基于视频跟踪的前交叉韧带重建导航及仿真评估系统研究

植入点位置的确定以及重建后是否满足等距性,对于前交叉韧带(ACL)的重建是至关重要的.针对ACL重建入点定位困难以及缺少术后评估等问题,借助于视频跟踪相机,实现了一种基于膝关节侧位X光片的股骨四分格和胫骨46%方法的ACL重建导航及仿真评估系统,并分别介绍了视频跟踪、空间映射及C臂标定、图像融合、图像校正、曲面重建算法等关键技术的实现.利用该系统进行了8例模型骨的实验,并对采集到的特征点进行了精度验证,入点定位误差最大为2.59 mm,平均为1.59 mm.实验结果表明,该系统利用两幅X光图像可以完成ACL重建手术规划,入点定位误差可以基本满足临床应用要求,初步验证了该方法的可行性.     

无框架脑立体定向手术

目的：应用国产ＣＲＡＳ－ＢＨ２型机器人系统（ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｎｄ ｒｏｂｏｔ ａｓｓｉｓｔｅｄ ｓｕｒｇｅｒｙ,ｔｙｐｅ ＢＨ２）,临床实施３０例无框回脑立体定向手术。方法：机器人系统由智能机械臂影像引导装置、三维定位软件等模块组成,该系统取代了传统的定向仪框架,通过识别贴附是头部的标志点,建立相庆的三维坐标体系,并可自动标出靶点位置和穿刺轨迹。智能机械臂按照模拟轨迹固定方向,为术者提供准确导     

股骨颈骨折空心钉内固定手术参数的优化分析

闭合复位空心钉内固定手术是目前治疗股骨颈骨折的常用方法,采用有限元方法对空心钉内固定手术进行力学综合分析,根据股骨近端力学实验的结果,建立股骨近端有限元分析模型,对可能影响手术效果的患者体重、骨折线角度、空心钉布局与角度等几个参数进行分组分析,提取骨折面、钉子的应力应变分析结果,获得了216组不同手术参数组合的情况下,影响术后愈合与承载能力的骨折端面的错位位移、钉孔底部应变、钉子最大应力、股骨最大应变四个参数,并进行综合分析比较,找到一组符合生物力学规律的内固定治疗参数,并应用于医疗机器人手术参数规划及手术效果的评价系统。     

医疗外科机器人系统的研究和发展

在查阅了大量国内外文献资料的基础上回顾了医疗外科机器人系统的发展历史，对现有的医疗外科机器人系统进行了分类，讨论了医疗外科机器人系统的发展现状和研究热点     

新型机械臂在脑外科定向手术中的应用

目的临床应用脑外科机械臂系统(国产CRAS-HB型)辅助完成脑立体定向手术.方法利用机械臂系统的计算机图像定位软件、穿刺径路设计模拟引导装置、智能机械臂平台和放射性核素注入控制模块等功能部件,成功辅助完成脑立体定向手术32例;其中脑肿瘤内放疗手术23例、脑深部病变活检3例、脑脓肿抽吸2例、脑内血肿排空2例、金属异物摘除2例.结果本组患者手术靶点定位准确,均一次操作成功,无手术并发症.除3例活检阳性外,29例术后随访6～24月,手术有效率86%.结论该机械臂系统设计结构合理,操作集成实用性强、定位精确且操作方便,具有较为广阔的应用前景.     

数字化图像导引与无框架定位脑手术

目的利用数字化虚拟图像导引方法,实现无框架脑深部定位手术.方法借助计算机网络,将CT/MRI图像传输至手术室;通过三维虚拟图形重建,完成手术路径的规划;再利用机器人完成无框架脑立体定向手术.结果临床成功完成此类手术560例,其中脑肿瘤内放疗手术265例、脑功能外科疾病(癫痫、精神疾病、帕金森病)手术112例、脑深部病变活检94例、脑积水内镜造瘘术52例、脑脓肿抽吸13例、脑内血肿排空12例、金属异物摘除12例.本组患者术中靶点定位准确,均为一次操作成功.术后随访6～48月(平均24月),手术有效率92%.结论利用数字化图像导引方法,将虚拟的手术实施图像与现实的定位靶点相结合,成功实现了无框架脑立体定向手术.     

遥控操作机器人脑立体定向手术临床应用(附10例报道)

目的 应用自行研制的CAS-BH5远程立体定向机器人系统,实施遥控操作无框架脑立体定向手术,评价此系统的临床实用性、操作精确性和手术安全性.方法 回顾性分析2005年9～12月,应用CAS-BH5型机器人系统临床实施遥控操作无框架脑立体定向手术10例.遥控操作是专家在北京通过数字专线控制机器人对位于远在1 300 km延安的患者实行手术.术后随访10～14个月(平均12个月),观察定位精度及症状改善情况.结果 临床成功完成无框架定位脑手术10例,定位操作均一次性完成,远程定位精度是(1.05±0.13)mm,手术有效率90%,无相关手术并发症.结论 本结果提示无框架立体定向遥控操作是安全可行的.遥控操作手术有利于加强异地外科医师间合作,有利于技能训练和资源共享,在神经外科领域将有更广阔的应用前景.     

松质骨微观骨小梁结构的生物力学有限元分析

股骨松质骨具有骨小梁的微观结构,其单元特性影响了股骨的整体力学性能.找到适当的单元形状与骨小梁分布特点可以帮助人们有效地进行松质骨及股骨整体的生物力学特性分析.本文采用不同结构的微观骨小梁单元模型,分析各单元的生物力学特性,并采用有限元方法,对由不同骨小梁单元及不同分布形式构成的股骨模型进行生物力学分析,获得了骨小梁单元密度与单元生物力学特性的关系的综合分析结果,找到了较好的微观骨小梁单元模型及总体布局形式,并应用于股骨松质骨建模.仿松质骨的骨小梁结构可以有效提高整体生物力学性能,所获得的微观单元优化结构可以应用于仿生结构材料的制造.     

Computer-assisted auto-frame navigation system for distal locking of tibial intramedullary nails： a preliminary report on clinical application

Objective: To evaluate the clinical feasibility and effect of the computer-assisted auto-frame navigation system for distal locking of tibial intramedullary nails. Methods: The hardware components of the system included a PC computer with a monitor, auto mechanical stereotactical locating cubic frame, foot holder and localization operative apparatus. Special navigation software can be used for registration of X-ray fluoroscopic images and real-tune controlling navigation of tools. Twenty-one cases of close tibial and fibular fractures were treated with closed intramedullary nailing, 6 of which involved in middle third, 12 in middle and lower third, 3 in lower third. C-arm alignment and registration time, fluoroscopic time and drilling time involved in the locking procedure were recorded. The size of unreamed or reamed tibial nails ranged from 8/300-11/330. Results: All distal holes except 1 were locked successfuUy. In 9 of 41 locked holes (21.95%), the drill bit touched the canal of locking hole without damage of the nail and clinical consequences. The fluoroscopy time per pair of screws was 2.23 s±0.31 s . Conclusions: The computer-assisted auto-frame navigation system for distal locking is well designed, easy to operate and do not need additional instruments during the procedure. The developed system enables the physician to precisely navigate surgical instruments throughout the anatomy using just a few computer-calibrated radiographic images. The total time of x-ray exposure per procedure can be significantly reduced.     

无框架脑立体定向手术

目的:在脑立体定向手术中,研究采用无框架定位方法,取代传统的定向仪框架的效果。方法:CT扫描确定脑内病变及头部标志点,计算机建立与靶点对应的三维坐标体系和手术规划,智能机械臂为术者提供准确导航和操作平台。结果:临床成功完成无框架定位脑手术42例,手术种类包括脑肿瘤内放疗28例、脑内病变活检6例、小型脑瘤切除2例、脑脓肿抽吸2例、脑内血肿排空2例、金属异物取出2例。结论:采用无框架定位脑手术,具有减少病人痛苦、方便术者操作、扩大手术范围、提高手术安全性等优点。