脊柱微創手術機器人圖像配準方法研究取得新進展

　　脊柱微創手術是一類創新手術技術，是微創技術用于骨科的新進展。通過采用內窺鏡等專用手術器械，大大縮小手術暴露切口，進而減少患者的損傷和術后并發癥的發生率，并大大縮短患者住院及康復時間。但是這種手術技術難度大、風險高、要求醫生具有豐富的經驗，目前只有少數醫院可以開展。

　　實施這種手術的難點有三方面：第一，術野受限，醫生無法獲得患者個體的準確解剖結構信息;第二，缺乏手術器械的定位導航信息，增加手術風險;第三，嚴重依賴術中CARM圖像，射線累積對醫生身體產生嚴重損害。為解決上述問題，人們嘗試使用新技術，其中，基于圖像引導的計算機導航技術是目前普遍關注的技術之一。

　　近期一篇名為“脊柱微創手術機器人單椎體圖像配準方法”的研究論文發表于《科學通報》，該論文結合脊柱微創手術的需求對圖像配準的方法進行了研究，由中國科學院沈陽自動化研究所機器人學國家重點實驗室微創手術機器人項目組撰寫。

　　為了提高脊柱微創手術的精度，降低成本與風險，微創手術機器人項目組于2009年開展微創手術機器人研究工作。2010年，中國首臺脊柱微創手術機器人在第三軍醫大學第二附屬醫院(重慶市新橋醫院)進行前期的實驗室研究和試驗，通過高精度機器人的定位可以提高手術的精準性，降低手術風險和減少術后并發癥，同時還能降低射線對醫生身體的損傷。

　　通過將術前手術規劃顯示在術中圖像上，可以將術中手術機器人的位置和術前規劃軌跡進行比較，從而判斷和修正手術機器人的位置，這就要求將具有手術規劃的術前圖像和術中圖像進行配準。由于術前圖像和術中圖像采集角度的不同, 會導致配準誤差, 另外, 由于脊柱生理結構和解剖特性曲線以及椎間盤和韌帶等組織結構的存在, 整個脊柱需視為可變形結構體。因此, 文中提出了一種針對單個椎體基于尺度不變特征變換(SIFT)算法的多角度搜索圖像配準方法, 首先將術前三維圖像投影重建成二維圖像, 進行二維和三維圖像的配準。然后, 通過自動生成的多角度數字仿射投影算法(DRR)圖像與術中CARM 采集的X 射線圖像, 在單椎體選擇后, 進行配準。通過使用預先植入的克氏針以及Harris 角點技術對配準結果進行的誤差驗證表明, 誤差均小于1 mm, 配準結果滿足實驗和臨床的基本需求。