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計(jì)算機(jī)輔助導(dǎo)航技術(shù)在骨科應(yīng)用現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四既往骨科手術(shù):術(shù)前看片、計(jì)劃、手術(shù)現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在骨科手術(shù):術(shù)前讀片+手術(shù)設(shè)計(jì)+精確=精準(zhǔn)醫(yī)療現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四未來(lái)手術(shù)?現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四第一PPT模板網(wǎng),PPT素材下載
如何讓機(jī)器輔助手術(shù)呢?Q現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四人機(jī)器人機(jī)械融合現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四廣義導(dǎo)航現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四基本概念計(jì)算機(jī)輔助骨科導(dǎo)航手術(shù)(computerassistedorthopedicssurgery,CAOS)即利用各種影象設(shè)備如CT、MRI、PET、DSA、US等結(jié)合導(dǎo)航系統(tǒng),對(duì)人體骨骼解剖結(jié)構(gòu)及手術(shù)器械進(jìn)行顯示和定位,通過(guò)計(jì)算機(jī)制訂手術(shù)計(jì)劃,在術(shù)中進(jìn)行操作干預(yù)的一項(xiàng)技術(shù)。最早應(yīng)用于神經(jīng)外科領(lǐng)域的立體定位,腫瘤切除化療等。其最大的優(yōu)勢(shì)是:簡(jiǎn)化了手術(shù)操作,縮短了手術(shù)時(shí)間,減少了手術(shù)創(chuàng)傷,減弱了術(shù)中放射線的照射,使骨科手術(shù)變的更安全、更準(zhǔn)確、更微創(chuàng)?,F(xiàn)在是8頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四骨科計(jì)算機(jī)輔助導(dǎo)航技術(shù)簡(jiǎn)史
199119921995Roberts聲波數(shù)字化儀跟蹤手術(shù)器械應(yīng)用于神經(jīng)外科手術(shù)日本的Wanatabe和美國(guó)的Pell相繼發(fā)明了遙控機(jī)械臂定位系統(tǒng),可以不受瞄準(zhǔn)線約束。但因其體積過(guò)大,使醫(yī)生的操作受限.1992年,使用紅外線跟蹤技術(shù)的影像導(dǎo)航系統(tǒng)在美國(guó)開始應(yīng)用于臨床。這是世界上首臺(tái)光學(xué)手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng),由于其精度較高,所以成為目前市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品1995年,Gunkel推出了電磁感應(yīng)型導(dǎo)航系統(tǒng),但由于手術(shù)室各種金屬器械及儀器都會(huì)影響電磁場(chǎng),從而影響其精度,所以未能很好推廣1999年首臺(tái)完全針對(duì)骨科的手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)入市場(chǎng)。X線透視和紅外線跟蹤技術(shù)、計(jì)算機(jī)定點(diǎn)手術(shù)技術(shù)的結(jié)合提供了一種新穎的術(shù)中影像導(dǎo)航的方法19991986現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四計(jì)算機(jī)輔助導(dǎo)航系統(tǒng)組成及工作原理ImageActionNavigation現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四Basicprinciple現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四基本設(shè)備不同的導(dǎo)航系統(tǒng)有不同的設(shè)備,但其中最基本的設(shè)備是一致的。大概有以下三種分類:
(1)SO(surgicalobject):手術(shù)操作實(shí)體,在骨科領(lǐng)域,主要是骨骼及相關(guān)聯(lián)的組織結(jié)構(gòu)。
(2)VO(virtualobject)成像設(shè)備。現(xiàn)在常用的CT,X線,MRI,PET,DSA等影象設(shè)備,可以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地提供圖象及數(shù)據(jù)。
(3)NAV(navigator):導(dǎo)航儀。即在SO和VO之間的連接裝置。獲取操作器械在人體的定位和方向?,F(xiàn)在是12頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四ToolSetSpine現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四4chiselsPelvisFragmentCalibrationPointerVK同時(shí)可跟隨9件器械ToolSetPelvis現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四ToolSetHipProsthetics現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四SurgiGATE?Componentseasysetup,mobile,only80x80cmeach現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四ShieldInfraredCameraLEDSurgicalinstrumentsaretrackedbyacamera現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四HighprecisionlongandcompacttoolsManyobjectstracked
multipletoolsandbonesLargeFieldofView(FOV)neededforC-ArmandotherapplicationsBesttrackingtechnology現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四三個(gè)條件1.校準(zhǔn)(calibration):對(duì)于描述骨骼的幾何形狀校準(zhǔn)是必需的。即在操作器械上安裝跟蹤器,是提高圖象配準(zhǔn)精度及定位精度的第一步。
2.配準(zhǔn)(registration):其目的是在VO和術(shù)前圖象的基礎(chǔ)上對(duì)手術(shù)器械定位,提供相對(duì)應(yīng)的定位顯象。
3.參照(reference):動(dòng)態(tài)參照系統(tǒng)(dynamicreferencebases,DRB)可以彌補(bǔ)由于導(dǎo)航儀和骨骼位置的移動(dòng)帶來(lái)的誤差。現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四Automaticcompensationofpatientandcameramotion.Referencecoordinatesystemisattachedanywhereonpatient.Referencing現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四DefineLandmarkinImageFindLandmarkonPatientMatchingThetransformationbetweenthepatientworldandtheCTimageworldisfound現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四Methods:Paired-PointMatchingSurfaceMatchingDigitizationofpointsMatchingmethods現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四ImagePatientSurgicalNavigation現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四工作模式
醫(yī)生通過(guò)術(shù)前或術(shù)中x線/CT/MRI對(duì)人體手術(shù)部位進(jìn)行顯示,定位,然后規(guī)劃模擬,術(shù)中手持裝有跟蹤器的操作器械對(duì)患者實(shí)施操作,手術(shù)工具的空間立體定位及瞄準(zhǔn)過(guò)程均在跟蹤器的實(shí)時(shí)控制之下,跟蹤器能夠精確地給出術(shù)中解剖部位與多模圖像之間的位置關(guān)系,經(jīng)過(guò)相應(yīng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換(平移、旋轉(zhuǎn)等)的配準(zhǔn)過(guò)程.控制手術(shù)器械到達(dá)要求的部位,從而實(shí)施相應(yīng)的手術(shù)操作?,F(xiàn)在是24頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四Referencecoordinatesystemisattachedanywhereonpatient.Step1:PlacementoftheReferenceBase現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四Step2:ShootimagesImagestoredinthecomputer現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四ActionImageStep3:Navigate現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四ORSetup現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四基本類型CT依賴的導(dǎo)航系統(tǒng)
基于X線透視圖像導(dǎo)航系統(tǒng)
三維X線透視導(dǎo)航系統(tǒng)(Iso-C)
非圖像依賴導(dǎo)航系統(tǒng)
4123現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四1、CT依賴的導(dǎo)航系統(tǒng)
最早應(yīng)用于神經(jīng)外科,目前在骨科應(yīng)用比較廣泛,最早應(yīng)用于脊柱椎弓根螺釘固定系統(tǒng)。目前典型的系統(tǒng)有DiGioia等開發(fā)的Hipnav系統(tǒng),Langlotz等開發(fā)的脊柱導(dǎo)航系統(tǒng)。術(shù)前將獲得CT掃描圖像,并將患者的模擬仿真數(shù)據(jù)導(dǎo)人計(jì)算機(jī)中;術(shù)中,通過(guò)定位跟蹤器獲得手術(shù)工具與解剖結(jié)構(gòu)之間的空間位置關(guān)系,并與術(shù)前的CT圖像進(jìn)行配準(zhǔn),在計(jì)算機(jī)中實(shí)時(shí)顯示手術(shù)工具在仿真模型中的位置關(guān)系,以指導(dǎo)醫(yī)生實(shí)施手術(shù)操作。配準(zhǔn)是其最關(guān)鍵的技術(shù),有過(guò)去的點(diǎn)匹配和現(xiàn)在的面匹配。該導(dǎo)航最大的優(yōu)點(diǎn)是可以獲得良好的三維圖象,有利于術(shù)前計(jì)劃和模擬。其缺點(diǎn)是,需要嚴(yán)格的配準(zhǔn)和參照才能獲得更好的圖象,而且無(wú)法實(shí)時(shí)顯象,圖象無(wú)法更新。,現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于全髖置換和全膝置換,DHS,鎖式髓針,十字韌帶重建等?,F(xiàn)在是30頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四2、基于X線透視圖像導(dǎo)航系統(tǒng)C臂現(xiàn)在已經(jīng)成為骨科手術(shù)的基本設(shè)備。其最大的特點(diǎn)是實(shí)時(shí)迅速的顯象,無(wú)須術(shù)前模擬。在手術(shù)器械上和傳感器上安裝兩套光發(fā)射二級(jí)管(LEDS)通過(guò)顯示屏來(lái)配準(zhǔn)。其配準(zhǔn)過(guò)程包括X線的建模和補(bǔ)償由于C臂轉(zhuǎn)動(dòng)帶來(lái)的圖象變形。示蹤器安放在C臂上,可以計(jì)算控制功能參數(shù),最先被Hofsteterr使用。通過(guò)C臂的轉(zhuǎn)動(dòng)獲得圖象,是一對(duì)多的圖象,相當(dāng)于使用了多個(gè)C臂,這是2維顯象的一個(gè)優(yōu)勢(shì)。另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是圖象可以更新,隨時(shí)可以獲得最新的圖象,有利于復(fù)雜骨折的復(fù)位?,F(xiàn)在2維依賴的導(dǎo)航已經(jīng)廣泛應(yīng)用于關(guān)節(jié)置換、鎖式髓針,DHS,十字韌帶重建中?,F(xiàn)在是31頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四3、三維X線依賴的導(dǎo)航1999年,3維依賴的導(dǎo)航開始應(yīng)用于臨床(德國(guó)西門子公司)。其配置了特殊的發(fā)動(dòng)機(jī)和旋轉(zhuǎn)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)高清晰的圍繞骨骼旋轉(zhuǎn)軌跡的圖象。大約可以旋轉(zhuǎn)190度??梢赃_(dá)到CT一樣的顯象效果。每一次旋轉(zhuǎn)可以獲得50~200套2維圖象。把骨骼放在C臂中心,通過(guò)圖象數(shù)據(jù)綜合,來(lái)獲得高分解的3維圖象數(shù)據(jù),其中容量掃描的準(zhǔn)確性是成功的關(guān)鍵。3維X線依賴的導(dǎo)航還可以實(shí)時(shí)顯象,所以前景非常廣闊,是計(jì)算機(jī)導(dǎo)航的發(fā)展方向。現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四非圖像依賴導(dǎo)航系統(tǒng)
這種導(dǎo)航?jīng)]有具體的圖象,而是通過(guò)示蹤系統(tǒng)作用于不同的骨性結(jié)構(gòu)和參照標(biāo)記建立起來(lái)的。最早應(yīng)用于前交叉韌帶的重建。其最大的特色是旋轉(zhuǎn)程序,嚴(yán)格的人體機(jī)械定位和數(shù)據(jù)優(yōu)化來(lái)計(jì)算運(yùn)動(dòng)參數(shù),決定特殊關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)特征。最大的優(yōu)點(diǎn)是骨骼變形技術(shù)。必須建立骨骼解剖模型數(shù)據(jù)庫(kù),需要大量的高分解的容積圖象、數(shù)據(jù)參數(shù)和表面形態(tài),以及尸體模型。在術(shù)中通過(guò)個(gè)解剖區(qū)的點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)來(lái)達(dá)到導(dǎo)航作用。要作到微創(chuàng)很難,必須借助2維和3維圖象來(lái)獲得所有必要的解剖標(biāo)記。因此適合于那些解剖結(jié)構(gòu)暴露比較充分的手術(shù),典型的如ACL重建,全膝關(guān)節(jié)置換,全髖關(guān)節(jié)置換等。Dessenne等于1995年最早應(yīng)用于交叉韌帶重建?,F(xiàn)在是33頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四臨床應(yīng)用臨床應(yīng)用腫瘤關(guān)節(jié)脊柱創(chuàng)傷
現(xiàn)在是34頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四脊柱手術(shù)最早在實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用于椎弓根螺釘系統(tǒng),由于設(shè)備技術(shù)的限制,以前僅限于腰椎的應(yīng)用,現(xiàn)已拓展到頸椎和胸椎。最常用的導(dǎo)航是依賴CT的導(dǎo)航。如椎弓根螺釘?shù)闹萌?,術(shù)前通過(guò)CT對(duì)手術(shù)部位脊柱進(jìn)行三維重建,制定手術(shù)方案,然后在脊柱上確定3~6個(gè)術(shù)中可分辨的標(biāo)記點(diǎn)。術(shù)中通過(guò)帶有動(dòng)態(tài)參考系統(tǒng)的操作器械進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)匹配。當(dāng)二者完全匹配時(shí)再鉆孔置入螺釘。由于CT良好的三維圖象,最常用于頸椎和胸椎上段。在計(jì)算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)引導(dǎo)下的頸椎離體實(shí)驗(yàn)中,C1、2經(jīng)關(guān)節(jié)螺釘與經(jīng)椎弓螺釘?shù)氖褂枚际前踩?而且有很高的精確性以依賴X線的導(dǎo)航:術(shù)中通過(guò)X線獲得圖象,然后通過(guò)計(jì)算機(jī)工作中心設(shè)計(jì)引導(dǎo)下置入椎弓根螺釘。不需要術(shù)前模擬,而且術(shù)中圖象可以更新,但是無(wú)法得到良好的三維圖象。所以更廣泛應(yīng)用于腰椎和下胸椎,不過(guò)也有人開始應(yīng)用于頸椎和上胸椎。目前的脊柱外科的研究熱點(diǎn)是如何進(jìn)行經(jīng)皮螺釘植入和脊柱內(nèi)窺鏡技術(shù)?,F(xiàn)在是35頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四Advancedpre-opplanning現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四CurrentpositionTargetpositionGuidance現(xiàn)在是37頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四FuturepenetrationsCurrentpositionRealtimeTrajectory現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四RL1234現(xiàn)在是39頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四Kotani等回顧性分析32例(416根椎弓根螺釘)脊柱側(cè)彎患者現(xiàn)在是40頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四Rajasekaran進(jìn)行了一項(xiàng)31例(242顆螺釘)胸椎骨折患者的隨機(jī)臨床研究現(xiàn)在是41頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四創(chuàng)傷骨科隨著微創(chuàng)的要求變高和X線的局限性,計(jì)算機(jī)導(dǎo)航在在創(chuàng)傷骨科的應(yīng)用將更加廣泛,主要集中在骨盆骨折和長(zhǎng)骨骨折。骨盆骨折有些位置比較深而且移位比較小,X片不容易發(fā)現(xiàn),而且手術(shù)入路比較困難,很難達(dá)到堅(jiān)強(qiáng)固定。用以CT依賴的導(dǎo)航則變的簡(jiǎn)單方便,將參考架固定于病人骨折肢體表面,術(shù)前進(jìn)行CT掃描,手術(shù)模擬入路位置術(shù)中導(dǎo)航儀幫助引導(dǎo),配準(zhǔn),經(jīng)皮即可到達(dá)理想部位,達(dá)到堅(jiān)強(qiáng)準(zhǔn)確固定骨折。鎖式髓釘?shù)膽?yīng)用。主要應(yīng)用與遠(yuǎn)端鎖釘?shù)墓潭?,關(guān)鍵有兩步:首先準(zhǔn)確的控制鎖釘入孔,在髓針進(jìn)入髓腔以后,遠(yuǎn)端的鎖釘必須準(zhǔn)確。其次術(shù)中鉆孔需要跟蹤實(shí)時(shí)顯象DHS的應(yīng)用。首先復(fù)位用克氏針臨時(shí)固定,然后將動(dòng)態(tài)參考系統(tǒng)固定在斯氏針上插入股骨近端。C臂照射,將圖象傳到投射計(jì)算機(jī)工作站,通過(guò)設(shè)計(jì)軌跡和引導(dǎo)進(jìn)行螺釘置入。現(xiàn)在是42頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四InsertionofIMNailsFragmentReductionK-WirePlacementNearJointSurgeryDistalLockingofIMNailsApplicationsTrauma現(xiàn)在是43頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四Realtimemode現(xiàn)在是44頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四6223Fragmentmotion現(xiàn)在是45頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四關(guān)節(jié)外科包括髖關(guān)節(jié)置換(TKA)和膝關(guān)節(jié)置換(THA)。髖關(guān)節(jié)置換的應(yīng)用比較早。最主要的問題是確定假體的位置和軸線。計(jì)算機(jī)輔助骨科技術(shù)系統(tǒng)可以在術(shù)前用CT或X線對(duì)關(guān)節(jié)進(jìn)行掃描及三維重建,設(shè)計(jì)假體的位置、大小,通過(guò)計(jì)算機(jī)計(jì)算出力學(xué)軸線和截骨平面,模擬匹配,模擬關(guān)節(jié)活動(dòng)。術(shù)中通過(guò)導(dǎo)航系統(tǒng)指導(dǎo)醫(yī)生在合適的位置安放假體。Leenders的一項(xiàng)臨床隨機(jī)研究表明CAOS對(duì)于假體安放位置要優(yōu)于傳統(tǒng)手術(shù)。減少了全髖置換中由于位置不合適而造成的假體脫位。現(xiàn)在是46頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四optimalimplantoptimalplacementCupPlanning現(xiàn)在是47頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四ExecutionPhase現(xiàn)在是48頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四ExecutionPhase現(xiàn)在是49頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四骨腫瘤如何能夠精確的切除靶區(qū)腫瘤組織,進(jìn)行化療和放療,這是醫(yī)學(xué)界的一大難題。計(jì)算機(jī)導(dǎo)航在此方面優(yōu)勢(shì)明顯。CAOS通過(guò)CT定位系統(tǒng)能夠?qū)Ω叨炔灰?guī)則腫瘤制訂精確的三維立體顯象,提供腫瘤的實(shí)際形狀,能夠嚴(yán)格的區(qū)分腫瘤與周圍的正常組織。以達(dá)到準(zhǔn)確切除和最佳照射角度和放射野來(lái)避開重要組織器官,并使放射計(jì)劃的劑量分布更為精確合理。它不僅對(duì)放射治療的計(jì)劃設(shè)計(jì)和照射質(zhì)量的提高有明顯作用,而且將顯著提高存某些腫瘤的控制率和病人生存率.現(xiàn)在是50頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是51頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四計(jì)算機(jī)輔助導(dǎo)航技術(shù)存在的問題減少患者及醫(yī)務(wù)人員的輻射暴露增加了手術(shù)的安全性減少手術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)減少手術(shù)時(shí)間患者體位必須嚴(yán)格固定不能移動(dòng)術(shù)者需要嚴(yán)格培訓(xùn),學(xué)習(xí)曲線長(zhǎng)設(shè)備昂貴,增加患者手術(shù)費(fèi)用現(xiàn)在是52頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四發(fā)展趨勢(shì)更簡(jiǎn)單的注冊(cè)多種導(dǎo)航方法融合,圖像注冊(cè)更準(zhǔn)確與導(dǎo)航設(shè)備相配套的手術(shù)室建立,影像設(shè)備更加合理布局,更加便捷的圖像數(shù)據(jù)傳輸各種手術(shù)機(jī)器人結(jié)合導(dǎo)航設(shè)備引用于現(xiàn)代骨科手術(shù)
極大的節(jié)約醫(yī)療衛(wèi)生成本,更加充分利用專家資源數(shù)字化手術(shù)室建立手術(shù)機(jī)器人應(yīng)用
遠(yuǎn)程醫(yī)療發(fā)展現(xiàn)在是53頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四計(jì)算機(jī)輔助導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)使骨科手術(shù)迅速、安全、準(zhǔn)確。隨著計(jì)算機(jī)和電腦圖像處理系統(tǒng)的發(fā)展,該技術(shù)將會(huì)輔助醫(yī)生完成更多骨科疑難與復(fù)雜手術(shù)。計(jì)算機(jī)輔助導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展必將日益高科技化,應(yīng)用領(lǐng)域也將多樣化?,F(xiàn)在是54頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四ThankYou!現(xiàn)在是55頁(yè)\一共有83頁(yè)\編輯于星期四HowdoIincorporatemylogotoaslidethatwillapplytoalltheotherslides?
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