3D虚拟影像联合光纤技术智能导航定位血管腔内导管

3D虚拟影像联合光纤技术智能导航定位血管腔内导管

武汉协和医院血管外科：李德富、Lv（吕平）

精确穿行于血管系统de智能导管

血管腔内介入是医学常规中不可分割的一部分，全球每年要完成六百万例介入术。在介入术中，医生会插入一根细而柔韧的导丝以引导导管进入血管来释放支架或去除血栓等。为了介导导管精确穿行于血管，患者在术中要经受X线辐射，医生也会暴露于一定量的辐射。另外，X线仅仅显示的是2D投射影像而不是3D影像，有时这会妨碍导管的精确定位，德国Fraunhofer MEVIS研究所（Institute for Digital Medicine MEVIS）正在开发一种被称为IntelliCath的系统（智能导管导航）以解决这些问题。

TIPS: 将智能导管插入血管系统，医生可在患者虚拟3D模型中观察导管de位置

新方法使用一种配有特殊光纤的导管，含一些微小的“镜子”，当光线通过光纤，这些镜子会反射一部分光线。每当光纤弯曲，反射的光会改变颜色，这是该方法的一个关键特征，因为感应器可测量出颜色的改变。来自感应器的信号可告诉人们有关弯曲的强度和方向信息，在一定程度上，光纤“知道”它现在的形状。

然而为了精确导航穿行于血管系统还需要另一个要素， 在术前医生要获得患者CT或MR（核磁）影像，基于这些影像数据，软件可生成血管系统的3D模型并将其显示于显示屏上。在血管腔内手术过程中，来自光纤的实时数据被输入模型。因此，医生观看显示屏就可看到介入装置如何实时穿行于迷宫般的血管，并且是3D影像。

MEVIS研究所的专家们已经利用原型测试了这种方法的可行性。他们将数根硅树脂软管连接成一个弯曲的迷宫，然后他们将包含有一根光纤的装置插入这个迷宫。在显示器上，他们可以实时定位导管的位置，精度接近5毫米。研究者已经将该技术应用于两位患者。

尽管有几家医疗器械公司也在致力于相似的项目，并花费了大量的技术努力以尝试重塑整个导管的形状，后者可达两米长。然而MEVIS研究所的算法仅需要一小部分数据就可将导管定位于一个已知的血管系统内。因此， MEVIS的方法是具备成本效益的技术，无需特种光纤与测量系统，并且与以前的方法相比，对测量误差较不敏感。

接下来，专家将在人全身血管系统和一个猪肺的虚拟影像上测试IntelliCath系统，2020年在当前项目即将结束之际，一种原型装置将准备作为基础用于一个临床试验。

另外，该团队正在开发声反馈以解除医生需要经常查看显示器的负担，此理念是采用各种指示音来提示血管的下一个分叉处有多远以及导管将插向哪个方向，这与小汽车的辅助驻车系统相似，人们也是接受声音提示距下一个障碍物的距离。

IntelliCath是更广泛的SAFE项目的一部分 (微创神经血管术软件支持及辅助系统），后者的目的是支持医生在导管术中方便以X线导航。

例如，软件可显示自CT或MR影像提取的辅助信息，并整合入实时X线影像。此外，人工智能将能自动侦测到导管的位置。该项目的合作方正在开发一种智能化辅助系统来支持导管术，从支持导管人工导航到全自动导航 ，SAFE项目获得两百四十万欧元的资金，开始于2017年4月，将于2020年9月结束。

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