耳科手术导航实时报警与动态化显示系统的临床前期研究.doc

耳科手术导航实时报警与动态化显示系统的临床前期研究目的:设计和研发一款可以应用于耳科及侧颅底外科手术的导航系统,它可以向术者实时提供报警信息并且动态化重建影像学数据,同步显示手术过程。方法:实验室与北京航空航天大学机械工程及自动化学院合作研发了一款手术导航软件系统,并在其中加入了实时报警与动态化显示功能。在导航过程中,系统可以实时计算手术钻头至面神经、乙状窦、颈内动脉、脑膜等重要结构的最小距离,并在小于设定的报警距离时发出报警。在手术过程中,导航系统还能实时动态化重建影像学数据,同步显示手术过程。导航图像统一采用了颞骨高分辨CT图像,通过软件将影像信息三维重建。研究采用经典的标记点配准的方法,第一部分实验中将固定在颅骨标本上的医用钛钉作为追踪系统定位时的标记点,配准后,通过使用定位探针依次记录颅骨上90个标点的坐标,同时与图像中相应匹配的靶点坐标进行比对,计算靶点误差。之后在CT图像上将目标结构分割重建,并实时计算磨钻钻尖与目标结构之间的距离,一旦钻尖接近目标结构,系统则发出报警音。同时,通过利用改良后的体绘制技术——蒙板技术动态化重建影像学数据。第二部分实验中,研究人员在导航系统的支持下,在一个成人尸头标本上完成了乳突根治术及经耳囊入路手术,术前在CT图像上重建听骨链、面神经、前庭、耳蜗、半规管、乙状窦、脑膜、内听道、颈内动脉以及颈静脉球的三维模型,术中应用导航系统的实时报警与动态化显示功能,实时计算钻头至脑膜和乙状窦等目标结构的距离,术后实际测量术腔相应位置的骨壁厚度进行误差比对和精度分析。结果:在颅骨模型试验中,所有90个靶点中,最大距离误差为1.016mm,最小误差为0.427mm,平均距离误差为0.739±0.07mm。在尸头标本试验中,导航距离测算结果为0.33±0.29mm,游标卡尺测量结果为0.74±0.32mm,经过统计学分析可以得出:导航系统测算的最近距离小于实际的最近距离。本研究顺利完成了手术导航系统的三维建模、距离测算、实时报警以及动态化显示功能的开发,导航系统在手术中运行顺利,可行性得到了验证。结论:研究的结果证明了导航系统的精确度能够满足临床需求,同时,也展示了报警系统及动态化显示系统的可行性和其应用前景。