计算机辅助神经导航系统的开发与改进

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1、上海交通大学工程硕士学位论文摘要计算机辅助神经导航系统的开发与改进摘要外科手术导航技术充分利用了多种医学成像信息，不仅可帮助外科医生进行术前计划，使创口最小化，同时提高手术质量，给外科手术带来了极大的便利。计算机辅助手术导航是将计算机绘制的虚拟模型融合到使用者所看到的真实世界景象中。使用者可从计算机描绘的虚拟模型中获得额外的信息，从而对真实环境进行增强。在医学领域，虚拟模型是通过成像设备对人体部位扫描得到体数据，对其进行三维重建得到的。本文的工作是希望将计算机技术应用到外科手术导航中来，从而提供给外科医生更直观的信息。医生在计算机屏幕上既可看到病

2、人真实的环境和姿态，又可从虚拟模型中得到其视觉系统无法获得的信息。本文描述了计算机辅助神经外科导航系统的开发与改进。在讨论此系统的开发前论述了关于医学数据可视化的知识，并介绍了相应的面绘制和体绘制的常用算法，这些内容都是在本系统开发中所应用到的。在此之后介绍了计算机辅助神经外科手术计划和导航系统，分别论述了术前计划阶段医生确定病灶部位、制定手术方案，以及沿手术路径方向解剖结构的实时预览功能，为医生调整和确定手术计划提供参考。描述了对原系统进行的多项改进，包括肿瘤的连续分割，肿瘤体积的测量，手上海交通大学工程硕士学位论文摘要术报告的生成等。通过对人

3、脑模型的测试，本系统的平均误差达到1.2±0.5mm，基本满足临床要求。对分割肿瘤体积的测试，本系统的误差在5%以内，可以满足临床需要，有进一步改良的余地。该系统的实现为复杂神经外科手术提供了技术保障。本文的主要贡献点位如下几个方面：第一，完成了对肿瘤体积的自动计算。在传统手术条件下，医生只能凭借目测和经验对肿瘤体积进行估计，这给手术带来了额外的风险。本软件实现了对肿瘤体积的自动计算，为医生正确判断肿瘤大小，从而选择最优的手术计划提供了便利。第二，完成了Oblique板面的播放功能。在本系统中，当医生进行完手术路径的设定后，产生的Oblique板，

4、并且自动计算起点、终点间的距离，使手术路径可以流畅的播放。第三，完善了自动报警功能。在医生设定完手术路径进行手术的时候，系统根据医生的路径设定和当前的实际手术情况进行校准，如发现实时的手术路径不符合设定的情况系统便会发出警报，并实时显现手术的偏差情况，引导医生更好的进行手术调整，提高手术的成功率。关键词：手术导航、计算机辅助手术、手术计划、手术路径预览上海交通大学工程硕士学位论文ABSTRACTTheDevelopmentandimprovementofAComputerAssistedSurgicalPlanningandGuidanceABS

5、TRACTThispaperpresentsathree-dimensional（3D）pre-surgicalplanningandimage-guidedsurgicalsystemforneurosurgeryhasbeenproposed.Firstly,thesystemcanreconstructanddisplayapatientbrainstructurein3Dmodel.Thenthesystemallowssurgeonstotargettheregionofinterest(ROI),planthecorrectivesur

6、gerypath,andsimulateboththepreoperativestructureandthepredictedpostoperativestatein3D.Afterthesurgeonsfinishedthesurgicalplanning,fiducial-basedregistrationmethodisappliedtotherealpatientcoordinateandthe3Dbrainmodelcoordinate.Furthermore,thealarmfunctionduringtheoperationensur

7、esthesurgeontoaccuratelyfollowtheplannedroute,andaccuratelyimplementtheprocedure.Experimentresultsofaphantomheadrevealthattheerrorrateofthesystemislessthan1.20.5mm.Itindicatesthatproposednavigationsystemcansignificantlyimprovetheaccuracyoftheneurosurgicalprocedure.Totestifythe

8、proposedsystem,aPVAheadphantommodel(designed上海交通大学工程硕士学位论文AB