计算机三维重建可视化引导下准确置入下颈椎椎弓根钉的研究

论文摘要

目的:下颈椎椎弓根钉内固定力学优势明显,但操作不当易损伤脊髓和血管,导致严重后果。本文针对这一临床难点,研究建立螺旋CT三维（3D）重建技术辅助下颈椎经椎弓根固定的流程方法,用于术前测量置钉的相关参考指标,依据术前计划更准确地指导置入下颈椎椎弓根钉;通过临床应用该方法,发现其存在的局限性,结合如何克服术中二维（2D）透视监视影像无法立体三维观察的缺点,研究利用当前普及的X线透视和CT设备,建立术中二维X线图像校正术前CT三维模型,重建符合术中现实三维图像的虚拟手术系统,实现术中三维影像引导手术。材料和方法:1.对8具尸体颈椎标本进行螺旋CT扫描,结合下颈椎椎弓根螺钉置入的要求,采用螺旋CT三维重建技术中的容积重建VR和多平面重建MPR技术建立测量流程,对置入椎弓根钉的相关参考指标进行个体化测量,指导标本置钉;2.对8具标本的测量指标进行统计处理,得到下颈椎的解剖形态学参考数据;3.基于螺旋CT后处理技术开展临床患者的术前设计、个体化测量及术后评价,对9例下颈椎多节段椎管狭窄合并创伤性颈椎不稳患者进行椎弓根钉固定及椎管成形术,置入颈椎椎弓根钉44枚,椎管成形42个节段;4.根据螺旋CT三维重建技术辅助标本实验及临床应用的结果,分析螺旋CT三维重建后处理技术平台的局限性,提出该方法在数据准确转化上的困难,以及术中二维透视监视精确性方面的不足;5.结合现有的二维X线透视和螺旋CT设备的技术特点,调研了2D校正3D图像的方法并分析其可行性,阐述研发以术中X线二维图像校正术前CT三维模型,重构符合术中现实的三维模型为核心的脊柱虚拟手术系统引导手术的临床思路,并提出可行的具体方案和技术路线。结果:1.螺旋CT三维重建（MSCT 3D）技术中的VR、MPR技术,可以满足下颈椎经椎弓根固定手术的术前计划需要,MPR轴位、矢状位、冠状位重建,可满足置钉入点、角度的个体化测量需求;2.应用螺旋CT三维重建技术指导临床下颈椎椎弓根钉手术,术后椎弓根的1级穿破为72.7%（32/44）,2级穿破为27.3%（12/44）,无3级穿破及需要重置螺钉的情况,未发生与器械置入相关的医源性损伤;3.基于螺旋CT后处理技术平台开展术前计划指导手术,在术中如何将测量参数准确转化及如何保证术中实时的准确监测方面存在不足;4.建立基于微机Windows XP2操作系统平台,以Visual studio6.0为开发环境,用面向对象的C++语言结合VTK/ITK和OpenGL软件开发包编制程序,以术中X线二维图像校正术前CT三维模型,重构符合术中现实的三维模型为核心的可视化手术引导体系,将可以更精确地完成术前计划、术中引导手术。结论:1.在现有的螺旋CT三维重建技术指导下颈椎椎弓根钉置入,可以在术前得到解剖结构细节展示、合理的术前设计以及个体化的测量数据,根据测量结果指导操作,手术就不再仅仅是依赖手感和经验,成功置入螺钉将有更大的可能性,同时可节约手术时间,当下颈椎椎弓根有解剖变异、闭塞或较小时该方法的优势对手术更具指导意义。2.螺旋CT三维重建后处理技术主要用于疾病诊断,用于手术计划存在交互性、针对性不足等局限,测量数据的术中转换缺乏量化标准,操作仍需要术中透视监测以修正操作误差,但因颈椎的影像重叠,二维图像缺乏立体视觉,故观察椎弓根钉的位置仍存在准确性不足。3.结合现在较为普及的X线透视设备和螺旋CT设备的技术优势,利用计算机三维重建可视化技术,建立以术中X线二维图像校正术前CT三维模型,重构符合术中现实的三维模型的脊柱虚拟手术系统,用于脊柱手术计划、操作演练、教学,并完成术中的实时引导,扩展其功能将可用于网络,具备较强的实用性及普及性。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 绪论
• 1 颈椎疾患的发病情况
• 2 颈椎疾患的治疗现状
• 3 外科治疗的发展趋势
• 4 研究背景及意义
• 第一部分 螺旋CT三维重建技术辅助置入下颈椎椎弓根钉的实验及应用
• 第1章 螺旋CT三维重建技术术前计划方法的建立
• 1.1 主要研究内容及意义
• 1.2 螺旋CT三维重建技术
• 1.3 扫描条件及测量参考指标的确立
• 1.4 术前计划方法的建立
• 第2章 螺旋CT测量数据指导下尸体标本实验
• 2.1 前言
• 2.2 材料和方法
• 2.3 结果和分析
• 2.4 讨论
• 2.5 结论
• 第3章 MSCT三维重建辅助手术技术的临床应用
• 3.1 前言
• 3.2 材料和方法
• 3.3 结果和分析
• 3.4 讨论
• 3.5 结论
• 参考文献
• 第二部分:术中X线图像校正术前CT模型脊柱虚拟手术引导系统的研究
• 第1章 主要研究内容与基本技术分析
• 1.1 主要研究内容
• 1.2 基本技术分析
• 1.3 ITK与VTK软件包
• 第2章 脊柱虚拟手术引导系统的设计
• 2.1 系统设计思路及总体框架图
• 2.2 核心模块组成
• 2.3 采用的关键技术
• 第3章 脊柱虚拟手术引导系统实现的功能
• 参考文献
• 全文总结
• 综述一.下颈椎经椎弓根固定的临床应用现状
• 综述二.计算机辅助导航在脊柱外科的临床应用进展
• 综述三.骨科虚拟手术系统的应用现状
• 作者三年求学期间基本情况
• 致谢