迈向磁跟踪技术与荧光镜引导介入治疗的无缝融合

《IEEE Transactions on Biomedical Engineering》：Towards Seamless Integration of Magnetic Tracking Into Fluoroscopy-Guided Interventions

X射线透视的2D投影导致深度缺失和辐射过长的难题，通过集成放射不透明磁场发生器原型及双层安装框架，结合外部铝制标记物实现高精度透视-CT注册（均方根误差<0.7mm），并在 phantom实验中验证了2-3mm的实时导航精度，为磁追踪技术在透视引导手术中的应用奠定基础。

　　

摘要：

X射线放射成像的二维投影特性在透视引导的介入手术中存在显著局限性，尤其是深度感知的丧失和长时间的辐射暴露。将这些工作流程与磁追踪技术相结合具有很大的潜力；然而，在当前的研究和实践中，这一技术仍然具有挑战性且尚未得到充分探索。为了解决这些问题，我们采用了透射型磁场发生器（FG）原型作为实现无缝磁追踪（MT）整合的基础步骤。我们设计了一个双层FG安装框架，以适应各种C臂X射线系统，确保安装顺畅并实现最佳的追踪精度。为了克服技术挑战，包括精确的C臂姿态估计、稳健的透视-CT配准以及3D导航，我们提出了在不干扰传统工作流程的情况下使用外部铝制标记物的方法。实验评估表明，铝制标记物和C臂对磁追踪精度没有临床意义上的影响。我们的透视-CT配准技术显示出高精度（平均投影距离约为0.7毫米）、良好的鲁棒性（宽捕捉范围）以及在本地和公共数据集中的通用性。我们使用内漏修复手术作为代表性操作进行了实验验证。在实时引导下，针头插入的误差在2毫米到3毫米之间。总体而言，我们的结果证明了磁追踪辅助方法的有效性和临床适用性。据我们所知，这是首次将透射型磁场发生器整合到透视引导工作流程中的研究。

引言

X射线透视仍然是术中图像引导的主要方式，广泛应用于心血管、血管内、骨科和神经介入手术等领域，以及疼痛管理和活检中[1]、[2]、[3]。透视技术能够提供骨骼结构、增强对比区域的清晰图像以及金属物体的高对比度显示，从而帮助操作者实时监测和调整手术器械的位置。为了准确判断器械的深度，C臂必须垂直于器械的运动轨迹；在评估深度后，需要将其恢复到初始位置以继续监测器械的方向。此外，C臂需要高效定位以获得所需的放射图像，这一过程通常需要多次图像采集，即所谓的“透视搜索”。由于X射线放射成像的二维投影特性，C臂需要频繁重新定位并进行多次图像采集。这种特性正是透视引导手术的主要局限性所在，主要表现为患者和医务人员遭受的深度感知丧失和长时间辐射暴露。