(4)不适用于唇腭裂半发的不对称性颅面骨骼畸形,因不能准确定点,投影测量误差大。
(5)手术模拟是在二维平面上进行,不能形象地模拟各种颅颌面截骨手术。
由于上述弊端,开始尝试用CT断层数据作为信息源,进行颅颌面三维重建显示及手术模拟设计[2]。此后,文献[3-4等相继建立起基于CT影像资料的计算机辅助颅颌面外科手术设计模拟系统并做了许多改进。
3 计算机辅助技术的发展和现状
20世纪90年代以后,计算机技术日新月异迅猛发展,三维重建立体显示(3D display)、多模态(multimodality)、多向摄影(multi-direction photograph)、多传感器(multi-sentor)、多媒体(multimedia)技术能为外科医生提供一个可视化的虚拟现实环境,医生可接近真实地模拟整个手术过程,选择最佳手术方案指导实际手术或培训外科医生[5,6]。目前,应用计算机技术研究颅颌面畸形并建立定量诊断、仿真模拟手术、植入体辅助制作系统和方法,已成为颅颌面整形外科领域前景广阔的发展趋势之一[7,8]。
国际上现行的以CT数据为信息源的计算机手术模拟系统的特点和功用:(1)可遍览手术区三维图像,对颌颅面畸形定位、定性和定量诊断,准确计算出颅面骨性结构恢复正常所需移动距离、旋转角度。(2)全面了解预期整复手术的路径和所涉及的重要解剖结构。(3)预测术后容貌外观。(4)根据三维图像提供的数据信息设计植入体或移植组织的大小形状。
国内该领域研究起步较晚。虽然近几年有少量颌面三维CT影像观察、三维影像重建方法讨论的报道,但成熟系统的开发和应用未见报道。
4 计算机辅助系统开发需要解决的问题
系统开发需要解决的问题有:
(1)通过何种途径和方式获取CT数据,以便用计算机进行三维重建等图像处理。
(2)三维重建立体模型的方法很多,选择何种方法能够清晰显示三维模型外观,以便于准确测量和仿真模拟手术。
(3)需要建立颅颌面三维测量数据库,有正常参照标准才能够准确诊断和制定量化的手术方案。
(4)虽然国外现有功能强大的ANALYZE软件[5],但其价格昂贵且不适合国内较普及的计算机系统。为此,有必要建立以CT数据为信息源,基于微型计算机的颌颅面整形外科手术辅助系统和方法[9,10],并投入临床使用。
5 计算机辅助系统的设计方案
系统设计方案为:功能基于Windows XP环境,使用Microsoft Visual C++语言开发,用OpenGL作为三维显示PCI调用。采用软组织整复手术和骨组织整复手术2个模块,模拟有自动和交互式两种方式,经典整复术式采用自动方式,非经典手术则以交互式灵活操作。自动模拟手术程序的功能包括:根据颅颌面畸形三维测量结果设计整复手术,“切割”软组织、骨组织三维立体模型,形成“组织块”或“截骨段”在X、Y、Z三轴上移动,程序自动反复校验,直到恢复或接近正常颅颌面结构测量参数标准为止。建立面向预测算法,前期考虑骨组织与软组织等比例变换;后期考虑建立软组织与骨组织变换的数学模型。图1为系统结构框图,图2为系统功能框图。
6 结论
在学科交叉融合的基础上,研究颅颌面整形外科手术计算机辅助系统具有重要的科学意义和实用价值,该系统的临床应用将颅颌面畸形治疗质量更加完善,且会产生良好的社会经济效益。
参考文献
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