计算机辅助外科及其在普通外科的应用
医疗技术项目目录
医疗技术项目目录随着科技的不断发展和医疗技术的日新月异，医疗行业也在迅速改变与进步。
医疗技术项目是指为改善疾病诊断、治疗和康复而开发的各种医疗设备、技术和方法。
本文将介绍一些当前主流和前沿的医疗技术项目，以及它们在临床实践中的应用。
一、医学影像技术1. MRI扫描技术：MRI（磁共振成像）是一种非侵入性的医学影像技术，通过利用磁场和无线电波来生成图像，以帮助医生进行疾病的诊断。
它可以用于检测肿瘤、脑部损伤和心血管疾病等。
2. CT扫描技术：CT（计算机断层扫描）通过使用X射线和计算机图像重建技术来生成横断面图像，以帮助医生准确地确定肿瘤的位置和大小，做出相应的治疗方案。
3. PET扫描技术：PET（正电子发射断层扫描）利用放射性核素注射体内，当核素与组织发生相互作用时，可以获得相关的生物分子信息。
它广泛应用于癌症检测、心脏病诊断和神经系统疾病等。
二、机器人辅助手术技术1. Da Vinci机器人手术系统：Da Vinci机器人系统利用精确的控制和三维视觉功能，使外科医生可以进行微创手术，并提高手术的准确性和安全性。
目前，它被广泛用于普通外科手术、胸外科手术和泌尿外科手术等。
2. 智慧导航手术系统：智慧导航手术系统结合了医疗影像和计算机辅助技术，可以为外科医生提供精确的手术导航和实时图像引导，从而减少手术风险，提高手术效果。
三、生物医学工程技术1. 人工智能在医学中的应用：人工智能技术可以通过深度学习和机器学习算法，识别疾病模式，辅助医生进行疾病的早期诊断和预测。
它也可以在药物研发和临床试验中起到重要作用。
2. 基因编辑技术：CRISPR-Cas9是一种新兴的基因编辑技术，可以准确地修改生物体的基因序列。
它在基因治疗、遗传疾病的预防和治疗等方面具有巨大潜力。
四、远程医疗技术1. 远程诊断技术：通过互联网和远程通信技术，医生可以远程观察患者的病情，进行诊断和制定治疗方案。
这种技术对于偏远地区的患者非常重要，也可减少患者的出行成本和时间。
计算机辅助导航系统和个体化三维钛网在陈旧性眶颧骨折治疗中的应用
计算机辅助导航系统和个体化三维钛网在陈旧性眶颧骨折治疗中的应用【摘要】目的对陈旧性颧骨骨折患者的治疗进行研究，探讨计算机辅助导航系统和个体化三维钛网的治疗效果，并对比传统手术，分析其优势。
方法对我院2011年4月至2013年4月收治的78例患者进行研究，将患者随机平均分为观察组和对照组两组，每组39例，其中对照组患者采用传统方法进行治疗，观察组患者采用计算机辅助手术方式，比较患者手术前后的相关数据。
结果对患者进行治疗后，观察组患者经过计算机辅助治疗，患者颧骨复位效果较好，患者满意度为89.74%，对照组患者的颧骨复位效果低于观察组，患者满意度为54.29%。
结论采用计算机对手术进行辅助，能够有效治疗患者的陈旧性眶颧骨折。
【关键词】导航系统；计算机辅助；三维钛网doi：10.3969/j.issn.1004-7484（s）.2013.08.110 文章编号：1004-7484（2013）-08-4208-02陈旧性眶颧骨折属于口腔颌面部较常见的损伤，且常伴有眼球内陷以及眼球畸形，患者在骨折后，颌面部会呈畸形且眼球内陷，甚至还会产生眼球的运动性障碍，对患者的美观和日常生活造成严重影响[1]。
随着科学技术的飞速发展，通过计算机的辅助导航针对患者进行治疗的方法已经在临床上广泛应用。
本文就针对计算机对手术的辅助效果，研究陈旧性眶颧骨折患者的最佳治疗方法，并将其与传统治疗方法相对比，总结出如下报告。
1 资料与方法1.1 一般资料本组选择我院2011年4月至2013年4月收治的78例患者进行手术治疗。
78例患者中，共有男性患者55例，女性患者23例，所有的患者年龄在10-62岁之间，平均年龄为35.18岁。
患者受伤的因素有以下几点：工伤（12例患者），占总数的15.38%；车祸（45例患者），占总数的57.69%；摔伤（19例患者），占总数的24.36%；打架致伤（2例患者），占总数的2.56%。
所有患者在术前都进行了面部三维骨、眼眶冠状重建以及ct扫描成像。
快速康复在心脏外科手术中应用
快速康复在心脏外科手术中应用快速康复是一种短期内恢复健康的方法，可以在心脏外科手术中得到应用。
快速康复的目标是提高患者的康复速度，减少术后住院时间和并发症率，使患者更快地回归正常生活和工作。
本文将介绍快速康复在心脏外科手术中的应用及其优势。
心脏外科手术通常需要患者长时间卧床，休息。
然而，这种不活动会导致肺部感染、血栓形成等并发症，增加术后住院时间和费用。
快速康复的方法可以改善这一状况，通过一些特殊的方法，使患者提前恢复。
快速康复的核心在于减少手术创伤，例如使用微创手术、精细化手术技巧等。
比如，在冠状动脉搭桥手术中，使用小切口进行搭桥，并通过导管进入心脏，这比传统开胸手术时间更短，创伤更小，恢复更快。
此外，对于术前取得的影像学检查结果，可在手术过程中用计算机导航系统进行辅助，准确定位处理心脏位置等问题，提高手术成功的概率，缩短手术时间，降低风险和并发症发生的可能性。
另外，术后持续康复也是快速康复的重要组成部分。
特别是针对心脏患者，食品的营养要合理，并且需要逐步恢复。
在术后，通过合理的康复方案，如适当的运动恢复、合理的心理疏导和社会康复，可以增强患者自信心和生活质量，从而帮助他们更快地达到完全康复的目标。
快速康复在心脏外科手术中的应用可以带来很多优势。
首先，缩短住院时间，节省社会医疗资源。
其次，短时间内充分完成康复，避免了术后长期卧床导致的并发症，如肺部感染、深静脉血栓形成等。
同时，恶化心肌缺血导致的心肌坏死率降低，术后生活质量提高，并且患者不需要停止正常工作和生活和。
尽管在应用上限制较多，但是快速康复对于心脏外科手术是一个非常有前途的领域。
随着科技的不断进步，微创手术技术和计算机辅助操作已经在一定程度上解决了困难和风险。
将来，快速康复方案将进入到更为健全的体系中，并被更多的医院采用使用，让更多的患者受益。
计算机技术在生物技术中的应用
题目:计算机技术在生物技术中的应用摘要：随着计算机性能的不断提高、体积的不断缩小、使用的不断简化，网络的使用越来越方便，现在计算机技术已渗透到几乎所有的领域中。
有人说二十一世纪是生物技术的时代，自从进入二十一世纪以来世界各地的生物技术取得了巨大的发展，而由于计算机变得越来越强大先进，这让计算机可以为生物技术做更多人无法完成的工作。
然而，生物技术的发展也为计算机技术的发展提供强大的动力。
所以生物技术和计算机技术现如今已达到了一个相辅相成的地步。
本文主要介绍了计算机技术在分子生物学、生物医药技术等生物技术方面的应用，以及生物技术对计算机技术发展的推动。
关键词：计算机技术、分子生物学、基因工程、生物医学正文：计算机以其高速的计算功能、数值与逻辑计算功能以及存储记忆功能，广泛应用于科学计算、过程检测与控制、信息管理、计算机辅助系统等领域。
1、计算机技术在分子生物学中的应用计算机技术在基因作图与测序中的应用已随着分子生物学的发展显得越来越重要。
现在，世界上的分子生物学家们正在致力于有史以来最大的数据收集工作。
在国家、学校、研究所和企业所属的实验室中技术研究人员正在进行着从最低等的细菌到最高等的人的全部基因组的测定和序列测定作图工作，为的是发现对遗传信息具有经济价值的新的利用和开发途径。
到本世纪末时,分子生物学家们希望获得上万种生物的基因组序列。
这将是一个含有分布在地球上不同地方的众多植物、动物和微生物的进化“蓝图”的巨大数据库。
然而，它所产生的生物信息量是我们无法想象的，当然，也会是我们人类无法用笔、纸所能去管理与查阅的。
对于所产生的如此之大的生物信息量,我们只能通过计算机技术进行管理,以电子方式储存在分布于世界上不同国家和地区的数据库中。
收集、下载、管理和使用基因组信息将要求计算机技术和生物科学之间更加紧密地合作,同时也要求研究人员们在相关的物理学、数学、工程学、计算机科学、化学和分子生物学等领域进行全面培训。
基于数字化的口腔颌面外科护理新技术及进展
基于数字化的口腔颌面外科护理新技术及进展摘要：随着经济的进步与发展，数字化技术的不断跟新，越来越多的现代技术被运用到医学上，口腔颌面手术一直以来较为复杂，存在着大量的血管与神经交错，同时口腔颌面包含了语言、咀嚼、呼吸、表情等功能。
所有在颌面手术护理中需要兼容各项。
数字化技术的发展为颌面手术护理带来很多有用的帮助，他不仅帮助医生顺利完善诊断，还可进行有效回访调查，也为患者提供更为安全的治疗方案。
关键词：数字化；颌面外科；新技术一、数字化概念数字化简单的说，就是将信息用数字表达出来，将问题和现象转化成可分析可量化的形式的过程。
利用数字建立行业的相关模型，输入电脑后统一处理，然后指导现实操作。
口腔颌面上运用数字化有利于帮助医生与患者之间沟通，通过对患者病情的数据分析，更加实用精准。
保证了患者在手术过程中的安全，以及患者在术后能够提高表皮美观，提升患者生活质量。
1.数字化医学诊疗技术及护理进展将数字化技术运用到口腔颌面护理当中极大地推动了颌面外科手术的进步与发展。
数字化的三维重建、3D模型打印、数字图像模拟手术和手术导板等革新的治疗手段在一定程度上降低了手术的难度并且提升了患者在治疗过程中的满意度。
如今随着新技术的快速发展数字化医学在颌面外科手术中被广泛运用。
此外，数字化动态导航在肿瘤切除上以及骨折复位中也发挥着重要作用，智能机器人的研发和使用在颌面外科手术上有了新的进展，数字化与口腔颌面外科护理的联系进一步加强。
1.数字化导航在肿瘤切除、骨折复位中的最新应用众所周知，手机导航主要作用是运用于定位，数字化化导航可以在计算机的辅助下运用与对肿瘤的切除和骨骼的修复。
在计算机的辅助设计下，采用导航系统能够方便医生在手术时准确知道手术器材的位置，还可以现实患者的相关检查数据。
针对不同地址的手术位置导航系统还可以显示不用的成像，清晰创口结构，可以正确引导手术路径。
随着数字化导航系统的发展，在颌面手术中手术的精确度逐渐提高，在简化手术程序的同时，还能够提高手术的效果，减少了对患者的伤害。
计算机辅助整形外科手术与仿真研究现状
１ １ 颅 颌 面 修 复 ．
成 型机 ， 造 出 三 维 实 体 模 型 。研 究 通 过 对 人 体 器统 方 法 测 量 和 计 算 机 辅 助测 量 ， 行 进
精 度 和误 差 分 析 。最 后 分 别 对 颜 面 部 软 组 织 畸形 、 耳 畸 小 形 、 骨 缺 损 以及 乳 房 整 形 进 行 了 临床 应 用研 究 。西 北 大 颅
问 题 。 中 国协 和 医科 大 学 乔 群 教 授 基 于 逆 向 工 程 技 术 对
具 有 较 大 的 随意 性 与盲 目性 ， 容 易 引 起 医疗 纠 纷 。术 前 还
医 患 交 流 困难 ， 乏 直 观 量 化 的 标 准 ， 且 对 于 日渐 增 多 缺 而
的 盲 目整 形 患 者 ， 乏 直 观 有 效 的 解 释 引 导 手 段 ， 旦 手 缺 一
关键词 ： 计算机 辅助 ； 外科 手术 ； 仿真 中图 分 类 号 ： ３ ２ ＴＰ １ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ６ ２７ ０ （ ０ ２ ０ ２０ ３ —３ １ ７ — ８ ０ ２ １ ） ０ —０ ００
东 方 人 经 典 美 学 标 准 ， 立 了 ～ 套 适 合 东 方 人 面部 轮 廓 的 建
数 字 化 快 速 测 量 分 析 和 诊 断 系 统 ， 以 在 ３—６分 钟 得 到 可
一
份 容 貌 诊 断分 析 报 告 ，为 临 床 颅 颌 面 先 天 、 天 畸 形 的 后
整 形 提 供 标 准 的 下 颌 骨 数 据 。利 用 ３ Ｄｏ ｔｒ ３ Ｄ ｃｏ ， Ｄ ＭＡｘ 等 三 维 建 模 软 件 建 立 颅 面解 剖 的 分 层 模 型 ， 用 Ｆ ｅ ｆｒ 利 ｒ ｅｏ ｍ 雕 刻 刀 进 行 虚 拟 仿 真 的 手 术 模 拟 尝 试 。吉 林 大 学 口 腔 医 学 院顾 营 （ 师 ） 勇 忠 教 授 对 颌 面 部 表 皮 及 骨 组 织 表 面 导 徐 三 维 重 建 ， 重 建 后 的颌 面部 三 维 数 字 化 图像 导 入 通 用 的 将 ３ Ｍａ Ｄｓ ｘ中进 行 处 理 ， 简 便 有 效 地 解 决 一 些 临 床 应 用 的 可
计算机辅助诊断在甲状腺良恶性结节诊断中的研究现状
计算机辅助诊断在甲状腺良恶性结节诊断中的研究现状【摘要】在医疗领域中，随着数学及计算机技术的进步，计算机辅助诊断技术（Computer-aided diagnosis,CAD）在医学影像领域获得了快速发展，其中在乳腺Ｘ线与肺部CT方面的应用最为广泛，但目前国内的计算机辅助诊断技术应用于甲状腺良恶性结节的诊断仍不成熟，本文系统地检索了国内外数据库中有关CAD系统研究在影像诊断甲状腺结节良恶性中应用的相关文献，综合整理了计算机辅助诊断系统在甲状腺良恶性结节诊断的运用。
【关键词】甲状腺结节计算机辅助诊断人工智能 CT检查技术超声检查技术Research status of computer-aided diagnosis in the diagnosis of benign and malignant nodules of thyroidLuhua Wei 、Jialu Wang ，Rui liu（Hangzhou Medical College, Hangzhou, 310053, China）【Abstract]】In the medical field, with the progress of mathematics and Computer technology, Computer-Aided Diagnosis (Computer-Aided Diagnosis, CAD) obtained the rapid development in the field of medical imaging, including in breast X-ray and CT of pulmonary aspects of the most widely used, but the current domestic computer aided diagnosis technique is applied to the diagnosis of benign and malignant thyroid nodules is still not mature, this article systematically retrieve the database related CAD system research at home and abroad in the applications of imaging diagnosis of benign and malignant thyroid nodule related literature, integrated computer aideddiagnosis system has been compiled in the use of benign and malignant thyroid nodules diagnosis.【Key words】 Thyroid nodule Computer-aided Diagnosis Artificial intelligence CT US中国流行病学调查研究[1]显示：在一般人群中有3% -7%存在可触及的甲状腺结节，且发病率呈逐渐升高的趋势[2]。
计算机在医学上的应用
包 头 医学 ２ ０ ０ ２年第 ２ ６卷 第 １ 期
・
医院管理 占荣
科 学技术 的发展 ， 别是 电子计算机技 术 的 特 兴起 ， 大 地促进 了医疗事 业 的进步 。 极 电子 计 算
吸人 量 祖 国 医学 在 现 代 医 学 上 占有 重 要 地 位 ， 遗 但 憾 的是 中 医 诊 脉 因人 而 异 ， 在 计 算 机 已 使 得 中 现 医诊 脉技 术 上 ｒ 个 台 阶 ， 算 机 可 通过 将 传 感 一 计 器 收 集 的 脉 搏 信 号数 据 采 用 波 型速 加 的 办 法 ， 处 理 、 析 并 判 断 出 脉 象 与 波 型 信 号 间 的 对 应 关 分
机 在 处 理 生 理 信 号 、 学 图 像 、 瘤 放 疗 辅 助 计 医 肿 划 方 面 ， 生 化 仪 器 中 ， 人 工 脏 器 方 面 及 通 过 在 在 互 联 网 的 远程 医学 诊 断 和 治 疗 方 面都 有着 成 功 而 广泛的应用。 计 算 机 在 处 理 生 理 信 号方 面 的应 用 。 用 计 利 算 机 处 理 生 理 信 号 的典 型 设 备是 心 电 、 吸 监 护 呼 及 中 医系统 的 脉 搏分 析 器 。 监 护 系 统是 对 人体 重 要 的生 理 ｛ 括生 化 ） 包 指 标 有选 择 的经 常 或 连 续 监 测 的设 备 。 完 成 人 体 除 信 息 的 获 取 、 理 、 断 外 ＋ 要 完 成 信 息 的 存 处 判 还 储 、 示 、 析 和控制 。 按不 同的应用场合 ＋ 显 分 它 分 为 手术 室用 ， 压 氧舱用 ． 复 室及新 生儿 和 早 高 恢 产 儿用 等 ， 需 要 监 护 的项 目又 分 为 呼 吸 、 环 、 按 循 代 谢 等 大 类 临 床 上 最 常 用 标 准 、 高 的是 危 重 最 （Ｃ 和 冠 心 （ Ｃ 自动 监 护 系统 期 的床旁 监 ＩＥ） Ｃ Ｕ） 早 护 仪 仅 是 采 集 有 关 的生 理 数 据 ， 由 中央 监 护 站 而 的小 型 机 将 采 集 的数 据 进 行 模 数 转 换 。 着 计 算 随 机 技 术 的发 展 ， 在 的床 旁 监护 仪 即 可 完 成 数 据 现 的模 数 转 换 ， 得 处 理 时 间 缩 短 ， 使 信息 量增 大 摄 典 型 的 现代 心 电 监护设 备 是 由美 国 Ｈ ｌ ｒ ｏ ｅ 实验 室 ｔ 首 先 开 发而 得 以命 名 的 长 时 期记 录 和分 析 动 态 心 电图 的仪 器 —— Ｈ ｌ ｒ 护 仪 与 心 电 监护 不 同 ， ｏｅ 监 ｔ ． 呼 吸 监 护 的 辅 助 作 用 是 暂 时 的 。 患 者 的呼 吸 功 当 能 改 善 后 ， 方 面 要 摆 脱 对 呼 吸机 的 依 赖 ， 一 一 另 方 面 是 要 在 患 者 需 要 时 能 自 动 强 制 呼 吸 Ｅ Ｖ ＭＭ 和Ｉ Ａ是 呼 吸 设 备 的 基本 功 能 ， Ｍ Ｅ ＭＶ用 于 精 确 监 测 每 次 呼 吸 量 ． 且 呼 吸 量低 于 预 设 值 时 ， 机 一 微 以强 制 收 人 方 式 予 以 补 充 ； 于 预 设 值 时 ， 机 高 微 逐 渐 减 少辅 助 呼 吸量 吸 气 辅助 Ｉ Ａ是在 患 者 吸 气 时对 其 所 吸 气 体 施 以辅 助 压 力 ， 以保 障 其 正 常 的
AI工具在高职“外科护理学”教学中的应用探讨
AI工具在高职“外科护理学”教学中的应用探讨作者：陈河盛来源：《成才之路》2024年第22期摘要：在大数据、云计算、深度学习等技术不断进步的背景下，AI技术在教育领域的应用越来越广泛。
文章通过分析人工智能在教学中的实际应用状况，以人工智能在高等职业教育“外科护理学”教学中的具体运用为案例，深入探讨人工智能在教学过程中所面临的挑战，并在此基础上提出相应的解决策略与建议，以期能够为医学教育的创新发展提供独特的视角与策略，推动人工智能技术在教育领域的广泛应用，为教学实践提供有益的参考与借鉴。
关键词：高职；外科护理学；AI工具；人工智能；教学策略；应用中图分类号：G712文献标志码：A文章编号：1008-3561（2024）22-0021-04基金项目：2022年福建省职业教育教学改革研究常规课题“爱与责任的回归：职业教育课程思政教学实践研究”（编号：GB2022063）近年来，随着大数据、云计算、深度学习等技术的不断进步，AI技术在教育领域的应用也越来越广泛[1]。
AI工具可以通过智能分析学生的学习数据，为他们提供更加个性化的学习方案，从而提高他们的学习效果。
同时，AI工具可以帮助教师更好地了解学生的学习情况，为教学提供更加精准的指导。
因此，AI技术在教育领域的應用已经成为一种趋势，对提高教育质量和效率有重要意义。
高职“外科护理学”是一门实践性和理论性并重的课程，需要学生掌握大量的知识和技能。
传统的教学方法往往难以满足学生的个性化需求，而AI工具的应用则可以为教学提供更加精准和个性化的解决方案。
本文探讨AI工具在高等职业教育“外科护理学”课程教学中的实际运用，以期为人工智能技术辅助教学提供实践经验，推动AI技术在教育领域的全面普及与应用。
1.丰富教学资源在传统教学模式中，教学资源的获取主要依赖教材和教师的经验积累。
然而，这种方式存在明显的局限性，如教材内容的滞后性、教师经验的有限性等。
而人工智能的引入，为教学资源的获取和整合提供了全新的方式。
计算机在生物医学中的应用
• 1.2.4 临床用药监督 • 1.3 计算机辅助外科手术 • 1.3.1 计算机辅助外科手术简介 • 1.3.2 计算机辅助外科手术的方法 • 1)CAS的目标 • ①获取多模图像数据，提高诊断价值。 • ②多模图像配准、定位。 • ③制订手术方案,选择最佳手术路径，进行手 术模拟。
• ④在术中图像的监视下，利用一定的导航系 统，执行预定的手术方案。 • ⑤对于很难触及或手术医生无法用肉眼看到 的组织器官 , 以及对医务人员来说较危险的 动作。 • 2)CAS的处理过程 • 3)CAS的技术难点 • (1) 立 体 定 位 方 法 (Stereotactic Localization Method)
• 1.2.2 计算机辅助处理方式
• 1.2.3 治疗的控制 • 控制 (Control) 是调节过程或数据，使其在预 定范围之内。控制论 (Cybernetics) 是研究生 物机器的通信、控制和调整的科学。 • 1)输液控制模型 • 输液是临床经常使用的一种方法，疾病引起 体内环境的破坏，输液有助于调整体内 环境。 • 2)血糖水平的自适应控制
• ③虚拟现实技术 (Virtual Reality) 将使医生在 手术之前对颅内肿瘤的位置、大小等有全面 的了解，并能给医生提供身临其境的手术 模拟。 • ④PACS(Picture Archive and Communication System)技术将和CAS结合，推动远程医疗的 进展。 • 1.4 虚拟现实技术在医学中的应用 • 1.4.1 虚拟现实技术的定义
• 1.1.5 代数和法——加权求和的特例 (1.16) • 式中，B——阈值；
• M——诊断信息的诊断值。 (1.17)
• 1.1.6 负值法 • 1)负值的出现 • ①逐步判别法和逐步回归法中的负值 • ②最大似然法中的负值 • ③模糊信息法中的负值 • ④改进的频率比法中的负值 • ⑤代数和法中的负值
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・专题论坛・计算机辅助外科及其在普通外科的应用余小舫 周汉新(暨南大学第二临床医学院附属深圳市人民医院外科,深圳 518020) 中图分类号:R61;TP3 文献标识:C 文章编号:1009-6604(2006)06-0412-03 微创外科出现的重要意义不仅在于手术创伤小、恢复快,更重要的是它把计算机技术带上了手术台,把肉眼所见的手术野信号变为了数字信号,从而为外科手术的数字化搭建了一个重要的平台。
正是在这个数字化平台的基础上,人们开始探索如何将计算机技术的优势应用于传统的外科手术,这就是所谓的“计算机辅助外科”。
计算机辅助外科(computer2aided surgery,CAS)是一种基于计算机对大量数据信息的高速处理及控制能力,通过虚拟手术环境为外科医生从技术上提供支援,使手术更安全、更准确的一门新技术。
近年来,随着CT、MR I等医学影像技术的发展,计算机虚拟现实(virtual reality)技术在医学中的应用得到了迅速发展。
计算机利用这些图像信息进行三维图像重建,为外科医生进行手术模拟(surgery si m ulati on)、手术导航(navigat or)、手术定位、制订手术方案提供了客观、准确、直观、科学的手段。
基于这种三维空间信息的支持,外科手术变得更为精细、准确,从而最大限度地减少了手术创伤、减轻了手术患者肉体上的痛苦,加快了他们的康复,因此,该技术受到了广泛的重视并得到迅速发展。
传统外科手术的全过程从智能流程的角度可简单地理解为3个主要环节,即感知、判断和执行,见图1。
目前,计算机技术介入传统外科的主要切入点和热点在“视觉信息的采集、模拟显示及决策的执行”等环节。
由于计算机技术切入外科手术过程的环节不同、侧重点不一样,从而导致在涉及到“计算机与外科手术”这样一个专业范畴时,除了“计算机辅助外科”(CAS)这个概念外。
还出现了许多与之相关的概念[1,2],诸如:三维可视化技术(3D2 visualizati on)或三维图像技术(3D i m ages)、手术计划(surgery p lanning)系统、影像导引手术(i m age2 guided surgery)、手术导航(i m age2guided navigati on)、虚拟现实技术(virtual reality)、增强现实(aug mented reality)技术、手术模拟(surgery si m ulati on)、机器人手术(r obotic surgery)、远程(或遥现)手术(telep resence surgery)等,它们彼此间相图1 外科手术过程的智能流程图互联系,但又互有重叠,但都属于计算机辅助外科所研究的范畴,因为上述任何一个概念都具有以下3个共同特点:①都是数字化信息;②都是虚拟显示;③都给外科手术提供了不同程度的支持。
上述诸多概念之间的关系可以用图2来表述。
1 医学图像三维可视化技术与虚拟现实技术直到现在,我们大多数外科医师还需要带着一叠CT、MR I的胶片进入手术室,以便在手术中随时复习有关病灶所处的位置以及其与周围结构的关系等信息以指导他们正确地进行手术。
这种二维图像不能准确判断病灶与周围重要结构的空间关系,也不能进行直接的体积测定;外科医师只是根据他们所掌握的各种资料(包括影像学资料)结合自己的临床经验在自己的大脑中进行术前的手术模拟,以确定手术方案,这是高效、准确、顺利进行手术所必需的准备工作,然后根据其在医生大脑中形成三维印象进行手术。
但这种手术方案质量的高低,往往依赖于医生个体的外科临床经验与技能,且整个手术班子的每一位成员很难共享某一制订手术方案人员在其大脑中形成的整个手术方案的构思信息。
如果用计算机代替医生进行手术方案的三维构思,则能比较客观、定量,而且其信息可供整个手术班子的每一位成员共享。
医学图像的三维可视化(3D 2visualisati on 或3D i m ages )和虚拟现实(virtual reality )技术就为实现这种转变提供了理想的技术支持,这些技术的应用不仅为临床诊断和治疗提供了直观的三维结构信息,而且还为那些以可视化三维医学图像模型为基础的新的医学领域(如手术计划系统、影像导引手术以及机器人手术等)提供了重要的技术平台[3]。
图2 计算机辅助外科相关概念关系示意图1.1 解剖教学与外科手术培训利用三维可视化技术进行外科解剖学教学的优势是显而易见的,特别是那些结构复杂且不透明的组织器官,如肝脏,而且还能进行远程教学。
更重要的是,这种虚拟现实技术为受训者提供了一个安全的培训环境,不用担心因为受训者的失误而直接伤害病人;此外,这些培训软件可实时监测和显示受训者的每一个操作动作,及时对受训者动作的准确性、正确性进行反复和客观的评价、分析,以利他们改进技巧,并且还能根据需要设置个体化的培训程序,未来的虚拟现实软件还能将各种不同的临床病理状况编入模拟程序,从而方便受训者进行特殊病例的训练。
虚拟现实技术将来发展的另一个重要方面是发展一套对外科医师的操作技能进行客观评估的系统。
多年来,在航空工业领域内,有一套对人工操作技能进行客观评价的模拟系统以便对操作者的资质进行认定和考核,但迄今还没有这样一套对外科医师进行类似评价的系统。
实际上,这种评价对外科医师是很重要的。
1.2 手术前诊断已经广泛应用于临床实践的诸如虚拟结肠镜、虚拟胆道镜都是利用计算机图像重建技术对CT 、MR I 所采集到原始图像重建而成的二次图像。
研究显示虚拟结肠镜对结肠息肉的检出效果优于钡剂灌肠,对诊断肠道畸形具有较高的准确性,但对于直径<015c m 的大肠息肉、肠血管畸形检出率低,易漏诊;对小儿溃疡性结肠炎的黏膜显示不理想。
三维虚拟胆道镜诊断胆石症的敏感性及特异性分别为71%、91%,而标准MRCP 则分别为61%和86%。
肝脏图像的三维重建有助于改善肝脏肿瘤的定位诊断。
Marescaux 所在的研究所已经开发出能在5m in 内自动完成对肝脏解剖结构和病理改变进行三维重建的软件,并且还能自动标记门静脉、根据Coudinaud 系统绘制肝段图。
虚拟现实技术还可以根据时间的变化动态描绘出肿瘤体积和形态学的变化,这种增加了时间变量的三维虚拟图像即四维虚拟现实技术(f our 2di m ensi onal virtual reality )。
该技术可对肿瘤病人的肿瘤生长以及对治疗的反应进行客观的跟踪随访。
1.3 手术计划从尝试进行手术模拟到现在虽然已有十多年的历史,但计算机辅助手术计划和手术模拟技术还主要在颅面外科、神经外科和整形外科应用,这些专业共同的特点是有一个稳固的骨参照系。
在普外科领域应用虚拟手术计划首先必须克服靶器官自身移动和变形的干扰。
三维虚拟再现某一特定病人的正常和病变部位的解剖结构(包括外科异常)能帮助外科医师更好地理解将要进行的手术方案、预测可能发生的危险、选择手术中合理的分离或切除平面。
譬如根据虚拟的三维肝脏图像,外科医师可知道肿瘤所在的准确位置、评价肿瘤与血管的空间关系,用计算机鼠标进行各种切除方案的模拟,以便选择一个最佳的切除方案。
并可对部分肝切除后剩余肝组织的体积进行准确的计算,从而帮助外科医师更科学地判断手术后发生肝功能衰竭的风险。
虚拟三维重建技术还能指导肝肿瘤的射频治疗。
设置一根“虚拟针”通过不同的窗口、不同的路径刺向虚拟的病人图像,以便找到一条既安全又能保证穿刺针正好在肿瘤中心位置的穿刺路径。
“虚拟腹腔镜”(virtual lapar oscopy )技术可帮助外科医师根据特定病人的体形和内部解剖结构确定各个穿刺套管和手术器械放置的最佳位置。
1.4 手术导航手术导航(navigati on )或称影像导引手术(i m age 2guided surgery )所依赖的关键技术是增强现实(aug mented reality )技术,所谓增强现实技术就是适时地将计算机所产生的虚拟图像叠加到真实世界的图像上去。
如通过两个摄像头获得真实肝脏的三维电视图像,再将重建的肝脏内部解剖结构的虚拟三维图像叠加上去,结果形成一种真实肝脏透明化的效果。
这个将虚拟图像叠加到真实世界图像上去的过程称为配准(register或registrati on)。
有了这个技术,就能保证在手术中随时将手术进展的情况(即手术野的图像)与手术前的计划(即术前的虚拟三维图像)进行比较,便于根据手术前的计划及时校正手术操作。
2 手术机器人与机器人手术前面已提到,目前计算机技术应用于传统外科的主要热点在“视觉信息的采集、模拟显示”和“决策的执行”两个环节,前文主要介绍了计算机技术在外科手术视觉信息采集和显示方面的应用,即为外科医师提供了“新的眼睛”。
下文将重点介绍计算机技术在外科手术决策执行过程中的应用现状,也即手术机器人如何代替(或协助)外科医师的手完成手术。
由于机器人高精度的物理空间定位、动作的极好重复性和稳定性、不疲劳性,人们开始尝试用机器人来协助手术的完成。
早期用于协助完成外科手术的机器人有:用于神经外科活检的Puma560型机器人(1985年K woh等);用于经尿道进行前列腺切除的机器人(Pr obot);用于协助进行髋关节置换术的机器人———Robodoc,后者是世界上首个被美国F DA 批准的手术机器人。
20世纪80年代末,腹腔镜手术的成功实现为外科手术的机器化操作提供了崭新的平台(如数字化信息、荧屏视像、手眼分离的感觉等),从而对新一代手术机器人的发展起到了极大的推动作用。
目前能在外科医师的控制下独立完成一些手术(或手术关键步骤)、并已在临床广泛应用的完整的手术机器人系统有Zeus和da V inci系统。
2.1 da V inci机器人手术系统da V inci系统由美国的I ntuitive Surgical,I nc.所生产,2000年7月11日通过美国F DA的批准,允许进入临床应用。
该系统由三大部分组成:①外科医师控制台,带“计算机控制器”和三维立体图像显示器;②由3只机械臂组合而成的“机器手”,其中的1只用于握持腹腔镜、另2只分别负责操控2个8 mm外径的手术器械,最新型的da V inci系统有4只机械臂;③视像合成车。
外科医师坐在远离手术台的“外科医师控制台”,通过一个像双目望远镜的视像显示系统实时获得手术野高清晰度的三维图像,通过操控“控制台”上的操控手柄移动手术台上的各种手术器械。
由于da V inci使用的是七自由度的“内腕关节”(endo2wrist)专用手术器械,因而具有外科医师前臂和手腕的活动功能,加之该系统先进的“电-机转换”功能,因此能将外科医师做传统手术所惯用的各种动作实时、精确、连贯地“翻译、传输”到手术器械的末端,从而极大限度地恢复了外科医师符合自然的、灵巧的手术能力,并且还克服了外科医师因疲劳而产生的动作震颤和不精确等问题,也克服了传统腹腔镜手术动作的“镜像效应”。