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基于三点法和ICP算法的手术导航系统患者配准

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东北大学学报（自然科学版） 2020年第11期41卷 1584-1590页

作者：张春雷戴丽刘宇李鹤东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819

为提升手术导航系统的患者配准精度和操作效率,提出一种将三点法与迭代最近点(iterative closest point,ICP)算法相结合的配准策略.首先,定义患者配准问题,并介绍术前和术中数据获取方法;然后,以光学定位标记球心为患者空间与图像空间... 详细信息

为提升手术导航系统的患者配准精度和操作效率,提出一种将三点法与迭代最近点(iterative closest point,ICP)算法相结合的配准策略.首先,定义患者配准问题,并介绍术前和术中数据获取方法;然后,以光学定位标记球心为患者空间与图像空间的共同特征,并利用三点法完成初始配准;最后,以经初始映射后的患者点云中各点为球心,建立半径为r的球形区域,并仅保留位于该区域内的图像点云以实现抽样,再利用改进ICP算法对两片点云执行精确配准.实验结果表明,采用所提方法对猪股骨和猪髂骨执行配准的平均误差分别为(0.83±0.10)mm和(0.86±0.09)mm,其精度和稳定性均优于传统ICP算法,且具备高效、易操作的特点以及潜在的临床应用价值.

关键词：手术导航系统患者配准疏密点云配准图像点云抽样 ICP算法

手术导航系统中光学和惯性组合定位方法的研究

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手术导航系统中光学和惯性组合定位方法的研究

作者：赵鹏清华大学

学位级别：硕士

随着立体定位技术和成像技术的发展,手术导航系统越来越多的应用在骨科、神经外科、耳鼻喉科等外科手术中。手术导航系统是一个复杂的系统,涉及多种关键技术,其中空间定位技术直接决定着手术定位精度,继而影响手术效果。目前在用的手术... 详细信息

随着立体定位技术和成像技术的发展,手术导航系统越来越多的应用在骨科、神经外科、耳鼻喉科等外科手术中。手术导航系统是一个复杂的系统,涉及多种关键技术,其中空间定位技术直接决定着手术定位精度,继而影响手术效果。目前在用的手术定位系统主要有机械定位系统、光学定位系统、超声波定位系统和电磁定位系统,然而上述系统在使用中各有利弊,很难达到准确性和鲁棒性的统一。目前临床在用的手术导航系统大部分都是基于光学定位的导航系统。光学定位系统依靠可见光或者红外光进行定位,定位光束被遮挡后便无法提供定位信息。在实际的外科导航手术中,很难保证手术全过程定位光束不被遮挡。医生在使用手术器械进行复杂操作的同时还要注意定位光束的畅通,给外科医生的手术操作带来很大的不便,遮挡后定位信息的缺失会造成很大的手术风险。为了解决光学定位系统定位光束遮挡期间的定位问题,本文设计了一种光学定位系统和惯性定位系统组合定位的方法。在光学定位系统的定位信息受到短时遮挡而无法对目标进行定位时,利用惯性定位系统的定位信息进行定位补偿,使定位信息不间断,保证手术导航系统定位的连续性。区别于光学定位系统,惯性定位系统属于自主式定位系统,它通过惯性测量器件采集目标运动信息。由于惯性测量器件存在不可避免的漂移现象,无法独立长时间用于目标的定位。本文采用扩展卡尔曼滤波的方法,通过融合光学定位系统未被遮挡期间的定位信息与光学定位系统被遮挡期间惯性定位系统的定位信息获得新的组合导航系统的定位信息,可预测出目标载体在光学定位系统定位信息缺失期间的运动情况。本文对惯性定位系统定位信息的解算方法进行了推导分析,并设计了静态和动态实验用于验证解算方法的可行性与可靠性。最后设计了组合定位方法用于验证实验精度,实验结果表明,本文所设计的组合定位方法在0.2s被遮挡期间x轴、y轴和z轴方向的位移定位误差分别为0.34 mm、0.24 mm和1.0 mm,姿态角定位误差为2.2°。因此能够补偿定位光束短时遮挡时定位信息的缺失,基本满足临床导航需求。

关键词：手术导航系统惯性定位光学定位组合定位数据融合

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一种基于视觉的手术导航系统设计与实现

系统仿真学报 2017年第9期29卷 2025-2034,2042页

作者：兰坤张岩沈旭昆长治医学院长治046000 北京航空航天大学虚拟现实技术与系统国家重点实验室北京100191

针对现有手术导航系统中存在不同三维空间注册精度低、需要额外复杂设备辅助完成手术器械实时跟踪的问题,设计并实现一种基于视觉的手术导航系统。利用正弦结构光重建病人空间面部点云;利用人脸面部特征进行病人空间与模型空间由粗到精... 详细信息

针对现有手术导航系统中存在不同三维空间注册精度低、需要额外复杂设备辅助完成手术器械实时跟踪的问题,设计并实现一种基于视觉的手术导航系统。利用正弦结构光重建病人空间面部点云;利用人脸面部特征进行病人空间与模型空间由粗到精的空间注册;利用分步角点检测算法和双目立体视觉原理恢复手术器械上标记点的三维坐标,并利用卡尔曼滤波获取手术器械精确的位置与姿态。实验表明,基于视觉的手术导航系统能够实现准确、稳定、实时的手术器械跟踪要求。

关键词：手术导航系统空间注册正弦结构光卡尔曼滤波

基于虚拟胸腔镜的肺癌手术导航系统和全电视胸腔镜根治术对早期肺癌疗效比较

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郑州大学学报（医学版） 2022年第3期57卷 405-409页

作者：胡为才王新郭嘉嘉阜外华中心血管病医院胸外科郑州451460

目的:探讨基于虚拟胸腔镜的肺癌手术导航系统在提高早期肺癌术野实时可视化和安全手术切缘中的应用价值。方法:回顾性总结2018年4月至2020年8月阜外华中心血管病医院胸外科收治的早期肺癌(最大直径<20 mm)患者共134例,其中70例(对照组)... 详细信息

目的:探讨基于虚拟胸腔镜的肺癌手术导航系统在提高早期肺癌术野实时可视化和安全手术切缘中的应用价值。方法:回顾性总结2018年4月至2020年8月阜外华中心血管病医院胸外科收治的早期肺癌(最大直径手术导航系统治疗。比较两组患者的平均手术时间、总出血量和并发症,患者-图像校准的误差、切缘与肿瘤的距离以及首次切缘阴性率,比较术后1 a肿瘤复发率和患者生存率。结果:观察组手术时间[(135±21) min vs (158±36) min,P=0.008]、出血量[(245±34) mLvs (306±42) mL,P=0.001]和总并发症发生率(7.8%vs 21.4%,P=0.027)均小于对照组,患者-图像校准的误差[(0.6±0.2) cm vs (1.4±0.4) cm,P=0.004]、切缘与肿瘤的距离[(1.6±0.3) cm vs (2.7±0.5) cm,P=0.001]小于对照组,首次切缘阴性率高于对照组(98.4%vs 88.6%,P=0.023),肿瘤复发率低于对照组(6.3%vs 20.0%,P=0.020),患者生存率高于对照组(96.9%vs 85.7%,P=0.024)。结论:基于虚拟胸腔镜的肺癌手术导航系统治疗在提高早期肺癌术野实时可视化和安全手术切缘方面有较好的效果。

关键词：肺癌虚拟胸腔镜手术导航系统电视胸腔镜根治术

手术导航系统联合数字化导板技术修复下颌骨缺损的疗效研究

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临床口腔医学杂志 2020年第7期36卷 403-405页

作者：李殿奇黄赐承张广邵乐南蒋梁吕逢源华中科技大学同济医学院附属同济医院口腔科湖北武汉430030

目的:评估应用计算机辅助导航系统结合数字导板技术对下颌骨缺损后修复重建手术精确性的影响。方法:回顾性分析2016年7月~2019年6月我院行数字化外科辅助下颌骨缺损重建手术的病例,根据手术方法不同分为导板组10例,联合导航组5例。通过... 详细信息

目的:评估应用计算机辅助导航系统结合数字导板技术对下颌骨缺损后修复重建手术精确性的影响。方法:回顾性分析2016年7月~2019年6月我院行数字化外科辅助下颌骨缺损重建手术的病例,根据手术方法不同分为导板组10例,联合导航组5例。通过测量术后双侧下颌角点间距、髁突外侧极点间距和下颌中线的偏移情况,评估数字化导板联合导航技术在提升下颌骨重建手术精度中的作用。结果:对比分析术前术后下颌骨重建数据,联合导航组较导板组复位误差更小,手术精确度更高。结论:在复杂的下颌骨缺损手术中,联合使用手术导航系统及数字化导板技术有助于提高下颌骨重建的精确性,恢复面部对称性,是一种较为理想的手术辅助方法。

关键词：手术导航系统数字化导板技术下颌骨修复重建

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手术导航系统在口腔颌面外科中的应用研究

手术导航系统在口腔颌面外科中的应用研究

作者：吴柯炯浙江大学

学位级别：硕士

目的：探讨手术导航系统在颌面外科手术中的应用。方法：回顾浙江大学医学院附属第一医院2013年8月至2014年2月,术中应用BrainLAB手术导航系统的患者共12例,其中7例为颌骨肿瘤,包括造釉细胞瘤5例,髁状突骨软骨瘤1例,颌骨骨瘤1例,其余... 详细信息

目的：探讨手术导航系统在颌面外科手术中的应用。方法：回顾浙江大学医学院附属第一医院2013年8月至2014年2月,术中应用BrainLAB手术导航系统的患者共12例,其中7例为颌骨肿瘤,包括造釉细胞瘤5例,髁状突骨软骨瘤1例,颌骨骨瘤1例,其余5例为异物侵入。所有病例术前完善薄层CT扫描并将数据保存为DICOM格式导入BrainLAB iPlan软件系统后利用该软件进行手术方案设计。术中在手术导航系统辅助下按术前设计方案完成手术。术后复查三维CT,确认手术效果。术后分别于第1、3月时随访,随访期间记录患者术区切口情况、外观和功能影响。结果：所有患者手术均顺利按术前设计完成,术后患者面部外形良好,未出现明显手术并发症,功能无明显影响。结论：手术导航系统的应用,可以使手术方案的设计更加周密、直观,提高手术精度、安全性及成功率。

关键词：手术导航系统颌面外科应用

基于图像融合的手术导航系统在头颈部低流量脉管畸形硬化治疗中的应用

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上海交通大学学报（医学版） 2021年第5期41卷 695-700页

作者：顾豪杨希张紫旻金云波胡丽陈辉林晓曦上海交通大学医学院附属第九人民医院整复外科上海200011 上海交通大学医学院附属第九人民医院放射科上海200011

目的·评估手术导航系统这一实时立体定向引导技术应用于头颈部危险区域低流量脉管畸形病灶硬化治疗的可行性和安全性。方法·回顾性纳入2017年5月—2019年9月在上海交通大学医学院附属第九人民医院整复外科接受了手术导航系统辅助硬化... 详细信息

目的·评估手术导航系统这一实时立体定向引导技术应用于头颈部危险区域低流量脉管畸形病灶硬化治疗的可行性和安全性。方法·回顾性纳入2017年5月—2019年9月在上海交通大学医学院附属第九人民医院整复外科接受了手术导航系统辅助硬化治疗的头颈部低流量脉管畸形患者。术前将患者计算机断层扫描图像和磁共振图像融合后,进行穿刺路径设计。术中利用导航系统,按预先设计的路径进行穿刺,通过数字减影血管造影验证穿刺结果。统计穿刺成功率和患者术后并发症情况。结果·共纳入10例头颈部低流量脉管畸形患者(6例眼眶内、4例咽部)30处病灶,治疗19次。初次治疗的平均年龄为20.9岁。穿刺成功率达到80.0%(24/30);除1次治疗后患者因硬化剂导致声门溃疡,继而引发肺炎外,未观察到其他并发症。结论·手术导航系统对头颈部危险区域低流量脉管畸形的硬化治疗是可行且安全的辅助技术。

关键词：手术导航系统图像融合脉管畸形硬化治疗头颈部

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手术导航系统在骨科手术中的应用

中文科技期刊数据库（全文版）医药卫生 2021年第7期 0041-0041,43页

作者：李晓玉李鹏郭挺甘肃省秦安县人民医院甘肃天水741600

本研究通过对手术导航系统在骨科手术中的应用进行阐述,主要包括手术导航系统的基本原理,手术导航系统的基本构成以及类型,骨科手术导航系统的临床应用以及骨科手术导航的优越性,进而希望能够为相关研究提供具有参考价值的材料。

关键词：手术导航系统骨科手术应用

手术导航系统在下颌骨修复重建术中的疗效研究

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中华全科医学 2017年第5期15卷 738-741页

作者：徐旭朱慧勇李志勇黄旭赵文权游嘉王慧明刘建华衢州市人民医院口腔科浙江衢州324000 浙江大学医学院附属第一医院口腔科浙江杭州310003 浙江工业大学机械工程学院浙江杭州310014

目的应用手术导航系统辅助下颌骨缺损修复重建,与单纯使用CAD/CAM导板技术对比,评价导航技术疗效。方法选择已行下颌骨肿瘤切除同期修复重建的患者22例,术中采用实时导航系统Brain Lab+CAD/CAM导板辅助自体移植骨关键部位定位的病例10... 详细信息

目的应用手术导航系统辅助下颌骨缺损修复重建,与单纯使用CAD/CAM导板技术对比,评价导航技术疗效。方法选择已行下颌骨肿瘤切除同期修复重建的患者22例,术中采用实时导航系统Brain Lab+CAD/CAM导板辅助自体移植骨关键部位定位的病例10例(A组);术中单独采用CAD/CAM导板辅助关键部位定位的病例12例(B组),2组均术前行计算机辅助设计、术中行模型外科技术处理。术后均予颌面部三维CT复查,与术前设计三维CT比对,选择下颌角点(A)和髁状突外极点(C)作为下颌骨重建外形的关键标志点,利用Geomagic studio 12.0软件测量两标志点在术前设计与术后完成的三维位置的直线距离(AL、CL),并进行统计学分析;术后6个月复查随访,对颜面部对称性进行手术效果比较。结果 2组均顺利完成手术,两个标志点的距离偏差为:A组AL为(1.86±0.20)mm,CL为(1.63±0.24)mm;B组AL为(3.75±1.14)mm,CL为(2.96±0.85)mm。2组AL、CL测量值分别进行独立样本t检验比较,差异具有统计学意义(P手术导航系统比单纯使用CAD/CAM导板更能提高下颌骨修复重建的手术精确度和疗效,恢复面部对称性。

关键词：手术导航系统颌骨缺损实时导航误差