计算机辅助手术的发展状况和展望——参加第17届国际计算机辅助放射学及手术大会（CARS 03）后记

计算机辅助手术和治疗(IGST)是一个新兴的多学科交叉的研究领域,近年来取得了飞速的发展.作为该领域顶级会议之一的国际计算机辅助放射学及手术大会(CARS2003)于2003年6月25至28日在英国伦敦伊丽莎白二世国际会议中心隆重举行了第17届会议.本文将对这次大会作一回顾和总结,内容包括科学论文方面的评论和产品展览方面的情况.     

基于射线距离误差的三维医学图像分割的新型评价方法

三维医学图像的分割是计算机辅助诊断与治疗中至关重要的技术。由于现有的三维医学图像分割算法种类繁多且性能各异,对各种分割算法性能公正直观的评价显得尤为重要。我们在对现有常用评价方法做出综合的比较后,提出了一种基于局域距离误差的综合、直观的三维图像分割的新型评价方法,并详细描述了该评价方法中局域误差和全局精确度的评价法。最后,利用这种新型的评价方法对三种常用的分割算法(Fast Marching,Morpholo-gical Reconstruction and Watershed)及一种笔者提出的新型Hybrid算法进行评价,此新型分割算法也在文中作了简要介绍。通过实验,可以验证新的评价方法能够更加科学、直观地对各种三维医学图像分割算法进行评价。     

电磁导航卵圆孔穿刺术的实验研究

目的:评价应用surgView-RFT电磁导航系统进行卵圆孔穿刺的准确性及对临床的指导意义.方法: 3 名初学者分别对3 个尸头的双侧卵圆孔进行盲穿和电磁导航辅助穿刺各5 次,以CT扫描结果作为金标准,测量穿刺针尖与卵圆孔前缘的距离,采用SAS 6.12统计软件的t检验和方差分析进行分析.结果: 3 名实验者盲穿均未进入卵圆孔,针尖与卵圆孔前缘平均间距8～10.6 mm;电磁导航辅助穿刺均进入卵圆孔,针尖与卵圆孔前缘平均间距2.68～3.54 mm,与CT比较误差0.59 mm,差异无显著性;盲穿与导航辅助穿刺差异存在显著性.结论:surgView-RFT电磁导航系统操作简便省时,可提高穿刺准确性,有助于避免重复穿刺和减少创伤.     

导航辅助射频温控热凝术中注册标记系统的改良

目的：改进导航辅助射频温控热凝术中的注册标记系统,使其更加无创,同时达到导航系统的精确要求。方法：采用热塑型塑料面罩,依照人体面部特征加热塑型,表面双侧颞部、眉弓中点和颧骨最高点安置6个塑料标记点．内部随意安置6个标记点。CT扫描获得影像学数据,输入SurgView—RFT电磁导航系统后,分别选用4个（内外各2个）、6个（内外各3个）和8个（内外各4个）标记点进行注册和配准,每组设置5种组合,每点读取3次坐标值,取平均值代入配准误差公式。采用SAS6．12软件包对数据进行t检验。结果：取4个标记点时．系统误差为f1．58_±0．25）mm;取6个标记点时,系统误差为（1．28±0．21）mm;当标记点数量达到8个时,导航系统的配准精度达（1．06±0．10）mm。4点组与6点组间有显著差异（P=0．0149）,6点组与8点组间无显著差异（P=0.1402）。结论：热塑型塑料面罩表面放置标记点可避免患者创伤,配准精度完全符合导航系统的要求和卯圆孔穿刺的特定要求,在应用中至少应有6个标记点。     

颈椎“椎骨错缝”三维有限元模型创建方法的研究

目的:"椎骨错缝"是颈椎病临床发病的主要病理环节之一,同时也是手法临床干预靶点.结合三维有限元分析技术探讨颈椎"椎骨错缝"可视化模型的创建方法.方法:选取颈椎病患者,通过颈椎动静态触诊和X线判定发生"椎骨错缝"的患者1例(男性,28岁,身高176 cm,体重69 kg),CT扫描C1-C7(层厚0.75 mm),基于CT数据,应用特定三维有限元分析软件对"椎骨错缝"节段(C4-6)进行三维有限元模型创建.结果:重建出的颈椎"椎骨错缝"三维模型证实,参照相邻椎体序列,C5椎体发生明显的三维空间位置异常,空间位移是向下平移0.9 mm,绕X轴顺时针旋转4.5°,呈现后仰式错缝,并能对错缝导致关节异常应力进行有限元分析.结论:本研究提出的颈椎"椎骨错缝"的建模思路与方法可靠,为后期手法矫正"椎骨错缝"的机制分析奠定基础.     

第三届医学成像和虚拟现实会议（MIAR 06）后记

今年8月17导和18号在上海富豪东亚太酒店召开了为期两天的第三届医学成像和增强现实会议（MIAR06）。MIAR前两届分别住香港和北京开，但这次的规模和影响力要比往届更大。同时此次会议与相关的工业界保持紧密的关系，部分赞助商包括西门子、NDI、GE等公司，而且来自NDI公司的代表在会后颁发了企业冠名的最佳学生论文奖。     

磁导航引导主动脉支架植入术的实验研究

目的:研究虚拟现实环境下应用磁导航引导对主动脉夹层进行支架植入术的可行性。方法:利用术前CT影像信息,通过计算机进行三维解剖结构重建,与模型完成术前配准,并通过融入实时超声图像,形成虚拟现实环境。对介入手术器械和主动脉支架植入物进行结构性能改造,应用NDI Aurora电磁导航系统,在体外实验模型中实现对器械和植入物的精确示踪和三维立体定位,参照支架前传感器完成支架释放,并以经胸超声和CT进行验证。记录操作时间(T),计算配准误差(E1),记录植入后支架实际位置与目标位置之间的误差即总实验误差(E2)。结果:所有主动脉支架植入操作均成功完成,平均操作时间为(38.4±3.9)min,平均配准误差为(0.59±0.27)mm,平均总实验误差为(1.94±1.15)mm。配准和操作精确度均满足临床要求。结论:体外模型试验证明,虚拟现实环境下磁导航引导的主动脉支架植入术操作直观、简单、无辐射,具有较高的精确度和良好的重复性,可以作为新的介入示踪和定位方法。     

三叉神经半月神经节MRI成像方法及测量

目的：提供在三维方向上清晰显示半月神经节的MRI成像方法。方法：对10例临床明确诊断并排除颅内占位的三叉神经痛患者的20侧半月神经节区进行增强T1加权像的快速自旋回波（FSET1）、T2加权像的快速自旋回波（FRFSET2）、三维时间飞越法血管造影（3D-TOF）、三维快速静-动稳态采集序列（3DFiesta）4种序列的MRI扫描,由2名放射科医师读片、测量,并利用SurgView-RFT电磁导航系统分割半月神经节（TGG）。采用SAS6.12软件包对数据进行t检验和KruskalWallis检验。结果：不同序列间存在显著差异,边缘清晰度依次为增强FRFSET2、增强3-DFiesta、增强3-DTOF、增强FSET1,内部清晰度依次为增强3-DFiesta、增强FRFSET2、增强3-DTOF、增强FSET1。在增强FRFSET2轴向位上测得的TGG大小为长度平均值20.5mm,宽度平均值9.3mm,厚度平均值12.5mm;在增强3-DFiesta轴向位上测得的TGG大小为长度平均值20.45mm,宽度平均值9.45mm,厚度平均值11.65mm,两者无显著差异。图像分割成功率增强FSET1为0,增强FRFSET2为85%（17/20）,增强3-DTOF为60%（12/20）,增强3-DFiesta为90%（18/20）。增强3-DFiesta与增强FSET1、增强3-DTOF有显著差异,增强FRFSET2与增强3-DFiesta无显著差异。结论：TGG的MRI最佳显示方法为增强3-DFiesta,为导航辅助射频温控热凝术过程中TGG的图像分割和CT/MRI配准奠定基础,也为临床开展三叉神经痛TGG水平的X刀或γ刀治疗提供影像学上的指示。     

心血管介入虚拟手术造影剂显影仿真

心血管介入手术造影剂的使用对肾功能尤其对肾功能不全患者影响较大。在使用心血管介入手术模拟器进行手术培训过程中,造影剂剂量信号的检测是造影剂模拟的关键技术之一。将光学位移传感器用于造影剂注射剂量信号检测,并成功应用于心血管介入手术模拟器。通过Windows API提取光学位移传感器位移信息,并进行实验验证基于光学位移传感器的造影剂注射剂量信号检测的可行性。     

牙种植外科导航系统精确度的测试研究

目的:本研究旨在评价自主研发的基于三维CT图像的牙种植外科导航系统的精确度。方法:在仿真模型(Phantom)上选取相应的标准点后,进行螺旋CT扫描。将图像资料导入导航系统重建,通过导航系统探针测出模型上相应靶点的坐标与实际坐标的差异,计算出深度和角度的误差。结果:深度测量共计108组数据,测量精度为(0.77±0.24)mm;角度测量共计87组数据,测量精度为0.55°±0.23°。结论:实验数据表明,基于CT图像的牙种植外科导航系统的精确性已可满足临床需求,特别是术前规划。但还需在临床对这一系统作进一步的验证。