微创手术中的c型臂实时图像拼接技术应用

微创手术中的c型臂实时图像拼接技术应用

在骨科损伤中，复杂下肢骨折通常常见，通常由高能损伤引起。传统的钢板固定和外部固定容易发生骨折，骨折延迟愈合或不愈合，感染率高。因此,复杂的下肢骨折是一种临床治疗上比较棘手的骨折。随着现代医疗技术和计算机信息化的发展,骨科医师对微创手术和术中的影像学有了更高需求,尤其是术中的影像监控。为了帮助骨科医师重构出人体长骨的全景图像,Yaniv等提出X线图像拼接技术理论。王军强等对计算机辅助系统的实验研究表明,图像拼接技术具有较强的实用性,而移动式C型臂的透照范围则受限制。在骨科微创手术治疗中,获取骨折部位的完整骨结构图像对于监控和评价术中效果具有十分重要的临床意义。2011-01～2011-10,我院应用PHILIPS移动式C型臂的图像拼接技术对下肢复杂性骨折进行微创手术,实现了骨折部位的全景成像并及时地对骨折复位和固定效果进行评估,取得良好效果,现报告如下。1数据和方法1.1骨折分型及分型本组患者43例,其中男24例,女19例;年龄20～49岁,平均年龄32岁;左侧26例,右侧17例。损伤原因:车祸伤28例,跌伤13例,重物砸伤2例。骨折均按AO分型,股骨分型中B型6例,C型11例,其中闭合性骨折12例,开放性骨折5例(Gustilo分型:Ⅰ型4例,Ⅱ型1例)。胫骨分型中A型5例,B型15例,C型6例,其中闭合性骨折17例,开放性骨折9例(Gustilo分型:Ⅰ型7例,Ⅱ型2例)。本组闭合复位36例,有限切开复位7例。闭合骨折均在伤后5～7d手术,开放性骨折在伤后10～14d手术。1.2臂透视系统术前均有X线片等影像学检查资料。术中采用PHILIPS移动式C型臂透视系统(型号:BVLibra),配以自带影像工作系统和图像处理工作站,并安装CANON处理图像的PhotoStitch3.1CH软件(购买相机时配备的图像处理软件),以及激光打印机打印胶片。1.3钢板内固定投照技术本组43例患者在入院当天均给予补液及采用跟骨结节骨牵引,结合Thomas牵引架进行牵引,控制股骨和胫骨骨折的力线,同时减少患肢的软组织再损伤及疼痛,并预防骨折周围软组织挛缩。术中采用连续硬膜外麻醉,取仰卧位及患肢膝小腿抬高位,应用微创稳定系统(lessinvasivestabilizationsystem,LISS)或微创钢板接骨术(minimallyinvasiveplateosteosynthesis,MIPO),钢板由切口内插入骨膜与肌肉间的隧道,钢板置于股骨或胫骨表面并与之尽量贴合,牵引下闭合复位,行C型臂透视。其投照方法是:将球管调节到合适高度,将垫高后的患肢位于透照球管和接收器之间,采取标准解剖学姿势,垂直与患部移动,进行透照2～4次,分别拍摄骨干的近端、中段、远端骨图像,使患肢的远、近端金属内固定物完全包括在成像范围内,采集完成后传至图像处理工作站。具体操作路线:透照2次以上图片→转化JPEG格式图像→保存到PhotoStitch3.1软件打开文件路径→打开PhotoStitch3.1软件→合并图像→“选择和排序”栏中打开文件→选择所需图片→排序→合并→开始→显示接缝→点击接缝处→点击指定重叠区域或者指定的两个及多个区域→选择合适部位重叠→确定→调整图像→保存图像。完成图像拼接技术,形成股骨或胫骨全景图像,以判断其骨折端移位的整体情况,及时调整钢板位置及骨折端复位情况,行临时克氏针固定钢板。再经皮锁定钉在骨折端的两端固定,两端各至少固定3枚以上的双皮质螺钉或4枚以上的单皮质螺钉。术中遵循钢板长跨度、少螺钉的原则,术毕活动膝踝关节,检查其固定牢靠后,缝合伤口。1.4术后治疗本组病例均未在伤口内放置引流管,术后第1天常规行患肢股四头肌等长和等张收缩训练以及踝、膝关节功能锻炼,行DR或CR检查,术后6～8周开始部分负重练习行走,并根据骨折的类型和病情的具体情况来指导康复训练。1.5与术后dr图像比较1.5.1术中图像拼接的效果由3位副主任医师及以上人员进行评估(自拟的评价标准及方法)。(1)优:图像质量偏差无或极小,其均匀度较清晰,能够准确显示骨骼的完整性和判定骨折移位情况;(2)良:图像质量偏差极小,其均匀度稍欠清晰,能够显示骨骼的完整性,不影响准确判定骨折移位情况;(3)可:图像质量偏差小,其均匀度欠清晰,显示骨骼的完整性有所欠缺,但不影响准确判定骨折对线情况;(4)差:图像质量偏差稍大,其图像均匀度模糊,不能够显示骨骼的完整性,影响准确判定骨折对线情况。1.5.2术中拼接图像与术后DR或CR图像进行比较,对拼接图像的股骨下角、股骨髁干角、股骨髁间沟角、胫骨踝穴角(正侧位)、胫骨上角和胫骨干角等七个相关角度进行比较,分析是否在正常角度范围以内。(1)股骨下角:股骨干轴线与股骨内外髁切线间的外侧夹角,正常为75°～85°;(2)股骨髁干角:股骨干长轴线与股骨髁长轴线间的后方夹角,正常为90°～100°;(3)股骨髁间沟角:股骨髁间沟底与股骨髁纵轴所成的角,正常为(34±0.5)°;(4)正位胫骨踝穴角:胫骨下1/3的轴线与胫骨踝关节面所形成的夹角,正常为(87.7±3)°;(5)侧位胫骨踝穴角:胫骨下1/3的轴线与胫骨下端前后缘连线所形成的角,正常为(81.1±2.2)°;(6)胫骨上角:胫骨长轴与胫骨上端关节面所形成的外侧角,正常85°～100°,平均93°;(7)胫骨干角:侧位片上,胫骨干纵轴线与胫骨上关节面的后方夹角,正常<90°。1.6统计学分析应用SPSS12.0统计软件进行数据分析,计量资料以均数±标准(x¯±s)(x¯±s)表示,两样本均数比较采用t检验,P<0.05为差异有统计学意义。2结果2.1术后住院及术后处理情况本组共43例,手术时间50～100min,平均78min;术中出血约80～140ml,平均110ml。无一例发生感染,切口均一期愈合。住院时间12～18d,平均16d。术后43例均获随访,随访时间6～16个月,平均8个月,术后即时及术后3月复查X线片示骨折对位、对线佳,骨折均愈合,无钢板断裂和螺钉松动,均有大量骨痂生长,骨折临床愈合时间12～16周,平均14.3周。本组43例,优27例(62.8%),良15例(34.9%),可1例(2.3%),差0例(0.0%),优良率为97.67%。2.2图像对比的统计学处理43例患者的拼接图像所测量的角度和DR或CR全长的角度差别极小,均在正常值范围以内。统计分析表明,术中拼接完整图像和术后DR或CR图像的比较,所测量的角度无明显区别,差异无统计学意义(P>0.05),说明拼接图像的效果与术后DR或CR全长图像相似。见表1,2。3经皮固定部位全景成像3.1二十世纪九十年代Krettek等提出的经皮微创接骨板接骨术是指经过骨折两端放钢板而尽量不直接暴露骨折区进行复位钢板内固定的技术,符合微创外科与桥接钢板接骨结合的生物学固定技术,即MIPO和LISS,其技术关键是避免对骨折端直接暴露和软组织的过渡损伤,维持骨骼稳定的固定,减少了骨折端及骨折块的周围血供再破坏,使骨折在良好的生物学环境下愈合。具体操作时强调间接复位和最小的组织损伤,并利用锁定螺钉与钢板形成不同方向的成角锁定,使钢板和锁定螺钉形成一个稳定的内固定系统,提高了内植物的把持力,达到了固定牢靠、骨折愈合快的目的,尤其对老年人骨质疏松和多节段骨折的患者,或是伴有股骨远端、胫骨近端和远端骨折不适合髓内钉固定的患者更具有优势。但在骨折复位和钢板保持在骨骼中心线方面,此项技术仍有所欠缺,所以,我们在术中均采用了相关的措施来预防,争取在达到力线的基础上解剖对位。措施是在经皮插入钢板后,在钢板两端进行克氏针临时固定的同时,通过C型臂透视并观察骨折复位效果和钢板摆放的位置,以保证复位和钢板摆放的准确。一般来说,复杂性骨折要求术前须进行骨牵引以确保达到力线复位,术中必要时可行股骨或胫骨牵开复位器进行复位,骨折对位良好时进行钢板及克氏针调整固定,使钢板在骨骼的中心线上,以减少对位不佳的情况发生。在进行术中C型臂透视时,如果投照的范围有限制,可行图像拼接技术进行实时图像拼接获得股骨或胫骨全景图像,用来判断骨折对位对线的整体效果;若有移位或与钢板贴服不好,可采用经皮复位钳等有助于复位的工具进行复位。3.2术中骨折内固定部位全景成像的原理是通过移动式C型臂多次透照,将转化成JPEG格式的多幅照片图像局部重叠区配准而实现。其配准技术有基于面积法和特征法两种,本文采用的PhotoStitch软件是在基于特征法技术上实现全景拼接,在图像上选择在两个图像显示的区域,将此区域拖动到另一个图像的适当位置上,这样选择两个或者多个区域(最好是分开的区域)进行重叠并合并形成全景图像。其主要特点是:首先,图像拼接软件的种类较多,其功能亦不断完善,尤其是PhotoshopCS版本,它提供了色阶和自动色阶、亮度/对比度和对比度、曲线及直方图,以及合并可见层等图像编辑和合成工具,可以将2张或以上图像经编辑后合并成1幅图像,引入图层概念后,给图像的编辑和合成带来了极大的便利。其次,Fotocanvas软件尽可能保持图像的放大比例和最小的放大失真;选择水平走向的骨骼边缘和标记物为标记点易于拼接;将图像调整为透明状的标记点易于找到。我们采用的Canon处理图像的PhotoStitch3.1软件在应用中,发现它所需只有几兆的内存,同样具有图像合成和编辑工具的功能以及操作简单易学和启动运行时间短的优点,故能减少术中操作和运行的时间;与此同时,PhotoStitch3.1拼接的图像密度均匀性、拼接质量及临床测量都能够达到术中医生对其骨折部位的整体观察的质量效果及医疗的需要,从而使医生能够及时、准确的对骨折部位复位和固定整体效果进行评估。影响图像质量的因素:(1)不同的软件拼接的图像质量有一定的差异。如PhotoshopCS4版本更具有高质量图像,但它不适合本研究,因为本研究主要应用在术中,而PhotoshopCS4版本所需内存大、启动运行慢、操作复杂,延长了术中操作时间。PhotoStitch3.1软件在不影响图像效果同时,节省了术中操作时间,本组43例经图像拼接的图片和术后DR全景图像显示均无明显误差,拼接图像的密度均匀性虽稍有欠缺,但图像质量不会影响术中医生对骨折复位内固定部位的整体效果和评价。(2)图像格式的转换对图像质量也有一定的影响。①JPEG(JointPhotographicExpertsGroup)图片格式是日常较为常见的一种图像格式,该压缩技术是用有损压缩方式去除冗余的图像和彩色数据,在获取较高压缩的同时,并能展现较为生动的图像,也就是说可以用最少的磁盘空间得到较好的图像质量,且是采用平衡像素之间的亮度色彩来进行压缩,这样更加利于表现带有渐变色彩的图像,使JPEG图像格式在拼接运行的时间较短,故我们采用JPEG图片格式作为拼接图像格式。②BMP(Bitmap位图)的格式是Windows操作系统中的标准图像文件格式,能够被多种Windows应用程序所支持。随着Windows操作系统的流行与丰富的Windows应用程序的开发,BMP位图格式理所当然地被广泛应用;这种格式的特点是包含的图像信息较丰富,几乎不进行压缩,但其缺点是占用磁盘空间过大。③PNG(portablenetworkgraphic)是一种新兴的网络格式,因为它具有不失真并吸取了JPG和GIF两者的优点和色彩模式,其具有储存形式丰富、便于网络传输、显示速度快等优点,得到国际网络联盟推荐认可,但它在诸多软件中不支持。(3)术中要求移动式C型臂的操作要熟练和无菌,操作时应在透照部位和C型臂始终保持在同一水平高度上下移动,不能改变透照角度、患者体位和C型臂的位置;对移动式C型臂的曝光参数应适当限制其曝光量以保证图像质量,即使摄影曝光条件设定得高一点也不会出现废片。本组43例经图像拼接的图片和术后DR全景图像显示均无明显误差。虽然本组拼接图像的密度均匀性有所欠缺,但拼接的图像不影响术中医生对骨折复位内固定部位的整体效果和评价。(4)我们自拟的评价标准均由3名副主任医师以上人员进行评价,术中评