（1）课题来源与背景：该课题是黑龙江省应用技术研究与开发计划（GC13A308）。 骨折是由外力撞击或病理引起的骨骼部分或完全断裂的一种常见骨科疾病。骨折的发生严重影响了人们的身体健康，大大降低了人们的生活质量。因此将先进技术应用到股骨骨折整复中，提高治疗效果具有重要意义。随着医疗条件及技术的迅猛发展，内外固定理论的不断完善和精细器械的不断研发，骨折病人对骨折整复手术越来越追求微创化。故而基于二维图像引导的C型臂的骨折微创手术应运而生。但是由于C型臂产生的是二维透视图像，当需要准确确定骨折的位置、大小和几何形状等时，医生仅仅通过观察二维透视图像是很难做出准确判断，手术操作严重依赖医生的经验，并且X光对医生和患者都具有潜在的辐射危险。 （2）技术原理及性能指标 手术导航系统分为术前规划和术中实时导航两大部分。在术前计划阶段，本系统采用了面绘制方法对断骨进行三维重建操作，并手动选取目标点和源点进行点集构建，使用配准算法进行预接骨，并可将三维图像保存成STL格式，进行3D打印，让医生根据真实三维模型制定出个性化手术方案。在术中实时导航阶段，首先对光学定位仪与图像工作站的协作方式进行设置，目的是实现计算机可以从Polaris中获取附着在患者断骨处的定位球的实时空间坐标。将对应特征点之间的实时平均距离作为两断骨之间的实时距离，给出图像引导信息，指导医生完成断骨复位。实际系统可以仅利用术前三维图像进行断骨的三维重建，医生无需术中X光的图像确认，因此可实现术中无辐射的三维图像导航。系统通过在断骨断面上选取对应位置点对，自动计算点对间的空间距离，最终获得术中整复精度达到0.75-1.66毫米。各项功能的操作时间加和为6-8分钟。系统提供完整的人机界面，在接骨预整复及导航窗口中提供三维模型的缩放、旋转等操作，在导航过程中给出两个断面对应位置间的配对关系，引导医生断面的整复。 （3）技术的创造性与先进性 近十几，由于计算机技术不断的进步，计算机在医学领域应用的逐渐普及。医用机器人得到了迅猛的发展。医用机器人主要用来完成医疗外科手术的规划与仿真，机器人辅助外科手术，微创外科和临场感外科手术等任务。美国已经开展了临场感染外科的研究，用于战场模拟、手术培训和解剖教学等。法、英、意、德、等国家联合开展了图像引导型外科计划，袖珍机器人以及用于外科手术的机器人的研究项目。但是这些导航产品价格过于昂贵，超出了其实际价值，在这样的性能价格比状态下，国内大多数医院难于接受和应用推广。国内多所大学也开展骨科定位机器人。如北京航空航天大学在成功利用机器人进行远程脑外科手术的基础上，进一步开发研制了用于骨科定位的正骨机器人。然而该系统基于术中C型臂图像导航，术中大剂量X光照射仍然给操作医生带来一定健康风险。该项目开发的基于六自由度骨折整复外固定器图像导航关键技术利用术前图像结合空间定位技术来指导手术进行，避免了术中大量的X光照射。利用术中空间定位设备将术前图像精确地与患者配准，在保证手术精度情况下避免了医生的额外损伤，是一种安全、精确、和便利的图像导航技术。 本项目提出了3项方法：术前区域规划方法，术中快速配准方法以及断骨整复对接量化方法；成果包括一项标准，3项发明专利，1项软件著作权和3篇论文综上所述。 （4）技术的成熟程度，适用范围和安全性 我国医疗器械市场规模占医药总市场规模14％，与全球水平42％相去甚远，未来必将有更大的发展空间。该系统具有对骨折部位精确定位、治愈率高、治疗周期短、病发率低、医疗费用低，并使医务工作者免受X射线的伤害等优点。该系统具有很强的使用性及很高的使用价值，可以在全国范围的个各级医院中广泛地推广和使用。 （5）应用情况及存在的问题 该系统分别在黑龙江省第五医院和哈尔滨市阿城区人民医院进行了试用，从使用效果来看达到了项目设计预期效果，在术前能够打印出断骨的三维模型辅助医生进行手术规划，在术中解决了二维C型臂有辐射、不直观等问题，降低了医生及患者遭受辐射风险，并提高整复手术操作的便利性。系统在医院的试用阶段能够稳定运行，在不破坏医院整体工作流程的前提下，从根本上提高了骨折整复的精度问题，避免了患者及医生在术中接受辐射的危险，提高了治疗效果。医务人员反映该系统操作简单，流程清晰，节省了临床过程的时间，提高治疗效率，促进了患者的康复，从而提高医院的声誉。 （6）历年获奖情况 第十五届全国"挑战杯"中国银行全国大学生课外学术科技作品竞赛，三等奖，2017.11.18 "创客中国"创新创业大赛，全国200强，2017.10 第三届全国"互联网+"大学生创新创业大赛，铜奖，2017.9.4 第三届黑龙江省"互联网+"大学生创新创业大赛，金奖，2017.7.28 第十五届"挑战杯"黑龙江省大学生课外学术科技作品竞赛，一等奖，2017.6.8 哈尔滨工程大学"五四杯"课外学术科技作品竞赛，特等奖，2016.11

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