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电磁手术导航系统的导航精度问题研究
目的 手术导航系统的精度受多重因素影响,通过实验对电磁手术导航系统的精度进行研究.方法 通过研究电磁手术导航系统的基本组成及坐标系统的定义和相互转换,认为电磁定位系统误差和手术注册误差是导航系统误差的主要来源.为此,针对电磁定位系统、手术注册、系统整体等设计一系列精度实验,测试手术导航系统的精度.结果 电磁定位系统精度为(0.19 ±0.15)mm,系统整体精度可达(1.44±0.39)mm.通过手术注册的实验结果分析得出,手术注册时在兼顾效率和精度的情况下采用7 ～ 10个标记点包住患者头部病灶部位,可获得理想的注册效果.同时提出提高系统精度的4个可行方法,包括优化图像处理算法、手术注册算法以及脑组织位移纠偏算法、减少干扰源等.结论 电磁手术导航系统的精度受到电磁定位系统、三维重建、注册算法等多重因素的影响,本文所述手术导航系统能够达到一般手术导航系统的精度需求.
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基于电磁定位的超声图像与CT图像的融合方法
在超声引导经皮介入治疗中,为集成多模态图像信息来弥补单一超声图像的不足,提出一种实时超声图像与CT图像的融合方法,使临床医生在实施介入治疗时得到患者病灶的多模态图像信息成为可能.首先,利用电磁定位系统,得到12个铅球球心的磁场坐标和CT图像坐标,利用两个点集的ICP配准算法,将磁场坐标系和CT图像坐标系进行配准;其次,利用电磁定位系统,将和超声探头固连在一起的电磁传感器自身坐标系与磁场坐标系进行配准;然后,利用超声探头的机械设计尺寸,将超声坐标系与电磁传感器自身坐标系进行配准;后,通过多个坐标系的转换关系将超声坐标系配准到CT图像坐标系,终将实时超声图像统一到CT图像中,并在软件中测量融合误差.在该方法下,实时超声图像与CT图像的融合误差为(0.7l±0.03)mm,在软件中可以清晰地看到两种图像的实时融合效果.因此,该方法可以有效地将实时超声图像与CT图像进行融合,为介入治疗的精准性提供相应的技术支持.
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基于磁定位三维超声-超声单模态融合成像技术评估肝肿瘤消融范围的实验研究
目的 通过体外模型实验研究,探讨基于磁定位三维超声-超声单模态融合成像技术评估肝肿瘤消融范围的可行性及准确性.方法 建立16个可用于消融及评估消融范围的体外模型,随机将模型分为完全消融组和不完全消融组 (各8个).利用三维超声-超声单模态融合成像技术评估肿瘤消融是否完全;对于不完全消融者,测量肿瘤残留的大厚度.以大体标本结果作为"金标准",验证该技术评估的可行性及准确性.记录配准成功率、融合操作时间、评估消融是否完全的准确率及不完全消融组的测量误差.结果 16个体外模型均建模成功,三维超声-超声单模态融合成像技术的配准成功率为100%,融合操作时间为 (3.9±1.0)min,评估消融是否完全的准确率为100%,不完全消融组肿瘤残瘤厚度的超声与大体标本测量值差异无统计学意义 (t =-0.814,P =0.442),测量误差为(1.1 ±0.6)mm.结论 基于磁定位三维超声-超声单模态融合成像技术评估肝肿瘤消融范围是可行的,准确性高且操作简便,有望成为肝肿瘤消融术中即时精准疗效评估的新方法.
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基于磁定位三维超声-超声图像自动融合技术的实验研究
目的：探讨基于磁定位三维超声-超声(3DUS-US)单模态图像自动融合技术的准确性及可行性。方法制作实验大体模型,利用自由臂三维超声与实时超声进行图像自动融合,并设计慢速组与快速组,观察自由臂三维超声不同扫查速度对图像融合效果的影响；另外,由两名经验不同的操作者分别进行3DUS-US 图像自动融合,记录融合所需时间及配准误差,分析不同操作者之间的重复性。结果大体模型的外观、稳定性及超声图像质量均满足实验要求。3DUS-US 图像自动融合成功率100%(40/40),慢速组图像融合配准误差(1.44±0.64)mm,明显低于快速组的(2.56±0.53)mm,差异有统计学意义(P <0.001)。两名操作者图像融合配准误差及融合时间比较差异均无统计学意义(P =0.508,P =0.517)。结论基于磁定位3DUS-US 图像自动融合技术准确、可行,可应用于临床。
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三维超声-二维超声、CT-二维超声磁定位图像融合技术的比较
目的：比较分析三维超声-二维超声(3DUS-US)与 CT-二维超声(CT-US)磁定位图像融合技术的准确性、简便性及可重复性。方法建立仿组织体模,两位不同经验操作者分别进行3DUS-US、CT-US 图像融合,各重复操作10次,分别记录图像融合成功率、融合时间和配准误差,并比较上述指标在两位操作者、两种技术之间的差异。结果体模的超声、CT 图像及其稳定性均满足实验要求。3DUS-US、CT-US 融合均获得成功,3DUS-US 融合的配准误差(1.70±0.42)mm、融合时间(76.00±9.99)s 均明显优于 CT-US (P =0.014,P <0.001)。3DUS-US 融合配准误差、融合时间在两位操作者之间的比较差异均无统计学意义(P =0.508,P =0.517)；而 CT-US 融合的配准误差在经验者明显低于初学者(P =0.009),融合时间两位操作者间差异则无统计学意义(P =0.234)。结论磁定位3DUS-US 图像自动融合技术在体模试验中较 CT-US 图像融合具有操作简便、无经验依赖等优势,更适合在临床上应用推广。
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Edge加速器Calypso4D电磁定位系统精确性评估
目的:研究Calyps0 4D电磁定位系统的几何精度和电磁阵列对加速器射线的衰减.方法:分别把植入式转发器和表面转发器安装在体模上,对比Calypso测量的体模等中心位移和实际位移,分析系统的定位精度;使用指型电离室测量有和没有电磁阵列时固体水内剂量,验证电磁阵列对射线的衰减;重复测量相同位置的体模等中心,评估系统稳定性.结果:植入式转发器的定位精度是(0.02±0.01) cm,表面转发器的定位精度是(0.01 ±0.01) cm;在机架角325°到35°范围内,6和10MV能量电磁阵列对加速器射束的衰减低于2％,在305°和55°衰减低于3.4％;重复测量时出现偏移的标准差在0.012 cm以内.结论:Calypso系统定位精度能够稳定在亚毫米级,电磁阵列对射线的衰减在临床接受范围内,Calypso 4D电磁定位系统是精确、可靠的,能够大大提高放疗精度.
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介入式诊疗器件的三维定位系统研究
为了解决介入式诊疗器件的定位问题,提出了利用电磁定位系统的设计方法.根据三维电磁定位的原理,推导出了相应的数学模型,介绍了系统软硬件的具体实现方法,给出了实验结果并对结果进行了分析.实验结果表明,该方法具有可行性,在3～30 cm的范围内定位误差在3 cm以内,并且具有较好的抗干扰能力.
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European Urology:新型电磁导航系统应用于输尿管软镜辅助经皮肾穿刺
经皮肾镜碎石术(percutaneous nephrolithotomy,PCNL)大的技术挑战在于精确穿刺,需要将穿刺针精确置入肾脏集合系统,并建立理想的工作通道.目前主流的穿刺引导方式包括:射线引导、超声引导.该两种方式均有各自弊端,临床上需要一种更加安全、易掌握的穿刺辅助技术.来自葡萄牙的泌尿外科医生LIMA等介绍了一种新型电磁引导定位系统在辅助经皮肾穿刺中的应用.文章发表于European Urology (LIMA E,Pedro L.Rodrigues PL,MOTA P,et al.Ureteroscopy-assisted percutaneous kidney access made easy:first clinical experience with a Novel Navigation System Using Electromagnetic Guidance[J].2017,https://doi.org/10.1016/j.eururo.2017.03.011).
关键词： 肾结石 经皮肾镜碎石术(PCNL) 电磁定位 肾盏穿刺 -
基于电磁定位的软组织术中实时跟踪系统的开发
目的：开发软组织形变的实时跟踪系统，可有效提高胸腹部手术的精度，降低手术损伤率。方法：利用术前CT/MRI图像、术中超声成像与电磁定位系统相结合的方法，实时跟踪软组织形变。结果：通过结合术前图像高分辨率和术中超声实时性的优点，解决了软组织导航技术的关键问题，并通过试验验证了软组织形变跟踪技术在临床应用的可行性。结论：将术前、术中影像及电磁定位系统相结合，不仅为软组织形变实时跟踪提供了一个可行的手段，而且对胸腹部手术的术中导航技术的实施和应用奠定了基础。
