医用导航系统（精选2篇）
医用导航系统 篇1
医用导航系统作为微创手术领域的重要辅助设备,20世纪90年代初首先应用于神经外科手术,现已推广到脊柱外科、膝关节、肩关节等手术中,用来协助医生进行一些需要极高精确度的手术,如有些手术的患处位于医生肉眼不易分辨的盲区或者需要准确放置植入物[1,2]。
1 医用导航系统的工作原理
医用导航系统就是在手术中利用医学影像设备和计算机图形学的方法[3],对患者的图像数据进行三维重建,通过人机交互界面制定手术计划,手术进行时利用相应的高精度光学跟踪定位装置和无线智能化手术器械为外科医生提供器械与患者解剖结构之间的空间位置,进行实时、精确定位导航手术的一套现代化手术系统。
医生可在进行手术前获取患者的影像信息,如CT、核磁,也可以用Arcadis Orbic 3D的术中CT获取患者的影像信息,通过医院的影像存储和通讯系统(PACS)或者固态存储器将病人的医学影像信息传送到导航工作站中。在导航系统的人机交互界面选择手术计划,经过图像处理后获得患者的三维解剖结构。手术中,在红外摄像头的工作范围内,通过专用红外手术器械发射红外线,与导航系统互通信息,通过注册将手术中的病人与其自身的影像完全对应起来,即红外器械尖端点触在病人实体的位置会在屏幕上病人影像的相同位置显示[4]。此时,医生即可通过观察显示屏上病人的动态影像来进行手术定位判断,方便外科医生手术。医生通过导航的显示器可以从各个角度观察到植入物位置或病灶点,方便医生选择更好、更安全的手术。
2 我院导航系统组成
我院使用的是史赛克数字化手术导航系统:Stryker Nav Suite,该导航系统主要由导航硬件和导航软件组成。
2.1 硬件组成
硬件组成包括智能定位跟踪摄像头、无线智能手术器械、工作站电脑主机、UPS供电系统、双显示屏。其中智能定位跟踪摄像头与无线智能手术器械是导航系统提供准确导航图像的基础,正是在两者的配合下,才能实现术中位置跟踪的实现,辅助外科医生完成导航手术。
2.1.1 智能定位跟踪摄像头
Stryker Nav Suite导航系统的智能定位跟踪摄像头FP6000是手术导航系统中最为关键的组件,它的功能包括对智能手术器械的实时定位、负责智能手术器械与工作站主机之间的数据通信等。智能定位跟踪摄像头带有3组光学探测器,配合红外线信号收发器。Stryker Nav Suite的摄像头最佳工作区域在1.625 m处,其工作半径为直径1.25 m的球形区域。
当今探测定位的方式包括两种:(1)电磁场式;(2)光学式。光学式又分为主动光学式与被动光学式。电磁场式是通过电磁波以及电磁波回波定位,由信号发生器和传感器构成,通过电磁回波来测量传感器在磁场中的位置。光学式是通过红外线的发射和接收定位。
Stryker Nav Suite导航系统智能定位方式属于主动式光学定位。主动式光学定位是指由智能手术器械发射红外信号,红外信号被智能定位跟踪摄像头的光学探测器捕捉到后传送到导航系统主机后进行处理。而被动式光学定位是指由智能定位跟踪摄像头发射红外信号后经手术器械上的反射球反射回智能定位跟踪摄像头,从而实现定位。
2.1.2 无线智能手术器械
Stryker Nav Suite智能手术器械是一个集成主动红外线发射与红外信号接收于一身的无线、智能手术器械,其红外线发射正是通过智能手术器械所发出的。智能手术器械与智能定位跟踪摄像头配合完成定位信息、操作信息信号的传递,最终在工作站终端完成导航定位以及手术。
2.2 软件组成
利用计算机图形技术快速对患者图像进行三维图像处理,是实施定位导航手术的前提,为了配合不同手术的需要,史赛克导航工作站配有脊柱导航软件、神经外科导航软件、膝关节导航软件、髋关节导航软件、创伤导航软件和骨肿瘤导航软件等。外科医生可以通过软件制定手术计划,实施导航手术。
3 我院脊柱导航手术流程
我院脊柱外科实施脊柱导航手术所用设备有:负责采集病人三维图像的术中CT Arcadis Orbic 3D、史赛克导航系统Stryker Nav Suite。
具体实施手术流程如下:
(1)将校准靶安装在Arcadis Orbic 3D的影像增强器上,并且连接导航系统与术中CT系统以确保图像传输正常。
(2)将追踪器安置于病人身体上。
(3)导航系统上的智能定位跟踪摄像头需放置在同时可以探测到校准靶和追踪器的位置。
(4)将Arcadis Orbic 3D按照三维扫描要求摆放好起始位,准备实行自动的三维扫描,在Arcadis Orbic 3D移动影像增强器的起始位置要确保摄像头能够捕捉到追踪器。
(5)扫描完成后,Arcadis Orbic 3D会自动将采集的断层图像传送到导航系统中,导航系统进行三维图像重建处理后,就可以在双显示器上浏览三维导航图像。
(6)医生可以开始实施导航建立程序,进行各种手术中智能器械的注册。准备手术。
4 史赛克导航系统维修维护经验
医用导航系统故障基本分为3类[5]:(1)硬件问题;(2)软件问题;(3)人为操作失误。
4.1 故障一
4.1.1 故障现象
进入系统软件后,启动导航软件时提示“没有连接摄像头”。
4.1.2 分析及解决
可能有几种情况[6]:(1)导航主机与摄像头通过一根1394B的Firewire电缆连接,由于需要频繁扭动摄像头去寻找器械定位范围,所以这根电缆容易受到损伤。一旦这根电缆损坏或者接触不良就会造成如上报错;(2)摄像头有一个直流24V输入电源,可以通过电源指示灯判断此电源是否正常工作,电源不工作也会造成上述报错;(3)电缆和电源都没有问题时就要考虑摄像头故障。比较常见的原因是(1),更换电缆后,故障解决。
4.2 故障二
4.2.1 故障现象
导航系统开机时提示“CMOS CHECKSUM ERROR-Defaults loaded”。
4.2.2 分析及解决
系统反复开机无法启动,总是提示同样的错误。该系统提示说明导航主机的主板保存的CMOS信息出现问题,需要重置。这类问题的主要原因是主板电池电量过低,无法保存CMOS信息。更换主板中用于存储主板芯片数据的锂电池,Stryker导航系统工作站主板电池型号均为:CR2032,故障解决。
4.3 故障三
4.3.1 故障现象
导航系统运行缓慢甚至频繁死机,无法正常进行导航计划及手术导航。
4.3.2 分析及解决
此问题常见于我院脊柱外科导航,分析原因为脊柱外科导航软件使用时经常需要导入病人的CT、核磁等影像数据,随着手术量不断的增大,这些影像数据过多的占据磁盘空间导致系统缓慢,删除使用过的病人影像资料后,故障解决。
4.4 故障四
4.4.1 故障现象
史赛克最新导航系统配备SPC1工作站、Spine Map 2.0脊柱软件,在进行Arcadis Orbic 3D校准时IP地址通过Ping命令验证网络路径状态连通,但Dicom接口通讯始终没有响应。
4.4.2 分析及解决
两台设备的网络状态连通正常,排除双方设备网卡、网线等硬件部分问题,最有可能是软件问题。首先考虑Windows XP系统装有防火墙,可能阻挡Dicom通讯,但防火墙会同时筛查IP地址,也会相应阻挡Arcadis Orbic 3D的网络数据包。所以在核查导航防火墙设置后排除此情况。其次,史赛克导航Spine Map 2.0为全球最新发布软件,软件中设置文件内容与校准程序与低版本软件不同,有可能是对最新软件的设置文件没有作正确的设置,随后检查所有设置文件的Dicom接口部分,将手册中未提及部分尝试作修改,均以Arcadis Orbic 3D Dicom接口104号为准,设置后,Arcadis Orbic 3D与导航系统均重新关机开机,故障依旧。通过仔细查阅双方设备的连接指导技术资料,发现导航对于Dicom端口的默认设置为4722号,故考虑有可能新版本软件对此端口有特殊设置,故将Arcadis Orbic 3D的Dicom端口以导航系统为准更改为4722,Dicom通讯恢复正常,故障解除。
4.5 故障五
4.5.1 故障现象
三维导航连接正常,二维导航始终连接失败。在三维导航校准连接正常的情况下,进行二维导航连接时,史赛克导航系统报错,提示对影像增强器的失真校正失败。
4.5.2 分析及解决
因为目前C形臂接受图像部分多为影像增强器,而由于地球磁场的干扰,会使所成图像发生扭变,虽然目前影像增强器都有相应屏蔽层,但导航手术要求精确度非常高,所以,导航工具中有加固在C形臂影像增强器上的校准靶,其校正原理是通过靶面上已知坐标位置的双层钢珠阵列,在成像后将扭变图像上的钢珠按照钢珠阵列已知坐标进行校正,从而消除图像扭变对导航精确度的影响。导航屏幕上报错信息“校正失败”可能来自于软件或硬件,首先,检查校准程序及软件的设置文件,对于校正部分的设置没有存在人为更改,所有设置均正常,故排除软件设置问题。其次,根据报错信息建议“改变C臂位置再次尝试”,重新改变位置透视,反复尝试,报错信息依旧,已确认调试环境中无其他干扰,并且严格按照指导正确规范进行操作,故不存在环境和人为误操作问题。最后,尝试更换校准靶钢珠阵列部分,故障解决,确认故障原因为钢珠阵列部分IC卡存储信息丢失,原阵列坐标无法参与校正造成。
摘要：本文主要介绍医用导航系统的工作原理、系统组成及常见故障维修经验。
关键词：医用导航系统,导航仪,医疗设备维修
参考文献
[1]胡益斌.磁导航心血管介入系统的工作原理及其临床应用[J].医疗卫生装备,2006,27(11):64-65.
[2]杨述华,傅德皓.计算机辅助导航系统及其在骨科的应用[J].中国医疗器械信息,2006,13(2):1-4.
[3]潘新华,郭天泉,谭珂.数字手术影像示教系统的建立与应用[J].中国医学教育技术,2007,(3):241-244.
[4]郑润如.网络型临床手术示教系统的设计与应用[J].中国医学教育技术,2002,(6):386-387.
[5]王辉,李兰芳.数字化手术室建设现状分析[J].中国医学装备,2009,6(7):31-33.
[6]李学省,王耀岐,支洪敏,等.数字化手术室设备的质量控制[J].中国医疗设备,2012,27(2):105-107.
手机导航系统 篇2
(1)图组：手持或车载的GPS导航仪就是最常见的应用
手机导航系统是通过两个部分来实现的，一个是GPS接收器;另一个就是一部智能手机，用户只要把一个存储卡插进自己的智能手机插槽就可以了。
手机导航系统通过GPS接收器接收到卫星定位数据，再通过蓝牙传送到手机，经过手机GPS导航软件处理，用户就可以用手机实现导航。
用户打开手机上的GPS导航软件，输入目的地名称按导航键，手机导航系统就可以向用户提供详尽的车道信息，帮助驾驶者在繁忙的道路上选择最佳车道，而且还会向用户提供全新自动显示的前方转向警示，这些都会在手机屏幕上显示出来。虽然相对于车载GPS导航系统来说，手机导航有着屏幕小的弊端，然而它却通过全程语音系统弥补了这一缺点，用户完全可以按语音提示行驶（图2）。值得一提的是用户可以选择驾驶指令的语言，其中包括英语、普通话、广东话或闽南话等，另外如果错过了转弯，GPS导航软件会自动重新计算路径，让用户尽快到达目的地。
(2)手机导航系统语音提示:“顺道路行驶，300米后右转”
手机导航系统还能帮用户很方便地找到酒店、餐馆、银行、加油站等需要的信息并进行导航。如果你是个步行爱好者，手机导航系统还专门设置了行人模式。你想去最近的银行或是想去附近的电影院，按照手机的语音提示走一定不会错。现在人们的移动性越来越高，只要你的手机可以全球漫游就可以实现全球导航。
在不远的将来，手机导航系统会被越来越多的人所应用，人们将体会到导航的便利和乐趣（图3）。