基于图像的外科手术导航系统
医学影像学的影像导航
医学影像学的影像导航影像导航是一种在医学影像学领域中广泛应用的技术，通过利用计算机科学和图像处理的方法，提供医生准确的图像导航和定位信息。
本文将介绍影像导航在医学影像学中的应用，其在临床实践中的重要性以及未来发展方向。
一、影像导航的概念与原理影像导航是通过三维重建和图像配准等技术，将医学影像与实时操作相结合，为医生提供准确的导航信息。
医学影像学中，常见的影像导航包括手术导航、放射治疗导航和介入导航等。
1. 手术导航手术导航是指在手术过程中，通过对术前医学影像的重建和配准，为医生提供准确的操作导引。
医生可以实时查看导航系统中重建的三维影像，根据导航系统提供的定位信息，更加精确地进行手术操作。
2. 放射治疗导航放射治疗导航是指在放射治疗过程中，利用导航系统对患者进行定位，确保放射源与患者的相对位置准确无误。
通过影像导航技术，医生可以在实时影像中准确定位放射源，提高治疗的精准度。
3. 介入导航介入导航是指在介入手术中，利用导航系统对患者进行实时导航和定位。
医生可以通过导航系统准确定位手术器械的位置，精确地进行介入操作。
影像导航技术的应用大大提高了介入手术的安全性和准确性。
二、影像导航在临床实践中的应用影像导航在医学影像学中有着广泛的应用，它不仅提供了准确的定位信息，还能帮助医生进行病情评估和手术规划。
以下是影像导航在临床实践中的几个典型应用场景：1. 肿瘤定位在肿瘤治疗中，准确定位病变是非常重要的。
通过影像导航技术，医生可以清晰地观察到肿瘤的位置和周边组织的情况，给予准确的诊断和治疗方案。
影像导航技术不仅提高了手术的精准度，还能减少对正常组织的损伤。
2. 脑神经外科手术脑神经外科手术需要精确的定位和规划，影像导航技术在其中发挥了重要的作用。
医生可以根据导航系统提供的信息，准确地定位脑部病变，并规划手术切除的范围和角度。
3. 介入血管手术介入血管手术需要医生准确定位组织和血管的位置，以确保手术的成功。
影像导航技术可以提供实时的导航信息，帮助医生快速准确地定位血管，进行血管介入治疗。
智能手术导航系统：提高手术安全性的新技术
智能手术导航系统：提高手术安全性的新技术在现代医学的舞台上，智能手术导航系统如同一位经验丰富的航海家，为医生们提供了精准的航线指引。
这项新技术的出现，不仅提高了手术的安全性和准确性，还为患者带来了更加安心的治疗体验。
首先，让我们来了解一下智能手术导航系统的工作原理。
它通过高精度的传感器和先进的算法，实时捕捉手术器械的位置和运动轨迹，将数据传输到计算机系统中进行处理。
然后，系统会根据这些数据生成三维图像，帮助医生更好地了解手术区域的解剖结构和周围组织的情况。
这样，医生就能够在手术过程中做出更加精确的判断和决策，避免对正常组织的损伤。
智能手术导航系统的优势不言而喻。
它就像一位细心的守护者，时刻关注着手术过程中的每一个细节。
无论是复杂的神经外科手术还是精细的眼科手术，智能手术导航系统都能够提供强大的支持。
它能够减少手术风险，提高手术成功率，让患者更快地康复。
然而，我们也必须认识到智能手术导航系统并非万能的。
它仍然需要医生的专业知识和经验来进行操作和判断。
因此，在使用智能手术导航系统时，医生们需要保持警惕，不断学习和掌握新技术，以确保手术的安全和有效。
此外，智能手术导航系统的发展也面临着一些挑战。
例如，如何进一步提高系统的准确性和稳定性？如何降低系统的成本，使其更加普及和可及？这些问题都需要我们进行深入的思考和探索。
在未来的发展中，我们可以期待智能手术导航系统与人工智能、机器学习等技术的结合，进一步提升其智能化水平。
同时，我们也需要加强跨学科的合作和交流，共同推动智能手术导航系统的研究和应用。
总之，智能手术导航系统是一项具有巨大潜力的新技术。
它为医生们提供了有力的工具，帮助他们在手术中做出更加精确和安全的判断。
然而，我们也必须保持谦虚和谨慎的态度，不断完善和提升这一技术，以造福更多的患者。
红外手术导航原理
红外手术导航原理
红外手术导航是一种现代医疗技术，通过使用红外线来指导和辅助外科手术。
其原理主要包括以下几个方面：
1. 红外成像：红外手术导航系统通过红外成像技术获取患者身体内部的组织结构和血管分布等信息。
红外线可以穿透皮肤表面，反射或透射到不同深度的组织，形成对人体内部结构的影像。
2. 图像处理：获取的红外成像数据经过图像处理和分析，可以生成三维立体图像，显示出患者的血管、神经等重要结构的位置和分布情况。
3. 实时导航：外科医生在手术过程中可以通过红外手术导航系统实时查看患者内部结构的影像，帮助他们准确定位目标组织，避开重要器官和血管，提高手术的精准性和安全性。
4. 辅助操作：红外手术导航系统还可以提供实时跟踪和定位功能，帮助外科医生对手术器械和操作位置进行精准控制，减少误差，提高手术效率。
红外手术导航系统利用红外成像技术和图像处理算法，能够为外科手术提供精准的导航和辅助，帮助医生更好地进行手术操作，减少损伤并提高手术成功率。
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外科手术中的镜头成像及导航技术
外科手术中的镜头成像及导航技术随着科技的不断进步，医学领域也日新月异。
现代外科手术中，镜头成像及导航技术已经被广泛应用。
本文将详细介绍这一技术在外科手术中的应用及其所带来的优势。
一、镜头成像技术镜头成像技术是利用高清晰度的微型摄像头将实时的图像传输到显示器上，使医生可以清晰地观察到手术部位。
这一技术在外科手术中应用广泛，如肝胆、胰腺、腹腔等手术。
以肝胆手术为例，传统手术需要开腹，长度较长，创伤较大。
而采用镜头成像技术，手术切口只需几厘米，术后恢复时间也明显缩短。
此外，镜头成像技术还具有以下优势：1. 可以清晰地观察手术过程，较直观，降低了手术的难度和风险。
2. 镜头可以360度旋转，可以观察手术部位的各个角度，增强了手术的精准性。
3. 镜头尺寸小、图像分辨率高，可以避免手术时对身体的损伤。
二、导航技术导航技术是指通过计算机软件和硬件等技术手段，将手术时实时采集的影像资料与预先设定好的手术方案相结合，为医生提供精准的手术导航方案。
导航技术可以被广泛应用于颅内、骨科、心脏等复杂手术中。
以颅脑肿瘤手术为例，传统手术需要通过手术切开来暴露病灶。
而采用导航技术，医生可以提前进行三维立体建模，精确计算手术切口位置和深度，大大减少了手术对正常组织的损伤，提高了手术成功率。
此外，导航技术还具有以下优势：1. 可以减少手术切口的长度和深度，缩短手术时间，降低手术血量。
2. 可以提高手术的精准性，减少误切和遗漏，提高了手术成功率。
3. 可以减少手术后的并发症，如术后出血、感染等。
三、镜头成像技术与导航技术的结合镜头成像技术与导航技术可以结合起来，更好地服务于外科手术。
手术中的图像可以实时传输到导航仪上，为医生提供更准确的手术导航方案，增加手术的精准性。
同时，医生可以在导航仪上观察手术的实时画面，以便更好地控制手术进程。
此外，镜头成像技术可以增加导航时的精细化操作，如心脏手术中的微型分离器、吸附器等器械，可以通过高清晰度镜头进行操作，减少对心脏的创伤。
神经外科手术中的新型导航技术
神经外科手术中的新型导航技术引言：神经外科手术是治疗脑部和神经系统疾病的重要方法之一。
随着医学技术的进步，越来越多的新型导航技术被应用于神经外科手术中。
本文将介绍几种在神经外科手术中常用的新型导航技术，并分析其优势和应用前景。
一、影像引导技术1. CT/MRI引导：CT（计算机断层扫描）和MRI（磁共振成像）是快速、无创且精确的影像检查方法，在神经外科手术中发挥着重要作用。
医生可以通过CT/MRI图像来确定病变位置、大小和形态，从而制定手术方案。
同时，这些影像还可以被导入到手术室内，供医生实时观看，以确保手术精度。
2. 三维可视化：三维可视化技术结合了CT/MRI等影像数据与计算机模拟，将人体解剖结构呈现为立体图像，为神经外科手术提供了更直观、精确的信息。
医生可以根据患者独特的解剖结构制定手术路径和操作步骤，大大减少手术风险。
二、神经功能监测技术1. 脑电图（EEG）监测：脑电图监测是通过记录脑电信号来评估患者的神经功能。
在神经外科手术中，医生可以通过脑电图监测来判断患者的意识状态、脑电活动以及脑功能变化，从而调整手术策略和保护健康组织。
2. 皮质刺激/定位：皮质刺激/定位技术利用微电极直接刺激或记录患者大脑皮层上的电活动。
这种技术可以帮助医生准确确定大脑功能区域位置，避免损伤到关键神经结构。
同时，它还可以被用于定位病灶，并进行治疗评估。
三、立体定向技术立体定向技术可在显微镜下通过计算机导航系统实现高精度和安全操作。
主要应用于神经外科手术中的穿颅长针穿刺、吸引硬膜下血肿和深部脑结构植入物等操作。
立体定向技术结合了电磁定位、光学测距和显微镜图像分析等方法，不仅提高了手术精度，还减少了患者的创伤。
四、生物标记技术生物标记技术通过使用特定的荧光标记剂或放射性同位素来帮助医生精确定位病灶位置。
例如，荧光染料可以注射到血管内，以提高在神经外科手术中对血管分布的认识；放射性同位素可用于标记肿瘤细胞或其他特定组织，以帮助医生在手术中更好地辨别健康组织和肿瘤组织。
智能导航系统在手术中的应用AI助力精准定位
智能导航系统在手术中的应用AI助力精准定位智能导航系统在手术中的应用：AI助力精准定位导言：随着人工智能技术的不断发展，智能导航系统在医疗领域的应用越来越广泛。
特别是在手术过程中，智能导航系统带来了许多便利和效益。
本文将探讨智能导航系统在手术中的应用，以及AI技术如何助力精准定位。
1. 智能导航系统的基本原理智能导航系统是基于人工智能技术开发的一种创新医疗设备，它利用高精度的传感器和智能算法，能够实时获取患者的解剖结构信息，并将其与医生的手术操作相结合，实现精准定位和导航。
2. 智能导航系统在手术中的应用2.1 神经外科手术中的应用神经外科手术是一种高风险且具有复杂性的手术，需要医生对患者的神经解剖结构有着精准的了解。
智能导航系统通过实时扫描患者的大脑结构，能够提供精确的数据，帮助医生在手术中定位和导航，最大限度地减少手术风险。
2.2 骨科手术中的应用骨科手术需要医生准确地找到患者的骨骼结构，然后进行手术操作。
传统手术方式下，医生需要依靠自己的经验和观察来进行定位，容易受到人为因素的影响。
而智能导航系统可以根据预先扫描的患者骨骼结构图像，为医生提供准确的位置信息，使手术操作更加精准。
2.3 心脏手术中的应用心脏手术是一种高风险的手术，对医生的要求非常高。
智能导航系统可以通过监测患者的心脏结构和功能，为医生提供实时的数据反馈和引导，帮助医生准确定位手术部位，并提供最佳的手术路径，大大提高手术的安全性和成功率。
3. AI技术助力智能导航系统人工智能技术是智能导航系统的核心驱动力。
通过深度学习算法和大数据分析，AI技术可以比医生更快速、精准地识别和定位患者解剖结构，从而为手术过程提供更为高效和准确的导航。
此外，AI技术还可以根据手术历史数据和文献资料，为医生提供最新的临床指导和决策支持，进一步提高手术的精确性和安全性。
4. 智能导航系统的优势和挑战4.1 优势智能导航系统能够提供实时的准确导航和定位信息，帮助医生更加精确地进行手术操作，减少手术风险，提高手术成功率。
3D手术方案
3D手术方案介绍在过去的二十年里，3D技术在医疗领域取得了显著的进展。
尤其是3D手术方案的出现，为医生在手术中提供了精确的图像引导和操作指南。
本文将介绍3D手术方案的概念、应用和优势，并对其未来发展趋势进行探讨。
什么是3D手术方案？3D手术方案是利用先进的3D成像技术对手术过程进行实时监测和导航的系统。
它结合了医学影像学、计算机技术和手术导航技术，为医生在手术中提供更精确的定位和操作指导。
通常，该方案包括以下几个关键组成部分：1.三维成像系统：用于生成高质量的三维图像，如CT扫描、MRI扫描或超声成像等。
2.手术导航系统：通过将三维图像与实时手术场景对齐，提供准确的手术位置和定位信息。
3.手术操作工具：根据手术导航系统提供的指导信息进行手术操作。
应用领域3D手术方案在医疗领域的应用非常广泛，包括但不限于以下几个方面：神经外科神经外科手术需要极高的精确性和稳定性。
通过使用3D手术方案，医生可以在手术前准确地规划手术路径及关键结构，以及在手术过程中实时引导手术操作，大大提高手术的安全性和准确性。
心脏外科心脏外科手术需要对心脏的解剖结构和功能进行准确的评估和操作。
借助3D手术方案，医生可以获取精确的心脏图像，并在手术中实时导航和引导手术操作，以最小化手术风险并提高手术效果。
骨科骨科手术通常需要对骨骼结构进行精确复原或修复。
使用3D手术方案，医生可以事先进行手术仿真，并在手术中实时引导手术操作，以达到更好的手术效果。
优势和挑战优势1.提高手术精确性：3D手术方案可以提供精确的图像导航和操作指导，帮助医生更准确地定位和操作。
2.减少手术风险：借助3D手术方案，医生可以提前规划手术路径，避开重要结构，减少手术风险。
3.提高手术效率：通过提供实时导航和操作指导，3D手术方案可以帮助医生更快地完成手术并减少手术时间。
4.促进医学教育和培训：学生和医生可以通过使用3D手术方案进行手术仿真和培训，提高其手术技能和知识水平。
外科手术导航系统.
5.2 立体定向神经外科手术
• 传统脑神经外科手术
– 需要打开病人颅骨 –对位于大脑深部的病变无法处理 – 病人康复时间长 – 被感染的机会增加
• 立体定向脑神经外科手术
– – – – 无需开颅，只要在颅骨上钻一个小孔 定位系统引导下将外科器件引入脑内进行手术 病人痛苦减少 安全，康复时间短
5.2 立体定向神经外科手术（续）
• 定向手术成功的条件
– 准确识别组织和病灶
– 确定正确的穿刺路径 和穿刺点
– 在患者头部精确定位
• 传统框架立体定向脑 神经外科手术
– 在扫描图像中规划 – 通过框架定位
5.2 计算机辅助立体定向手术系统
• 计算机辅助手术系统的特色
– 采用标记点定位,抛弃了框架
– 三维脑部模型显示和手术规划
– 机械臂导航和手术支持
– 基于虚拟现实的手术培训和教学
计算机辅助立体定向手术系统
• 计算机辅助立体定向神经外科手术系统集中了 多种计算机图形图像技术。 • 包含有二维医学图象处理、三维体模型和表面 模型的重构、显示以及漫游等功能。 • 在计算机中三维模型的引导下利用机械臂进行 手术路径的导航和手术操作的支持。 • 通过虚拟现实设备，系统同时提供一个虚拟手 术环境，对医生起到培训和教学的作用。
机械臂在模型中的映射(图中黄线为机械 臂前臂的中轴,紫线为规划穿刺路径)
利用机械臂上安装的手术器械排出患者脑 中的囊液
基于虚拟显示的手术培训
• 建立虚拟手术环境的必要性
–在立体定向手术中，医生不能直接观察到患者的脑 部组织，因此医生必须熟练掌握该系统
• 建立虚拟手术环境的基本条件
基于视觉导航的机器人辅助神经外科手术系统的设计与精度分析
［ 要］ 本 文中利用 Ｍ ｃ ｏ Ｔ ａ ｋ ｒ双 目视觉导航仪 ，开发 出一种新型 的视觉 导航系统 。将此 系统应用 摘 ｉｒ ｎ ｒ ｃ ｅ
在被动机器人辅助神经外科手术系统 中， 实现 了对手术针位置和患者头部位置 的实时跟踪 。 使得手术操作更 加方便 ， 这将大幅度提高手术效率 ， 为整个手术系统 的推广普及提供 了可能性 。 也 此外设计 了一种新的手术 注册方式 ，并用 实验 得到 了验证 ，精度 可靠 安全 。
［ 关键词］ 双 目视觉 ， 视 觉导航系统 ， 机器人辅 助神 经外科手术
［ｂ ｔａ ｔ Ｉ ｈ Ｓ ｐ ｐ ｒ ａ ｎ ｗ ｔ ｐ ｆ ｖ ｓ ａ ａ ｉ ａ ｉ ｎ ｙ ｔ ｍ ｗ ｓ ｅ ｅ ｏ ｅ ｉ ｈ ｔ ｅ Ａ ｓ ｒ ｃ ￣ ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ， ｅ ｙ ｅ ｏ ｉ ｕ ｌ ｎ ｖ ｇ ｔ ｏ ｓ ｓ ｅ ａ ｄ ｖ ｌ ｐ ｄ ｗ ｔ ｈ
● ．酋富
机器人辅助神经外科手术 系统 是医疗外科机器 人领域 的一个重 要的研 究方 向。 无框架 图像引导 在 立体 定 向神经 外科手术 中， 对病 人头部 所贴 的标志 点 （ａ ｋ点） Ｍｒ 的标定起 着 至关重 要 的作用 。所 谓标 定， 是通过对Ｍ ｒ 点数据 的测量， 就 ａｋ 建立病人脑部多 层 医学图像形成 的图像空间与病人 的头部真 实空间 ＱＵ Ａ 墅 曼 曼 璺 ＝ 曼！！ ！ 垒
技术 应 用
基于视觉导航 的ｉ 器人辅助神经外 科手 系统 的 ｌ ｉ 几 设计与精度分新
口 黄荣瑛 邓智鹏 刘 达 王 田苗
北 京 航 空 航 天 大 学 机 器 人 研 究 所
Ａ Ａ — Ｈ ， Ｒ Ｓ Ｂ ３ Ｂ ６ ０（ 动力） 都 已经在海 Ｒ ＳＢ ２Ｃ Ａ－ Ｈ ，Ｈ ０ 有 ） 军总 医院获 得临床应 用 的成 功 。 面两种 都是利用 前 接触 式的标 定方法来测量 Ｍ ｒ 点数据 。而 Ｂ ６ ０ ａｋ Ｈ ０ 则
生物医学图像配准算法在手术导航中的应用
生物医学图像配准算法在手术导航中的应用随着科学技术的不断发展，手术导航系统在医学领域中得到了广泛的应用。
生物医学图像配准算法作为手术导航系统的关键技术之一，具有重要的意义。
本文将重点介绍生物医学图像配准算法在手术导航中的应用。
首先，我们来了解一下生物医学图像配准算法的基本概念。
生物医学图像配准是指将多幅或多个时间点的生物医学图像进行准确的对齐，使得它们在同一坐标系下互相匹配。
这个过程旨在解决图像间的位置偏差、旋转、缩放和形变等问题，以便医生能够更准确地分析和诊断。
在手术导航中，生物医学图像配准算法发挥着重要的作用。
首先，配准算法可以帮助医生将不同时间点拍摄到的图像进行对齐，从而观察病变的发展情况。
例如，对于肿瘤病人而言，医生可以将不同时间点的CT扫描结果配准起来，观察肿瘤的生长情况，并根据这些信息制定更有效的治疗方案。
其次，生物医学图像配准算法可以帮助医生将不同模态的图像进行对齐。
在医学影像领域中，常见的模态包括X射线摄影、超声、MRI和CT等。
每种模态都有其独特的优势和局限性。
通过将不同模态图像进行配准，可以综合各种模态图像的信息，提高图像分析的准确性。
这对于一些复杂的手术导航任务是非常重要的，例如神经外科手术中的肿瘤切除。
此外，生物医学图像配准算法还可以结合现实场景图像进行手术导航。
在手术过程中，医生需要将实际手术区域与预先获取的图像进行对齐，以便准确定位手术器械的位置。
通过配准算法，医生可以在真实的手术场景中实时加载预先处理的图像，从而准确地指导手术操作。
这不仅可以提高手术的精确性，还可以减少手术风险和时间消耗。
现代医学技术的发展使得生物医学图像配准算法在手术导航中发挥着越来越重要的作用。
然而，还存在一些挑战和问题需要克服。
首先，不同图像之间存在多样性和复杂性，如光照条件、形变等。
这些因素会对配准算法的准确性和稳定性产生影响。
其次，实时性也是一个关键问题。
手术导航要求算法能够快速处理大量的图像数据，并在短时间内给出准确的结果。
外科手术中的术中影像监测与导航技术
外科手术中的术中影像监测与导航技术手术是一种精细而复杂的医疗过程，外科医生需要在手术中准确地掌握病情，并进行精准的操作。
为了提高手术的成功率和安全性，术中影像监测与导航技术应运而生。
本文将探讨外科手术中术中影像监测与导航技术的应用及其优势。
一、术中影像监测技术1. 影像设备术中影像监测技术主要依赖于先进的医学影像设备，如CT扫描、MRI、超声等。
这些设备能够提供高分辨率的图像，帮助医生准确了解病变的位置、形态及周围组织的结构。
2. 术中导航系统术中导航系统将医学影像与手术区域的实时图像相结合，通过计算机算法实现影像导航。
医生可以准确地定位手术器械，规划手术路径并精确操作。
3. 术中三维重建技术术中三维重建技术可以将患者的医学影像数据进行三维模型的重建。
这样，医生可以在手术中通过操作三维模型来指引手术步骤，提高手术的准确性和安全性。
二、术中影像监测技术的应用1. 肝胆外科手术在肝胆外科手术中，术中影像监测技术可以帮助医生准确定位肝脏病变，规划手术切除范围，同时避免损伤重要血管和胆管。
医生可以通过术中导航系统实现实时的手术器械定位，准确切除病变组织。
2. 神经外科手术术中影像监测技术在神经外科手术中发挥着重要的作用。
医生可以利用术中导航系统精确定位脑肿瘤、脑出血等病变，规划手术切除范围，并实时监测手术过程中周围神经结构的情况，避免损伤到正常组织。
3. 心脏外科手术心脏外科手术对手术精度和安全性要求极高，术中影像监测技术成为必不可少的辅助工具。
医生可以通过术中三维重建技术获取患者心脏的精确结构模型，根据模型进行手术规划，并通过术中导航系统来指引手术操作，提高手术的成功率。
三、术中影像监测技术的优势1. 提高手术的准确性术中影像监测技术能够帮助医生准确定位病变、周围组织结构以及重要解剖结构，使手术操作更加准确，减少手术风险。
2. 提高手术的安全性术中影像监测技术可以实时监测手术器械的位置和移动情况，避免损伤到正常组织。
浅谈基于影像计算机辅助外科PPT课件
2.2 肝脏图像的三维重建
为了后续虚拟切割手术研究，使用 MIMICS三维重建软件，利用肝脏 实质及肝内管道灰度的不同，将肝 脏实质及肝内管道分别提取出来， 进行三维重建肝脏及内部管道，并 将重建的模型输出为标准模板库格 式。重建的三维肝脏及其内部管道 结构表面，带有较多的毛边，肝脏 表面有阶梯感，管道结构连续性好， 但表面尚不光滑，甚至肝动脉带有 许多三角形碎片。进行平滑和去除 9
在传统手术中，医生是在自己的大脑中进行术前的手术
模拟，以确定手术方案，这是高效、准确、顺利地进行 手术所必须的准备工作，然后根据其在医生大脑中形成 的三维印象进行手术。但这种手术方案质量的高低往往 依赖于医生个人的外科临床经验与技能，且整个手术班 子的每位成员很难共享某一定制的手术方案人员在其大 脑中形成的整个手术方案的构思信息。用计算机代替医 生进行手术方案的三维构思比较客观、定量，且其信息 可提供整个手术班子的每位成员共享。如果所设想的空 间能与现实空间及位置能够正确地对应，在手术中就可
(3) 完成一次虚拟手术后外科医生还可以按一下复位按钮进行重复手术。 如果虚拟病人还可以让他马上起死回生，以便外科医生从头开始，重复练习， 积累经验，从而增加实际手术的成功率
(4) 将该病人的真实形象送入仿真系统，外科医生就可以对实际外科手术 作出相应的规划。利用虚拟现实技术进行虚拟外科手术还可以为那些刚走上工5 作岗位的医生提供更多的机会去演练以前从未做过的手术。
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陈瑛， 计算机辅助手术系统中医学知 识的重用，2006，5
3
朱新勇，方驰华，基于CT扫描数据的 图像分割和三维重建，2008，3
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外科手术导航系统主要用途及功能要求
外科手术导航系统主要用途及功能要求能够满足头颈外科、神经外科、骨科手术导航，可与术中C型臂以及术中超声设备进行整合。
数量：1套1 机型设计1.1 导航系统为最新分体式设计（红外镜头和主机显示系统可分开放置于手术室）2 导航工作站2.1 操作系统为Windows或LINUX2.2 可与数字化手术室系统匹配，共享同一界面，同步显示软件运行,可实现数字化手术室系统与导航双向控制。
2.3 导航工作站配置2.3.1 Intel Xeon 中央处理器2.5 GHz2.3.2 内存≥6GB2.3.3 硬盘≥320 GB2.3.4 ≥4个USB接口，以及CD-RW 和DVD+-RW 传输患者数据2.4 导航系统外部整合2.4.1 具有DICOM3.0接口，符合DICOM3.0协议，与医院PACS/RIS等网络兼容2.4.2 连接面板提供支持最新技术的数字和模拟视频输入端口（支持全高清分辨率），可通过即插即用方式轻松连接手术显微镜、透视镜、内窥镜和超声设备等：2xHDMI，2x 复合(CVBS, SDI)，1x S-端子2.4.3 连接面板还包括1 个DisplayPort 1.2 输出，60 赫兹条件下分辨率≥3,600 x 1,080 像素，用于连接独立显示器（全高清3D，4K）；以及1 个DVI-I 输出，用于模拟/数字视频输出2.5 主机工作站显示器（包括下述3.2.5.1/3.2.5.2）2.5.1 2个专业彩色液晶，触摸控制，≥26英寸2.5.2 像素分辨率≥1900x12003 导航定位系统：3.1 导航系统跟踪系统:3.1.1 为红外线光学跟踪定位方式3.1.2 导航定位仪：具备主动发射和被动接受功能3.1.3 红外追踪定位装置在术中可随时进行X\Y\Z三向移动和原位转动，可随时自由移动至适宜位置，不影响手术安全和系统坐标的精度3.2 导航系统跟踪定位方式（包括下述3.3.2.1/3.3.2.2）3.2.1 无线红外被动式3.2.2 被跟踪器械与追踪器间无需电线及电池，即可实现手术器械导航3.3 定位参考系统:3.3.1 术中手术床或病人位置的变化不影响注册精度和手术导航进程3.4 红外相机的导航精确度≤±0.1mm3.5 主刀医生术中操作导航为全触摸屏式操作控制导航3.6 无需键盘、鼠标及脚踏开关3.7 隔离变压器500VA，一体化设计220V不间断电源UPS4 注册技术4.1 注册方式：免标记贴的激光注册方式及自动识别标记贴注册方式，标记贴注册方式无需事先标定标记贴编号顺序而系统可自动识别。
骨科手术中的导航系统设计与实现
骨科手术中的导航系统设计与实现近年来，随着医疗技术的不断提高，骨科手术中的导航系统也越来越成为一种常见的手术方式。
导航系统能够帮助医生更加准确地定位手术部位，提高手术成功率，减少手术风险。
本文将介绍骨科手术中的导航系统设计与实现。
一、导航系统的设计原理导航系统是一种基于图像处理和计算机技术的手术导航系统。
其设计原理是将患者的影像资料通过计算机处理后，生成一个三维坐标，使医生能够通过监视器精确定位手术部位。
导航系统可以准确显示患者骨骼、软组织及手术器械在三维空间的相对位置，从而帮助医生更加精确地操作。
导航系统的核心技术包括地标识别、三维模型重建、三维坐标计算、图像配准等。
地标识别是指通过一些固定的点来建立一个坐标系以及相应的定位系统。
三维模型重建是指利用影像学技术将患者的骨骼和软组织转化为三维模型。
三维坐标计算是指通过计算机处理得到三维坐标，使医生得以在三维空间中准确定位。
图像配准是指对患者的影像资料进行处理，使其与实际手术中所见的情况相符合。
二、导航系统的优点导航系统有许多优点。
首先，对于复杂的手术操作，导航系统可以帮助医生更加精确地定位手术部位，提高手术成功率。
其次，导航系统减少了手术风险，避免了手术偏差和不必要的损伤。
最后，导航系统可以帮助医生更好地了解患者的病情，更好地制定治疗方案，提高了手术的效果和质量。
三、导航系统的应用范围导航系统广泛应用于骨科手术领域，包括关节置换术、关节镜手术、骨切开术、脊柱手术等。
导航系统在关节置换术中的应用，可以准确地测量骨质缺损的大小和位置，选择合适的假体以及合理地安置假体。
在关节镜手术中的应用，可以准确地定位手术器械的位置，避免损伤周围组织。
在骨切开术中的应用，导航系统可以辅助手术医生更加精确地进行切口，从而减少手术时间和切口长度。
在脊柱手术中的应用，导航系统可以帮助医生更好地了解患者的脊柱结构和病变情况，制定更加有效的手术方案。
四、导航系统的发展趋势随着医疗技术的不断发展，导航系统也在不断完善和改进。
神经外科手术导航系统简介ppt课件
6000多套
90年代初瑞典 的Elekta公司 推出了商业化 的手术导航系
统
导航国内发展历程
安科公司 97年 手术导航系统ASA-610V 03年 骨科手术导航系统ASA-630V 累计安装30台、3万多例手术
北京的航空航天大学、上海交通大学 学术研究、初级产品 、试验阶段
为确保导航精度，该 系统采用国际最先进的光学 跟踪定位系统(原装进口加拿 大NDI），所以其精确度符 合国际标准 。
安科导航的主要特点二
——安科导航的图像清晰度
可以看到听神经
安科导航的主要特点二
——安科导航的图像清晰度
三 脑 室 肿 瘤
安科导航的主要特点二
——安科导航的图像清晰度
脑 囊 虫
安科导航的主要特点三
是依靠医学影像、计算 机技术、空间定位技术 来协助手术医生进行精 确手术定位系统。类似
于GPS系统。
手术导航系统的位置传 感器（大眼睛）相当于 空间定位卫星部分，引 导棒和头架跟踪器相当
于地面接收部分。
手术导航基本原理
传统的手术定位
临床体征 定位
X-RAY定 位
CT、 MRI定位
有框架立 体定向
——安科导航应用方便
独有的中文界面给 临床医生应用带来 的方便是不可限量
的
精小的头颅跟踪器安 装方便，省时，不影 响常规铺单，并与多 种手术器械注册器合 为一体更是独具匠心
安科导航的主要特点四
——安科导航的高性价比
1、满足神经外 科、耳鼻喉科需
求
2、具有图像融 合、白质纤维束 导航、显微镜导 航等高端功能
手术导航系统培训
神经外科手术导航系统
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导航的技术结构 工作原理 系统结构 功能实现 关键技术
工作原理 医生手持手术器械对患者的手术目标实施操作。 手术器械的空间立体定位及瞄准过程均在跟踪器的实时控制 之下，而且跟踪器能够精确地给出术中解剖部位。 通过术前与术中医学图像配准以及术中医学图像与患者、手 术器械之间的配准关系，经过相应的坐标转换，控制手术 器械达到要求现状
存在的问题
高昂的费用，手术室空间的需求(C臂设备) 医学图像的三维分割的自动化程度和精确度不高 配准过程没考虑形变组织 图像的融合很少考虑到非刚体变换 三维重建精确度不高 图像显示效果离真实环境有差距 空间位置的配准技术不够成熟 实时导航技术不够完善
导航应用的领域 神经外科 骨科 脊椎手术 腹腔镜手术 整形外科 耳鼻咽喉科 放射治疗
Jan-06
现状－国际方面 美国：蛇牌术中主动红外导航系统在髋、膝关节的应用 德国：博医来（BrainLab)开源软件光学导航系统。 瑞士：基于荧光透镜的导航Medvision系统。 法国： BoneMorphing®骨重建技术，超小移动工作站 日本：IOT系统应用于神经外科。
超小移动工作站
现状－国内方面
术前模拟 目的 1)制定最佳手术计划 2)手术预演 实现过程 1)获取多模图像信息（CT，MRI） 2) 建立数学模型 3) 三维图像显示 三维重建技术 4) 制定手术方案 5)进行手术模拟
术前模拟(髋臼杯的安放位置), 左上,左下,右下图是模型 三个剖面图,右上为髋臼窝底部触点雷达图(红色)
颅内穿刺术前模拟
关键技术
医学图像处理 空间定位技术 系统配准技术 实时导航技术
医学图像处理 图像分割 图像配准 图像融合 图像三维重建 图像显示
图像分割 图像分割
图像分割就是把图像中具有特殊涵义的不同区域分开来，比如对图 像中的病灶和关键组织进行分割。
常用的分割方法
1)阈值分割法 2)边缘检测法 3)区域跟踪法 4)纹理分析法
系统半自动提取的颅骨轮 廓(图中红线所示)
实际手术中由医生勾勒的 病灶轮廓(图中红线所示)
图像配准 图像配准
指对于一幅医学图像寻求一种或一系列空间变换，使它与另一幅医学 图像上的对应点达到空间上的一致。这种一致是指人体上的同一解剖 点在两幅匹配图像上有相同的空间位置。
配准方法
1)基于图像外部特征的配准方法 2) 基于图像内部特征的配准方法
May-02
May-03
May-04
May-05
Mar-02
Mar-03
Mar-04
Nov-02
Nov-03
Nov-04
Mar-05
Sep-02
Sep-03
Sep-04
Sep-05
Nov-05
Jul-02
Jul-03
Jul-04
Jan-02
Jan-03
Jan-04
Jan-05
Jul-05
法国PRAXIM导航系统的手术数量
描绘骨表面点云
与 术 前 影 像 配 比
完成表面注册
图像融合 图像融合
指将不同图像之间经过空间配准和叠加后，再做必要的交换和处理， 使其在空间位置和空间坐标上达到匹配，产生一种新的图像来显示原 图像所包含的信息。
图1 基于图像的外科手术导航系统
使用导航系统的意义
外科手术创伤减少 手术时间缩短 手术质量提高
10,000
自2002年起,到2006年,接近一万例的手术经验
Number of surgeries using Surgetics Stations
10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0
清华大学 基于虚拟现实的计算机辅助定向神经外科手术计划系统。 北京航空航天大学和海军总医院 机器人辅助损伤神经外科手术系统。 北京理工大学和哈尔滨工业大学 开展了医疗机器人的研究。 北京中西集团 BJ38-ASA-620立体定向手术计划系统 安科公司 ASA-610手术导航系统。
安科骨科手术导航系统
基于图像的外科手术导航系统
导航的背景和意义 国内外发展现状 常用的导航系统 导航的发展与展望
导航系统的背景
常规外科手术难以满足现代精细手术的需求 现代医学影像技术的发展 医用机器人技术的发展 计算机辅助外科手术技术的迅速发展
计算机辅助外科 CAS(Computer Assisted Surgery) 计算机辅助外科是研究和开发 一种人机协作系统，通过合理 、定量的利用CT/MRI/PET多 模数据和导航系统，进行外科 手术计划、干预和评价。 基于图像的外科手术导航系统 IGS(Image Guided Surgery) 基于图像的导航主要利用各种 医学图像信息为手术器械导航 ，目的是最大可能地为外科医 生提供手术部位附近的信息， 在二维的医学图像与实际部位 之间架一座桥梁。
名称：ASA-630V骨科 手术导航系统 型号：ASA-630V骨科 手术导航系统
校准靶可配接多个厂家的C形臂X光机 NDI POLARIS高精度光学定位系统定位精度高 系列化可跟踪手术器械 系统可自动校正图像形变 快速进行系统的自动注册 简单快速的工作流程，对手术进程干扰小 直观的系统摆位功能 丰富的软件测量工具满足医生的各种需求 完善的计划功能方便各种手术方案的模拟 图像捕获及中文报告便于会诊、论文发表和资料存档 精巧的机箱设计减少手术室占地面积
病人脑部病灶的三维表面模型（图中线条表示三方向观测的 穿刺路径）
术中导航 目的
1）辅助执行手术方案 2）进行手术干预
实现过程
1）获取术中数据 (图像数据、定位坐标、组织器官的位置) 2）术前与术中医学图像之间配准 3) 配准手术器械与患者的空间位置 4) 术中医学图像与手术器械之间的配准 5) 跟踪器实时跟踪手术器械 6) 医生开始手术
图2 导航系统原理图
系统结构
外科医生
显示建模 三维 显示 操纵
综合图像 医 学 图 像 手 术 器 械
融合 配准
定位系统
监视
跟踪
采集
患者 图3 导航系统结构图
导航设备的组成
手术室C型臂机 进行三维扫描, 获得病人病区资料 术中导航光学追踪 手术中对标志点追踪,确定 术中的即时位置,包括: 骨的位置,工具位置.