|
20 世纪90年代以来，以微波、射频为代表的热消融治疗技术迅速兴起，该技术是在影像技术引导下应用加热的方法直接作用于局灶性实体肿瘤，根除或毁坏肿瘤组织的微创肿瘤原位灭活新技术，目前在临床得到了迅速的推广与应用。在超声引导经皮穿刺微波消融治疗肝癌方面,对直径小于5cm的肿瘤完全坏死率高达95.6％，1、3、5 年累计生存率分别为94.87％、80.44％和68.63％[1,2]。为了达到整个肿瘤完全坏死的目的，需要解决治疗前的科学设计、治疗中的准确定位、稳定穿刺等难题。在治疗前设计方面，国内外相继开展了各种热消融治疗的三维热场的计算机模拟预测研究，然而目前超声引导下穿刺是在二维图像的引导下完成的，二维超声图像的引导造成三维空间定位的不精确甚至偏移，使得穿刺天线难以在三维空间上合理准确摆放，同时使得术前热场的模拟在术中得不到精确的吻合，不能完全发挥术前热场模拟的优势。为了解决治疗中的准确定位问题，我们开展了超声引导微波消融治疗机器人系统的研究。目前已初步建立了超声引导微波消融治疗机器人系统，并进行了水槽模型实验。
1、材料和方法
1.1 系统组成
系统实现的主要方式是通过同时跟踪超声探头、微波天线及定位机器人，提供准确的三维空间位置坐标，利用图像匹配技术，将术前超声图像的空间坐标转换到术中操作空间，经工作站控制将位于机器人末端的穿刺导向装置快速准确的定位到术前预先指定的位置，在工作站上实时显示二维超声平面、穿刺针针尖、针杆、穿刺针虚拟延长线与三维超声的空间位置关系。
仪器：1、B 型超声仪（ULTRAMARK-9，ATL 公司，美国）；２、磁跟踪器（pciBirds, model 6D FOB, Ascension Technology 公司, 美国）；3、采集穿刺机器人各关节编码器角度数据的板卡(PMAC-PCI Lite, Delta Tau 数字系统公司，美国 )。4、微波治疗天线；5、图形工作站。
超声仪：获取实时的B型超声图像并传送给工作站，超声探头为二维腹部探头。
定位机器人：对微波天线起到定位和引导作用。采用五自由度关节式被动机器人，其中三个自由度为机器人末端位置调整，两个自由度用于机器人末端姿态调整。每个关节安装编码器和抱闸，用于获取关节角度及锁定关节。
磁跟踪器：跟踪超声探头的位置和姿态。采用Ascension Technology 公司的pciBird直流磁跟踪器，该跟踪器可以提供接收器相对于发射器的六自由度的位置和姿态信息。
工作站：拥有型号为AMD Opteron 248的双处理器，4G的内存。用于采集超声图像、记录磁跟踪器提供的位置信息、三维重建、进行手术规划等。超声图像的获取通过专业图形采集卡采集超声仪视频输出端口输出的图像并进行数字化处理。
1.2 系统工作流程
超声引导微波消融治疗机器人系统的工作流程（图1）如下：在治疗前，同步采集肿瘤及周围区域内的多幅二维超声图像和超声探头位姿信息，并获取特征组织图像及位姿信息。然后将这些信息构成三维超声图像，医生将在此基础上依据消融治疗肿瘤专家库进行消融治疗规划，确定消融器的进针部位和方向。治疗时，通过周围组织特征图像将当前病人实体状态与治疗前获得的三维超声图像和消融规划结果进行配准，依据实时超声图像信息，控制机器人运动。安装在机器人终端的装置引导微波天线，实现立体精确定位治疗。
|
