基于超声图像自动配准的骨盆创伤术中实时三维导航技术研究

骨盆与髋臼骨折多继发于严重创伤，由于手术难度高、风险大，被视为骨科创伤领域的"专家级"手术。计算机辅助外科技术已应用于多种骨科手术，然而，复杂骨盆创伤存在多个游离骨块，且解剖位置深在，难以设置常规的导航定位和跟踪标志，现有的空间配准方法存在较大局限，是骨科导航技术研究的重点、难点所在。开发适用于骨盆创伤的手术规划和实时三维导航技术，对复杂骨盆与髋臼骨折进行精确的复位和固定，将明显改善预后，有效降低手术并发症。本项目拟借助术前多模医学图像建立骨盆创伤三维模型，进行虚拟手术规划；通过耦合红外线导航定位参考架的超声探头获取骨盆术中空间坐标；结合应用点、面配准算法，将术中超声图像与虚拟手术规划图像进行配准；通过同步动力化技术，跟踪骨折复位情况，确认手术效果。本项目旨在实现骨盆手术的微创、实时、非X线暴露的三维导航目的，项目的顺利实施将对导航系统定位跟踪、图形图像配准、虚拟手术规划等技术提供参考。

骨盆、髋臼骨折手术难度大、风险高，被视为骨科创伤领域的“专家级”手术。由于复杂骨盆骨折存在多个游离骨块，且解剖位置深在，难以设置常规的导航定位和跟踪标志，现有的空间配准方法存在较大局限，是计算机辅助导航技术在骨科应用的研究重点、难点所在。课题组对适用于骨盆骨折的虚拟手术规划和实时三维导航技术进行了研究。完成了骨盆骨折虚拟手术规划系统的开发，初步应用于临床结果显示该系统具有较好的可行性，可明显提高术前手术规划质量，降低手术时间，确保手术成功进行；对Ａ型超声测量软组织厚度进行了研究，结果显示A型超声对厚度范围在2-5cm左右的软组织测距精确性较好，然而操作过程繁琐且不稳定，配准效率过低；并完成了B型超声图像骨界面的自动提取，实现了红外线导航定位参考架与超声探头耦合及注册；完成了基于ICP的点、面配准算法的开发，实现术中超声图像与虚拟手术规划图像的配准；实现了基于定位参考架的骨盆及手术器械的实时跟踪。本项目实现了骨盆手术的微创、实时、非X 线暴露的三维导航目的，将对导航系统定位跟踪、图形图像配准、虚拟手术规划等技术提供参考。该技术的临床应用将明显提高骨盆骨折手术的精确性和成功率，有效降低手术并发症，并显著改善预后。