微創(chuàng)手術(shù)中的c型臂實(shí)時(shí)圖像拼接技術(shù)應(yīng)用

微創(chuàng)手術(shù)中的c型臂實(shí)時(shí)圖像拼接技術(shù)應(yīng)用

在骨科損傷中，復(fù)雜下肢骨折通常常見，通常由高能損傷引起。傳統(tǒng)的鋼板固定和外部固定容易發(fā)生骨折，骨折延遲愈合或不愈合，感染率高。因此,復(fù)雜的下肢骨折是一種臨床治療上比較棘手的骨折。隨著現(xiàn)代醫(yī)療技術(shù)和計(jì)算機(jī)信息化的發(fā)展,骨科醫(yī)師對(duì)微創(chuàng)手術(shù)和術(shù)中的影像學(xué)有了更高需求,尤其是術(shù)中的影像監(jiān)控。為了幫助骨科醫(yī)師重構(gòu)出人體長骨的全景圖像,Yaniv等提出X線圖像拼接技術(shù)理論。王軍強(qiáng)等對(duì)計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究表明,圖像拼接技術(shù)具有較強(qiáng)的實(shí)用性,而移動(dòng)式C型臂的透照范圍則受限制。在骨科微創(chuàng)手術(shù)治療中,獲取骨折部位的完整骨結(jié)構(gòu)圖像對(duì)于監(jiān)控和評(píng)價(jià)術(shù)中效果具有十分重要的臨床意義。2011-01～2011-10,我院應(yīng)用PHILIPS移動(dòng)式C型臂的圖像拼接技術(shù)對(duì)下肢復(fù)雜性骨折進(jìn)行微創(chuàng)手術(shù),實(shí)現(xiàn)了骨折部位的全景成像并及時(shí)地對(duì)骨折復(fù)位和固定效果進(jìn)行評(píng)估,取得良好效果,現(xiàn)報(bào)告如下。1數(shù)據(jù)和方法1.1骨折分型及分型本組患者43例,其中男24例,女19例;年齡20～49歲,平均年齡32歲;左側(cè)26例,右側(cè)17例。損傷原因:車禍傷28例,跌傷13例,重物砸傷2例。骨折均按AO分型,股骨分型中B型6例,C型11例,其中閉合性骨折12例,開放性骨折5例(Gustilo分型:Ⅰ型4例,Ⅱ型1例)。脛骨分型中A型5例,B型15例,C型6例,其中閉合性骨折17例,開放性骨折9例(Gustilo分型:Ⅰ型7例,Ⅱ型2例)。本組閉合復(fù)位36例,有限切開復(fù)位7例。閉合骨折均在傷后5～7d手術(shù),開放性骨折在傷后10～14d手術(shù)。1.2臂透視系統(tǒng)術(shù)前均有X線片等影像學(xué)檢查資料。術(shù)中采用PHILIPS移動(dòng)式C型臂透視系統(tǒng)(型號(hào):BVLibra),配以自帶影像工作系統(tǒng)和圖像處理工作站,并安裝CANON處理圖像的PhotoStitch3.1CH軟件(購買相機(jī)時(shí)配備的圖像處理軟件),以及激光打印機(jī)打印膠片。1.3鋼板內(nèi)固定投照技術(shù)本組43例患者在入院當(dāng)天均給予補(bǔ)液及采用跟骨結(jié)節(jié)骨牽引,結(jié)合Thomas牽引架進(jìn)行牽引,控制股骨和脛骨骨折的力線,同時(shí)減少患肢的軟組織再損傷及疼痛,并預(yù)防骨折周圍軟組織攣縮。術(shù)中采用連續(xù)硬膜外麻醉,取仰臥位及患肢膝小腿抬高位,應(yīng)用微創(chuàng)穩(wěn)定系統(tǒng)(lessinvasivestabilizationsystem,LISS)或微創(chuàng)鋼板接骨術(shù)(minimallyinvasiveplateosteosynthesis,MIPO),鋼板由切口內(nèi)插入骨膜與肌肉間的隧道,鋼板置于股骨或脛骨表面并與之盡量貼合,牽引下閉合復(fù)位,行C型臂透視。其投照方法是:將球管調(diào)節(jié)到合適高度,將墊高后的患肢位于透照球管和接收器之間,采取標(biāo)準(zhǔn)解剖學(xué)姿勢(shì),垂直與患部移動(dòng),進(jìn)行透照2～4次,分別拍攝骨干的近端、中段、遠(yuǎn)端骨圖像,使患肢的遠(yuǎn)、近端金屬內(nèi)固定物完全包括在成像范圍內(nèi),采集完成后傳至圖像處理工作站。具體操作路線:透照2次以上圖片→轉(zhuǎn)化JPEG格式圖像→保存到PhotoStitch3.1軟件打開文件路徑→打開PhotoStitch3.1軟件→合并圖像→“選擇和排序”欄中打開文件→選擇所需圖片→排序→合并→開始→顯示接縫→點(diǎn)擊接縫處→點(diǎn)擊指定重疊區(qū)域或者指定的兩個(gè)及多個(gè)區(qū)域→選擇合適部位重疊→確定→調(diào)整圖像→保存圖像。完成圖像拼接技術(shù),形成股骨或脛骨全景圖像,以判斷其骨折端移位的整體情況,及時(shí)調(diào)整鋼板位置及骨折端復(fù)位情況,行臨時(shí)克氏針固定鋼板。再經(jīng)皮鎖定釘在骨折端的兩端固定,兩端各至少固定3枚以上的雙皮質(zhì)螺釘或4枚以上的單皮質(zhì)螺釘。術(shù)中遵循鋼板長跨度、少螺釘?shù)脑瓌t,術(shù)畢活動(dòng)膝踝關(guān)節(jié),檢查其固定牢靠后,縫合傷口。1.4術(shù)后治療本組病例均未在傷口內(nèi)放置引流管,術(shù)后第1天常規(guī)行患肢股四頭肌等長和等張收縮訓(xùn)練以及踝、膝關(guān)節(jié)功能鍛煉,行DR或CR檢查,術(shù)后6～8周開始部分負(fù)重練習(xí)行走,并根據(jù)骨折的類型和病情的具體情況來指導(dǎo)康復(fù)訓(xùn)練。1.5與術(shù)后dr圖像比較1.5.1術(shù)中圖像拼接的效果由3位副主任醫(yī)師及以上人員進(jìn)行評(píng)估(自擬的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及方法)。(1)優(yōu):圖像質(zhì)量偏差無或極小,其均勻度較清晰,能夠準(zhǔn)確顯示骨骼的完整性和判定骨折移位情況;(2)良:圖像質(zhì)量偏差極小,其均勻度稍欠清晰,能夠顯示骨骼的完整性,不影響準(zhǔn)確判定骨折移位情況;(3)可:圖像質(zhì)量偏差小,其均勻度欠清晰,顯示骨骼的完整性有所欠缺,但不影響準(zhǔn)確判定骨折對(duì)線情況;(4)差:圖像質(zhì)量偏差稍大,其圖像均勻度模糊,不能夠顯示骨骼的完整性,影響準(zhǔn)確判定骨折對(duì)線情況。1.5.2術(shù)中拼接圖像與術(shù)后DR或CR圖像進(jìn)行比較,對(duì)拼接圖像的股骨下角、股骨髁干角、股骨髁間溝角、脛骨踝穴角(正側(cè)位)、脛骨上角和脛骨干角等七個(gè)相關(guān)角度進(jìn)行比較,分析是否在正常角度范圍以內(nèi)。(1)股骨下角:股骨干軸線與股骨內(nèi)外髁切線間的外側(cè)夾角,正常為75°～85°;(2)股骨髁干角:股骨干長軸線與股骨髁長軸線間的后方夾角,正常為90°～100°;(3)股骨髁間溝角:股骨髁間溝底與股骨髁縱軸所成的角,正常為(34±0.5)°;(4)正位脛骨踝穴角:脛骨下1/3的軸線與脛骨踝關(guān)節(jié)面所形成的夾角,正常為(87.7±3)°;(5)側(cè)位脛骨踝穴角:脛骨下1/3的軸線與脛骨下端前后緣連線所形成的角,正常為(81.1±2.2)°;(6)脛骨上角:脛骨長軸與脛骨上端關(guān)節(jié)面所形成的外側(cè)角,正常85°～100°,平均93°;(7)脛骨干角:側(cè)位片上,脛骨干縱軸線與脛骨上關(guān)節(jié)面的后方夾角,正常<90°。1.6統(tǒng)計(jì)學(xué)分析應(yīng)用SPSS12.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)(xˉ±s)(xˉ±s)表示,兩樣本均數(shù)比較采用t檢驗(yàn),P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。2結(jié)果2.1術(shù)后住院及術(shù)后處理情況本組共43例,手術(shù)時(shí)間50～100min,平均78min;術(shù)中出血約80～140ml,平均110ml。無一例發(fā)生感染,切口均一期愈合。住院時(shí)間12～18d,平均16d。術(shù)后43例均獲隨訪,隨訪時(shí)間6～16個(gè)月,平均8個(gè)月,術(shù)后即時(shí)及術(shù)后3月復(fù)查X線片示骨折對(duì)位、對(duì)線佳,骨折均愈合,無鋼板斷裂和螺釘松動(dòng),均有大量骨痂生長,骨折臨床愈合時(shí)間12～16周,平均14.3周。本組43例,優(yōu)27例(62.8%),良15例(34.9%),可1例(2.3%),差0例(0.0%),優(yōu)良率為97.67%。2.2圖像對(duì)比的統(tǒng)計(jì)學(xué)處理43例患者的拼接圖像所測(cè)量的角度和DR或CR全長的角度差別極小,均在正常值范圍以內(nèi)。統(tǒng)計(jì)分析表明,術(shù)中拼接完整圖像和術(shù)后DR或CR圖像的比較,所測(cè)量的角度無明顯區(qū)別,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),說明拼接圖像的效果與術(shù)后DR或CR全長圖像相似。見表1,2。3經(jīng)皮固定部位全景成像3.1二十世紀(jì)九十年代Krettek等提出的經(jīng)皮微創(chuàng)接骨板接骨術(shù)是指經(jīng)過骨折兩端放鋼板而盡量不直接暴露骨折區(qū)進(jìn)行復(fù)位鋼板內(nèi)固定的技術(shù),符合微創(chuàng)外科與橋接鋼板接骨結(jié)合的生物學(xué)固定技術(shù),即MIPO和LISS,其技術(shù)關(guān)鍵是避免對(duì)骨折端直接暴露和軟組織的過渡損傷,維持骨骼穩(wěn)定的固定,減少了骨折端及骨折塊的周圍血供再破壞,使骨折在良好的生物學(xué)環(huán)境下愈合。具體操作時(shí)強(qiáng)調(diào)間接復(fù)位和最小的組織損傷,并利用鎖定螺釘與鋼板形成不同方向的成角鎖定,使鋼板和鎖定螺釘形成一個(gè)穩(wěn)定的內(nèi)固定系統(tǒng),提高了內(nèi)植物的把持力,達(dá)到了固定牢靠、骨折愈合快的目的,尤其對(duì)老年人骨質(zhì)疏松和多節(jié)段骨折的患者,或是伴有股骨遠(yuǎn)端、脛骨近端和遠(yuǎn)端骨折不適合髓內(nèi)釘固定的患者更具有優(yōu)勢(shì)。但在骨折復(fù)位和鋼板保持在骨骼中心線方面,此項(xiàng)技術(shù)仍有所欠缺,所以,我們?cè)谛g(shù)中均采用了相關(guān)的措施來預(yù)防,爭取在達(dá)到力線的基礎(chǔ)上解剖對(duì)位。措施是在經(jīng)皮插入鋼板后,在鋼板兩端進(jìn)行克氏針臨時(shí)固定的同時(shí),通過C型臂透視并觀察骨折復(fù)位效果和鋼板擺放的位置,以保證復(fù)位和鋼板擺放的準(zhǔn)確。一般來說,復(fù)雜性骨折要求術(shù)前須進(jìn)行骨牽引以確保達(dá)到力線復(fù)位,術(shù)中必要時(shí)可行股骨或脛骨牽開復(fù)位器進(jìn)行復(fù)位,骨折對(duì)位良好時(shí)進(jìn)行鋼板及克氏針調(diào)整固定,使鋼板在骨骼的中心線上,以減少對(duì)位不佳的情況發(fā)生。在進(jìn)行術(shù)中C型臂透視時(shí),如果投照的范圍有限制,可行圖像拼接技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像拼接獲得股骨或脛骨全景圖像,用來判斷骨折對(duì)位對(duì)線的整體效果;若有移位或與鋼板貼服不好,可采用經(jīng)皮復(fù)位鉗等有助于復(fù)位的工具進(jìn)行復(fù)位。3.2術(shù)中骨折內(nèi)固定部位全景成像的原理是通過移動(dòng)式C型臂多次透照,將轉(zhuǎn)化成JPEG格式的多幅照片圖像局部重疊區(qū)配準(zhǔn)而實(shí)現(xiàn)。其配準(zhǔn)技術(shù)有基于面積法和特征法兩種,本文采用的PhotoStitch軟件是在基于特征法技術(shù)上實(shí)現(xiàn)全景拼接,在圖像上選擇在兩個(gè)圖像顯示的區(qū)域,將此區(qū)域拖動(dòng)到另一個(gè)圖像的適當(dāng)位置上,這樣選擇兩個(gè)或者多個(gè)區(qū)域(最好是分開的區(qū)域)進(jìn)行重疊并合并形成全景圖像。其主要特點(diǎn)是:首先,圖像拼接軟件的種類較多,其功能亦不斷完善,尤其是PhotoshopCS版本,它提供了色階和自動(dòng)色階、亮度/對(duì)比度和對(duì)比度、曲線及直方圖,以及合并可見層等圖像編輯和合成工具,可以將2張或以上圖像經(jīng)編輯后合并成1幅圖像,引入圖層概念后,給圖像的編輯和合成帶來了極大的便利。其次,Fotocanvas軟件盡可能保持圖像的放大比例和最小的放大失真;選擇水平走向的骨骼邊緣和標(biāo)記物為標(biāo)記點(diǎn)易于拼接;將圖像調(diào)整為透明狀的標(biāo)記點(diǎn)易于找到。我們采用的Canon處理圖像的PhotoStitch3.1軟件在應(yīng)用中,發(fā)現(xiàn)它所需只有幾兆的內(nèi)存,同樣具有圖像合成和編輯工具的功能以及操作簡單易學(xué)和啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn),故能減少術(shù)中操作和運(yùn)行的時(shí)間;與此同時(shí),PhotoStitch3.1拼接的圖像密度均勻性、拼接質(zhì)量及臨床測(cè)量都能夠達(dá)到術(shù)中醫(yī)生對(duì)其骨折部位的整體觀察的質(zhì)量效果及醫(yī)療的需要,從而使醫(yī)生能夠及時(shí)、準(zhǔn)確的對(duì)骨折部位復(fù)位和固定整體效果進(jìn)行評(píng)估。影響圖像質(zhì)量的因素:(1)不同的軟件拼接的圖像質(zhì)量有一定的差異。如PhotoshopCS4版本更具有高質(zhì)量圖像,但它不適合本研究,因?yàn)楸狙芯恐饕獞?yīng)用在術(shù)中,而PhotoshopCS4版本所需內(nèi)存大、啟動(dòng)運(yùn)行慢、操作復(fù)雜,延長了術(shù)中操作時(shí)間。PhotoStitch3.1軟件在不影響圖像效果同時(shí),節(jié)省了術(shù)中操作時(shí)間,本組43例經(jīng)圖像拼接的圖片和術(shù)后DR全景圖像顯示均無明顯誤差,拼接圖像的密度均勻性雖稍有欠缺,但圖像質(zhì)量不會(huì)影響術(shù)中醫(yī)生對(duì)骨折復(fù)位內(nèi)固定部位的整體效果和評(píng)價(jià)。(2)圖像格式的轉(zhuǎn)換對(duì)圖像質(zhì)量也有一定的影響。①JPEG(JointPhotographicExpertsGroup)圖片格式是日常較為常見的一種圖像格式,該壓縮技術(shù)是用有損壓縮方式去除冗余的圖像和彩色數(shù)據(jù),在獲取較高壓縮的同時(shí),并能展現(xiàn)較為生動(dòng)的圖像,也就是說可以用最少的磁盤空間得到較好的圖像質(zhì)量,且是采用平衡像素之間的亮度色彩來進(jìn)行壓縮,這樣更加利于表現(xiàn)帶有漸變色彩的圖像,使JPEG圖像格式在拼接運(yùn)行的時(shí)間較短,故我們采用JPEG圖片格式作為拼接圖像格式。②BMP(Bitmap位圖)的格式是Windows操作系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)圖像文件格式,能夠被多種Windows應(yīng)用程序所支持。隨著Windows操作系統(tǒng)的流行與豐富的Windows應(yīng)用程序的開發(fā),BMP位圖格式理所當(dāng)然地被廣泛應(yīng)用;這種格式的特點(diǎn)是包含的圖像信息較豐富,幾乎不進(jìn)行壓縮,但其缺點(diǎn)是占用磁盤空間過大。③PNG(portablenetworkgraphic)是一種新興的網(wǎng)絡(luò)格式,因?yàn)樗哂胁皇д娌⑽×薐PG和GIF兩者的優(yōu)點(diǎn)和色彩模式,其具有儲(chǔ)存形式豐富、便于網(wǎng)絡(luò)傳輸、顯示速度快等優(yōu)點(diǎn),得到國際網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟推薦認(rèn)可,但它在諸多軟件中不支持。(3)術(shù)中要求移動(dòng)式C型臂的操作要熟練和無菌,操作時(shí)應(yīng)在透照部位和C型臂始終保持在同一水平高度上下移動(dòng),不能改變透照角度、患者體位和C型臂的位置;對(duì)移動(dòng)式C型臂的曝光參數(shù)應(yīng)適當(dāng)限制其曝光量以保證圖像質(zhì)量,即使攝影曝光條件設(shè)定得高一點(diǎn)也不會(huì)出現(xiàn)廢片。本組43例經(jīng)圖像拼接的圖片和術(shù)后DR全景圖像顯示均無明顯誤差。雖然本組拼接圖像的密度均勻性有所欠缺,但拼接的圖像不影響術(shù)中醫(yī)生對(duì)骨折復(fù)位內(nèi)固定部位的整體效果和評(píng)價(jià)。(4)我們自擬的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)均由3名副主任醫(yī)師以上人員進(jìn)行評(píng)價(jià),術(shù)中評(píng)