穿刺手术因其创伤面积小、疼痛感轻、恢复速度快、手术并发症少等优点,在病理活检、粒子植入及射频消融等经皮介入手术方面得到了广泛的临床应用。目前临床普遍采用盲穿法进行穿刺,过于依赖医生的个人经验。图像引导穿刺技术在术前评估及术中导航方面具有重要的临床意义,超声因其实时性、无辐射等优点受到了广泛的关注,但存在图像质量不理想、入针角度有限、应用场景受限等问题,并未在临床得以推广。本文针对目前临床穿刺手术中普遍存在的问题,提出了相应的解决方案,并以此为依据构建了一套基于红外定位的可视化穿刺导航系统。该系统基于VTK(Visualization Toolkit, VTK)框架对术前计算机断层成像(Computer Tomography, CT)图像进行信息解读、可视化展示与交互,并在三维场景中渲染出病人体数据与数据定义(体表标记、敏感组织、穿刺路径等),帮助医生更好地进行术前评估。术中系统使用红外定位系统对空间中的定位标记进行追踪,通过计算机实时配准,计算穿刺针与预定义穿刺路径之间的偏差,并在三维场景中渲染出穿刺针与体数据之间的相对位置关系,同时给出直观的引导信息,使医生对手术进程一目了然。为了验证基于红外定位的可视化穿刺导航系统的定位精度,我们设计了一系列的实验。实验结果表明,穿刺针在(x,y,z)三个方向上的定位精度在(0.6mm,0.6mm,0.6mm)以内,定位距离偏差小于1.Omm；系统在(x,y,z)三个方向上的定位精度在(1.0mm,1.0mm,1.5mm)以内,定位距离偏差小于2.0mm。满足临床穿刺手术定位导航的要求。最后,我们对系统定位误差进行了分析,并讨论了系统中存在的不足,以及未来研究发展的方向。
