【摘要】：近年來,內(nèi)鏡下鼻竇手術(shù)(ESS)在極大程度上取代了傳統(tǒng)的開放手術(shù),成為外科治療鼻腔鼻竇疾病的主要手段。隨著鼻內(nèi)鏡技術(shù)的廣泛應(yīng)用及手術(shù)范圍、適應(yīng)征的不斷拓展,眼眶、顱底損傷等嚴(yán)重并發(fā)癥也隨之增多。在精準(zhǔn)手術(shù)理念的要求下,內(nèi)鏡手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生�，F(xiàn)有的手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)能夠根據(jù)術(shù)前影像學(xué)資料向術(shù)者準(zhǔn)確提供手術(shù)中器械與重要解剖結(jié)構(gòu)之間的相對(duì)位置信息,指導(dǎo)術(shù)者安全準(zhǔn)確的完成手術(shù)操作。目前臨床所用的各類導(dǎo)航系統(tǒng)(電磁、紅外等),在物理追蹤精度及使用便捷程度方面均已能夠滿足手術(shù)需求,但在圖像顯示方面卻都沿用著“三視圖”模式。術(shù)者需根據(jù)導(dǎo)航屏幕中器械尖端在矢狀位、冠狀位及水平位圖像上的坐標(biāo)及鼻內(nèi)鏡術(shù)野內(nèi)的真實(shí)圖像在頭腦中重建出器械與解剖結(jié)構(gòu)之間的位置關(guān)系,從而指導(dǎo)手術(shù)。正確還原解剖結(jié)構(gòu)之間的位置關(guān)系,在很大程度上依賴于術(shù)者基于解剖學(xué)基礎(chǔ)及臨床經(jīng)驗(yàn)的主觀思維和判斷。因而立體圖像的構(gòu)建往往因不同術(shù)者對(duì)影像資料判讀的準(zhǔn)確程度不同,以及對(duì)解剖結(jié)構(gòu)的熟悉理解程度不同而具有較大差異。此外,現(xiàn)有的導(dǎo)航系統(tǒng)多是利用探針來驗(yàn)證相應(yīng)的解剖標(biāo)志,這就需要經(jīng)常中斷手術(shù)而導(dǎo)致費(fèi)時(shí)較多。基于上述問題,在現(xiàn)有導(dǎo)航系統(tǒng)硬件配置的基礎(chǔ)上,我們研究了基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的立體顯示模式。將基于術(shù)前影像資料的三維虛擬圖像與畸變校正后的內(nèi)鏡真實(shí)圖像匹配、融合并渲染,使內(nèi)鏡圖像與重建出的鼻竇顱底影像實(shí)時(shí)、同步的顯示于屏幕,使術(shù)者能夠立體的觀察到術(shù)區(qū)表面、深面及周邊的解剖結(jié)構(gòu)。從而讓導(dǎo)航界面更友好,信息獲取更直觀,為精準(zhǔn)安全的內(nèi)鏡手術(shù)提供更為便捷的信息支持。第一部分三維立體顯示模式下導(dǎo)航系統(tǒng)內(nèi)鏡坐標(biāo)校準(zhǔn)方法的研究目的為呈現(xiàn)實(shí)時(shí)立體顯示的效果,首先要將現(xiàn)有導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)探針或器械尖端的定位轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)于內(nèi)窺鏡尖端的定位。本部分研究目標(biāo)即在于探討并提出在三維立體顯示模式下,導(dǎo)航系統(tǒng)中內(nèi)窺鏡坐標(biāo)的校準(zhǔn)方法,并通過模具實(shí)驗(yàn)對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。最終將上述結(jié)果與導(dǎo)航坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換矩陣相結(jié)合,形成本導(dǎo)航系統(tǒng)特有的定位方法。方法利用POLARIS Vicra:跟蹤系統(tǒng)生產(chǎn)廠商提供的校準(zhǔn)程序及我課題組自行研制的“內(nèi)鏡校準(zhǔn)器”,通過“錐擺法”獲得鼻內(nèi)鏡尖端的校準(zhǔn)參數(shù),以此對(duì)鼻內(nèi)鏡坐標(biāo)進(jìn)行重新定義。繼而以標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試探針頂端坐標(biāo)的偏移誤差為參照,對(duì)比內(nèi)窺鏡坐標(biāo)校準(zhǔn)效果,評(píng)價(jià)得到參數(shù)的可靠性。最終將校準(zhǔn)參數(shù)代入到坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣,為下一步的導(dǎo)航精度驗(yàn)證打下基礎(chǔ)。結(jié)果通過實(shí)驗(yàn)獲得了內(nèi)窺鏡坐標(biāo)校準(zhǔn)參數(shù),結(jié)合校正公式得出內(nèi)鏡坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系為：FEJR'(FRTx一51.50,FRTy+ 0.00,FRTz+230.50)；通過軟件對(duì)實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的內(nèi)窺鏡進(jìn)行校準(zhǔn)偏差的驗(yàn)證,并與標(biāo)準(zhǔn)參照物進(jìn)行比較,結(jié)果顯示二者校準(zhǔn)偏差值的均數(shù)分別為0.170±O.048mm. 0.153±0.055mm,經(jīng)過T檢驗(yàn)證實(shí)無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。將得到的校準(zhǔn)參數(shù)代入導(dǎo)航坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換矩陣,推導(dǎo)出了總的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系Fv=RWVFW+TMV。結(jié)論在鼻內(nèi)鏡手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的三維可視化改造中,我們?cè)O(shè)計(jì)“錐擺法”實(shí)現(xiàn)了鼻內(nèi)鏡原點(diǎn)坐標(biāo)的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換。驗(yàn)證結(jié)果表明,該方法具有可行性。將校準(zhǔn)參數(shù)代入導(dǎo)航坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換矩陣得到總體坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系。從而使系統(tǒng)能夠?qū)?nèi)窺鏡尖端實(shí)時(shí)定位,并以該點(diǎn)坐標(biāo)為基準(zhǔn)對(duì)虛、實(shí)圖像進(jìn)行融合。第二部分內(nèi)鏡手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)三維立體顯示的可行性研究目的對(duì)追蹤內(nèi)鏡尖端的導(dǎo)航系統(tǒng)顯示效果和精確度進(jìn)行驗(yàn)證,評(píng)估其可靠性和臨床應(yīng)用的可行性。方法通過體模實(shí)驗(yàn)及尸頭實(shí)驗(yàn)測(cè)試導(dǎo)航系統(tǒng)的三維立體顯示效果并獲得其精度；通過比較本導(dǎo)航模式與傳統(tǒng)導(dǎo)航模式輔助下模擬手術(shù)的時(shí)間、損傷等因素,以及基于主觀評(píng)價(jià)的NASA-TLX評(píng)分,評(píng)估三維立體顯示模式的作用及使用者的主觀感受。結(jié)果基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的三維立體導(dǎo)航模式實(shí)現(xiàn)了對(duì)真實(shí)內(nèi)鏡圖像與虛擬三維重建圖像的精確融合。在尸頭實(shí)驗(yàn)中,其導(dǎo)航精度為1.28+0.45mm,符合鼻內(nèi)鏡手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備的技術(shù)要求；本導(dǎo)航模式與傳統(tǒng)導(dǎo)航模式引導(dǎo)完成模擬手術(shù)的平均時(shí)問分別為88.27±20.45min.104.93±24.61min,(P0.05):術(shù)中受試者精神負(fù)荷綜合評(píng)分分別為53.15+10.90、65.98+15.43,(P0.05)。三維立體的導(dǎo)航模式在以上兩方面具有優(yōu)勢(shì),其中低年資醫(yī)師從中獲益更為明顯。結(jié)論我課題組自行設(shè)計(jì)的這種基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的鼻內(nèi)鏡手術(shù)三維立體導(dǎo)航模式較傳統(tǒng)模式更符合臨床醫(yī)生的實(shí)際需要。它能為鼻科醫(yī)生提供更直觀、更富有層次感的圖像信息,從而在復(fù)雜的鼻-顱底手術(shù)中減少術(shù)者的判斷時(shí)間,緩解精神負(fù)荷。此外,具有三維立體顯示模式的鼻內(nèi)鏡導(dǎo)航系統(tǒng)能夠幫助低年資醫(yī)生提高專業(yè)訓(xùn)練的效率。第三部分三維立體顯示的內(nèi)鏡手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)在鼻顱底手術(shù)中的初步應(yīng)用目的對(duì)本導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行初步的臨床應(yīng)用,進(jìn)一步評(píng)估三維可視化的鼻內(nèi)鏡手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的精度,探討其在鼻顱底外科手術(shù)中的應(yīng)用價(jià)值。方法將三維立體顯示模式的導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用于12例鼻腔、鼻竇、顱底、眼眶占位患者的手術(shù)治療,記錄導(dǎo)航精度及并發(fā)癥發(fā)生情況,并通過Likert問卷及NASA-TLX模擬量表反映術(shù)者主觀獲益程度。同時(shí),嘗試在一些關(guān)鍵的主客觀指標(biāo)方面與常規(guī)手術(shù)組進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果12例導(dǎo)航手術(shù)平均精度為1.35±0.53mm。在系統(tǒng)的引導(dǎo)下,導(dǎo)航組未出現(xiàn)手術(shù)并發(fā)癥。Likert問卷結(jié)果顯示：導(dǎo)航組術(shù)者中,有3人次在針對(duì)“本導(dǎo)航系統(tǒng)在性能方面是否符合臨床需求”問題上持中立態(tài)度,其余均認(rèn)可本系統(tǒng)在對(duì)操作者的主觀幫助方面起到了積極的作用。NASA-TLX模擬量表反饋結(jié)果表明：在腦力需求、體力需求、時(shí)間需求、自信心、努力程度、挫敗感等6項(xiàng)主觀指標(biāo)中,時(shí)間需求及主觀努力程度平均分值在導(dǎo)航組與常規(guī)手術(shù)組之間比較時(shí)未出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P0.05)；而其余4項(xiàng)平均分值在組間比較時(shí)均存在差異(P0.05),導(dǎo)航組術(shù)者在三維立體顯示模式引導(dǎo)下精神負(fù)荷更小。結(jié)論經(jīng)過三維可視化改進(jìn)的導(dǎo)航系統(tǒng)精度可靠,顯示直觀,能夠?qū)崟r(shí)顯示術(shù)區(qū)后方及周圍的重要結(jié)構(gòu)。更便捷的幫助術(shù)者確認(rèn)解剖結(jié)構(gòu),有利于手術(shù)的順利完成。鑒于樣本量有限,三維立體的顯示模式在鼻內(nèi)鏡導(dǎo)航手術(shù)中的應(yīng)用價(jià)值還需在更多的臨床應(yīng)用中得到證實(shí)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)人民解放軍醫(yī)學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：R765.9

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本文編號(hào)：2376057