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罗扬宇^#

　　超声引导下的肿瘤消融治疗近年来在国内外迅速兴起，成为一种非手术治疗的有效的方法。以微波、射频为代表的局部热凝固治疗技术，在临床肝、肾、骨、肺等肿瘤的局部治疗中显示出较好的临床疗效，在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％。但目前存在以下问题：1. 肿瘤在空间上是三维立体生长的，而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。2.目前微波热消融对直径大于5cm的肝癌，肿瘤完全坏死率较低，其主要原因是大肿瘤需多天线同时摆放，对于三维空间天线摆放的技术难度要求更高。3. 目前超声穿刺定位引导系统最多只设定2个固定的穿刺角度，这就在很大程度上限制了对肿瘤最佳穿刺位点和天线摆放的选择，甚至由于受穿刺角度的限制无法到达穿刺的肿瘤部位，限制了该技术在临床的应用。4. 该技术对操作者的经验因素影响较大，培养一个有经验的介入性超声医师需要3～5年的时间。医生依据二维超声图像判断三维空间位点的不精确和在操作中手部的抖动或用力的不均匀，均会造成穿刺针道的偏移，这将直接影响各种穿刺和肿瘤消融的治疗效果。为了解决以上问题，我们借鉴外科手术导航系统、医用机器人等技术，开展了计算机辅助导航在超声引导下微波消融治疗中的初步研究。该系统的工作流程与外科手术导航系统相类似（图1）。

　　一、材料和方法

　　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。

　　仪器：（1） B型超声仪（ATL－9 HDI）；（2） 磁跟踪器（pciBirds，model 6D FOB，Ascension Technology Corp.，Burlington，VT，USA）；（3） 微波治疗天线；（4） 图形工作站，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。

2. 术前影像信息的获取及处理

由于目前的三维超声仪不提供治疗中所需的空间坐标，我们设计实现了基于磁定位的自由臂扫查三维超声成像系统，并针对于超声引导下微波消融治疗的目的进行了相应的优化设计。

由于磁跟踪器所获得的空间位置信息是固定在探头上的感应器（sensor）相对于发射器的空间坐标，并不是超声图像上所代表的实际目标的空间坐标，所以我们必须得到超声图像上所代表的实际目标的空间坐标与固定在探头上的感应器相对于发射器的空间坐标之间的转换关系，这一过程为标定（图3）。我们设计使用Ｚ型标定模型，用matlab7.0软件编程计算出转换公式。