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第1页/共41页基于图像的外科手术导航系统第2页/共41页导航的背景和意义国内外发展现状常用的导航系统导航的发展与展望第3页/共41页导航系统的背景常规外科手术难以满足现代精细手术的需求现代医学影像技术的发展医用机器人技术的发展计算机辅助外科手术技术的迅速发展 第4页/共41页计算机辅助外科CAS(Computer Assisted Surgery) 计算机辅助外科是研究和开发一种人机协作系统，通过合理、定量的利用CT/MRI/PET多模数据和导航系统，进行外科手术计划、干预和评价。基于图像的外科手术导航系统IGS(Image Guided Surgery) 基于图像的导航主要利用各种医学图像信息为手术器械导航，目的是最大可能地为外科医生提供手术部位附近的信息，在二维的医学图像与实际部位之间架一座桥梁。 图1 基于图像的外科手术导航系统第5页/共41页使用导航系统的意义10,000 自2002年起,到2006年,接近一万例的手术经验外科手术创伤减少 手术时间缩短 手术质量提高 法国PRAXIM导航系统的手术数量第6页/共41页现状－国际方面超小移动工作站美国：蛇牌术中主动红外导航系统在髋、膝关节的应用德国：博医来（BrainLab)开源软件光学导航系统。瑞士：基于荧光透镜的导航Medvision系统。法国： BoneMorphing?骨重建技术，超小移动工作站日本：IOT系统应用于神经外科。第7页/共41页现状－国内方面清华大学 基于虚拟现实的计算机辅助定向神经外科手术计划系统。北京航空航天大学和海军总医院 机器人辅助损伤神经外科手术系统。北京理工大学和哈尔滨工业大学 开展了医疗机器人的研究。北京中西集团 BJ38-ASA-620立体定向手术计划系统安科公司 ASA-610手术导航系统。 第8页/共41页安科骨科手术导航系统名称：ASA-630V骨科手术导航系统?型号：ASA-630V骨科手术导航系统?校准靶可配接多个厂家的C形臂X光机 ?NDI POLARIS高精度光学定位系统定位精度高 ?系列化可跟踪手术器械 ?系统可自动校正图像形变 ?快速进行系统的自动注册 ?简单快速的工作流程，对手术进程干扰小 ?直观的系统摆位功能 ?丰富的软件测量工具满足医生的各种需求 ?完善的计划功能方便各种手术方案的模拟 ?图像捕获及中文报告便于会诊、论文发表和资料存档 ?精巧的机箱设计减少手术室占地面积第9页/共41页导航的现状存在的问题高昂的费用，手术室空间的需求(C臂设备)医学图像的三维分割的自动化程度和精确度不高配准过程没考虑形变组织图像的融合很少考虑到非刚体变换三维重建精确度不高图像显示效果离真实环境有差距空间位置的配准技术不够成熟实时导航技术不够完善 第10页/共41页导航应用的领域 神经外科 骨科 脊椎手术 腹腔镜手术 整形外科 耳鼻咽喉科 放射治疗 第11页/共41页导航的技术结构工作原理系统结构功能实现关键技术第12页/共41页工作原理医生手持手术器械对患者的手术目标实施操作。手术器械的空间立体定位及瞄准过程均在跟踪器的实时控制之下，而且跟踪器能够精确地给出术中解剖部位。通过术前与术中医学图像配准以及术中医学图像与患者、手术器械之间的配准关系，经过相应的坐标转换，控制手术器械达到要求的部位，从而实施相应的手术操作。第13页/共41页图2 导航系统原理图第14页/共41页系统结构外科医生综合图像医学图像手术器械定位系统患者 图3 导航系统结构图 第15页/共41页导航设备的组成手术室C型臂机进行三维扫描,获得病人病区资料术中导航光学追踪手术中对标志点追踪,确定术中的即时位置,包括:骨的位置,工具位置.第16页/共41页术前模拟三维重建技术目的 1)制定最佳手术计划 2)手术预演实现过程 1)获取多模图像信息（CT，MRI） 2) 建立数学模型 3) 三维图像显示 4) 制定手术方案 5)进行手术模拟第17页/共41页术前模拟(髋臼杯的安放位置), 左上,左下,右下图是模型三个剖面图,右上为髋臼窝底部触点雷达图(红色)第18页/共41页颅内穿刺术前模拟病人脑部病灶的三维表面模型（图中线条表示三方向观测的穿刺路径）第19页/共41页术中导航目的 1）辅助执行手术方案 2）进行手术干预实现过程 1）获取术中数据 (图像数据、定位坐标、组织器官的位置) 2）术前与术中医学图像之间配准 3)配准手术器械与患者的空间位置 4) 术中医学图像与手术器械之间的配准 5)跟踪器实时跟踪手术器械 6)医生开始手术第20页/共41页关键技术 医学图像处理 空间定位技术 系统配准技术 实时导航技术 第21页/共41页医学图像处理图像分割图像配准图像融合图像三维重建图像显示第22页/共41页图像分割图像分割 图像分割就是把图像中具有特殊涵义