馬 寶 秋

(石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電工程系，河北 石家莊 050081)

術(shù)中導(dǎo)航技術(shù)是利用計算機、3D算法、光學(xué)、電磁等技術(shù)手段，在醫(yī)生手術(shù)過程中，通過計算機屏幕提供直觀的、圖像融合的關(guān)鍵組織或器官位置，以及手術(shù)器械位置等信息在內(nèi)的手術(shù)場景的圖像，以輔助手術(shù)實施的一種計算機輔助方法.術(shù)中導(dǎo)航技術(shù)有很多優(yōu)點，例如：增加術(shù)中病人的安全[1]，減少并發(fā)癥，增加醫(yī)生對解剖結(jié)構(gòu)的理解[2]，提高臨床醫(yī)生手術(shù)的信心，降低手術(shù)的難度等，對促進臨床手術(shù)的發(fā)展具有重要的意義.

1 術(shù)中導(dǎo)航技術(shù)的作用

目前，微創(chuàng)手術(shù)以其特有的優(yōu)點應(yīng)用于大部分的手術(shù)中，并促進了術(shù)中導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展.對于顱部和耳鼻喉的手術(shù)，由于手術(shù)時間短，手術(shù)部位軟組織較少，很少發(fā)生器官大幅度變形，各個組織器官移位不明顯，即使有變形，變形也很小[1,3].但是對于人體腹部的手術(shù)來說，因為人體腹腔內(nèi)均為軟組織，沒有骨骼的支撐，所以任何外部的壓力均會使腹腔內(nèi)的肝臟、腎臟等軟組織發(fā)生形變，甚至血壓都會影響像肝臟這樣的軟組織外型[3]，胸、腹腔內(nèi)的一些重要器官其外表又沒有詳細的外部特征[2]，所以在胸、腹腔的微創(chuàng)手術(shù)中必須引入導(dǎo)航技術(shù)來克服變形所引起的手術(shù)誤差.

2 不同導(dǎo)航系統(tǒng)性能比較

在微創(chuàng)手術(shù)過程中，為達到與術(shù)前圖像的配準與融合，指導(dǎo)臨床醫(yī)生正確手術(shù)的目的，可以選擇使用不同的術(shù)中導(dǎo)航系統(tǒng).目前導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用過程中，精度要求至少要高于1.5 mm[4].神經(jīng)外科的導(dǎo)航精度要求達到0.35 mm[5].不同導(dǎo)航系統(tǒng)性能比較見表1.

在光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)產(chǎn)品中，文獻[6]認為A.R.T.Track1系統(tǒng)性能最好.在電磁導(dǎo)航系統(tǒng)產(chǎn)品中，文獻[6]認為小的鐵磁手術(shù)器械對電磁導(dǎo)航系統(tǒng)的干擾不大，關(guān)鍵在于選擇合適的器械；文獻[4]中使用了3種常用的手術(shù)器械：帶手柄的牙鉆、超聲探頭、Langenbeck hook(蘭根貝克鉤)，證明對Treon-EM系統(tǒng)和Aurora系統(tǒng)的影響在可接受的范圍內(nèi)；文獻[7]認為將金屬物體放于Aurora系統(tǒng)的場發(fā)生器半徑為1 m的范圍外，可使位置RMS(均方根)達到1.5 mm,方位角RMS達到0.5°，并認為該系統(tǒng)在CyberKnife設(shè)備中可以安全使用.

表1 不同導(dǎo)航系統(tǒng)性能[1-10]比較

3 電磁導(dǎo)航系統(tǒng)抗干擾措施

在實踐應(yīng)用中，由于光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)受限較多，所以目前普遍應(yīng)用電磁導(dǎo)航系統(tǒng).但是電磁導(dǎo)航系統(tǒng)在實際使用過程中會受到外界金屬和電磁環(huán)境的干擾，為減少干擾，可以采取以下措施：

(1)金屬屏蔽

將病人與電磁場發(fā)生器同時放置在一個金屬罩內(nèi)，金屬罩可以屏蔽環(huán)境金屬影響和環(huán)境電磁場干擾，但同時也會限制手術(shù)范圍.

(2)提高信噪比及工作頻率

根據(jù)電磁理論，當(dāng)電磁場發(fā)生器的功率達到環(huán)境噪聲功率的百倍以上時或發(fā)射頻率不同時，噪聲的干擾會顯著減小，所以可選擇調(diào)整電磁導(dǎo)航系統(tǒng)的信噪比及工作頻率，提高其抗干擾能力.

(3)交替使用金屬器械和電磁導(dǎo)航設(shè)備

在手術(shù)過程中，交替使用金屬器械和電磁導(dǎo)航系統(tǒng)，使電磁導(dǎo)航系統(tǒng)與可能的干擾源不同時工作，可有效避開金屬器械的干擾.但該方法理論上會存在一定的誤差，首先，因為導(dǎo)航系統(tǒng)與手術(shù)器械的工作不同步，導(dǎo)航坐標的系統(tǒng)誤差較大；其次，由于采集導(dǎo)航坐標時，金屬器械仍在有效電磁場環(huán)境內(nèi)，對電磁場環(huán)境仍會有一定影響；再次，因為交替使用設(shè)備，導(dǎo)致術(shù)中工作量加大，操作繁瑣.

(4)減少環(huán)境中干擾物體的數(shù)量

術(shù)中使用導(dǎo)航時，在電磁導(dǎo)航系統(tǒng)有效工作范圍內(nèi)盡量減少或杜絕金屬、磁性物體存在.

(5)適當(dāng)調(diào)整數(shù)據(jù)采樣和傳輸速率

調(diào)整電磁導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集頻率，使其達到合適的速度，同時優(yōu)化傳輸數(shù)據(jù)的速率，能從一定程度上減少系統(tǒng)誤差，提高抗干擾能力.

以上方法有利有弊，在手術(shù)過程中，可根據(jù)實際情況和要求采取相應(yīng)的抗干擾措施.

4 結(jié)語

術(shù)中導(dǎo)航技術(shù)是一門新興的醫(yī)學(xué)與工學(xué)交叉的技術(shù)，其應(yīng)用前景十分廣闊.目前，我國在術(shù)中導(dǎo)航方面與國際水平仍然存在明顯的差距，需要投入更多的資源,加強核心技術(shù)研究,提高系統(tǒng)的動態(tài)跟蹤速度,解決人體生理運動對定位精度的影響,從而為臨床醫(yī)學(xué)提供更優(yōu)秀的產(chǎn)品.