智能影像导航和手术机器人课件

,5/8/2021,#,外科导航和手术机器人：个人视角,A,Personal,Take,on,Smart,Surgical Navigation,and,Surgical,Robotics,外科导航和手术机器人：个人视角,1,提纲,上海交通大学,医,疗,机器,人,研究院,外科,导,航和手,术,机器人,技,术,分类,共性,技,术,发,展,趋势,结论,提纲上海交通大学医疗机器人研究院,2,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版标题样式,上海交通大学医疗机器人研究院,单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式上海交通大学,3,10,大研究中心、,2,大公共平台,零号湾医,疗机器人,产业园,打造医疗 机器人生 态系统和 产业链,临床联合 研究中心,13家附属 医院,国内外高 水平医院,临床转化平台,产业转化平台,上海交通大学医疗机器人研究院,：2017,年底,由,杨广,中,院士,创,立,基础、应用、临床及转化,建设,国家转,化,医学,大,科,学,基础,设,施,医学,诊,疗装,备高端研,发,平,台,向,国际、校,际,协作,和,工,业,界开,放,手术机器人,中心,康复与辅助,机器人中心,生物光学中,心,影像导航介,智能人机交,精密机电系,微纳系统 中心,感知与认 知中心,仿生系统 中心,先进智能 材料中心,精密制造,公共平台,医疗影像,公共平台,建成：三方四型、三位一体的,新,型研发机构,入,中心,互中,心,统中,心,10大研究中心、2大公共平台零号湾医 疗机器人 产业园临床转,4,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版标题样式,外科导航和手术机器人技术,单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式外科导航和手,5,回顾历史：技术发展带来了诊疗技术的巨,大,转变,麻醉,解剖学,无菌术止血、输血,19世纪：随着四大技术有效应用，外 科医学得以快速发展,20世纪：新技术、新发明推动外科医学向专业化、精细化发展,Baura,Medical Device Technologies,2012,回顾历史：技术发展带来了诊疗技术的巨大转变麻醉解剖学无菌术,6,什么是外科导航和手术机器人？,实现安全、平稳飞行,外科医生,微创、安全、精准手术,外科导航和手 术机器人？,疾病手术治疗,vs.,飞行员驾驶飞机,飞行员飞行支持系统,什么是外科导航和手术机器人？实现安全、平稳飞行外科医生微创、,7,外科导航和手术机器人,如何达到微创、安全和精准智,慧,诊疗,涉及到多学科交叉知识,开放手术,多孔腔镜,单孔腔镜,外科导航和手术机器人如何达到微创、安全和精准智慧诊疗开放手术,8,外科导航和手术机器人,手术导航与机器人系统,(3),光电、电磁、快速原型等多种导航手段,(2),个性化建模仿真与手术规划,需要多学科、跨领域的知识结构,X光、C,T,、,MR,I、超声等多模影像数据处理和融合,(5),智能手术器械、手术机 械臂和手术机器人,(4),导航可视化和增强现实,系统集成,外科导航和手术机器人手术导航与机器人系统(3)光电、电磁、,9,外科导航和手术机器人分类,定位型外科导航和手术机器人,系,统,提供精准定位、路径规划和导航；实现组织穿刺、制钉、磨削等功能,特点：建立术前图像或术中图像同手术场景的映射关系，医生基于此映射关系，指导手术,Stryker：Mako,膝盖、髋关节置换手术,Medtronic:Mazor,TMX,Stealth,机器人辅助脊柱手术平台,Zimmer Biomet:,ROSA Knee,System,机器人辅助全膝关节 手术平台,Smith,&,Nephew:,NavioTM,全膝关节置换,Globus,Medical:,ExcelsiusGPSR,多功能机器人导航、成像多功 能性和独特的实时信息,NuVasive:,Pulse,脊柱外科自动化平台,天智航：天玑,应用于脊柱全节段、骨盆、四肢等部分螺 钉内固定术,北京协和,：HURWA,人工关节置换手术,外科导航和手术机器人分类定位型外科导航和手术机器人系统Str,10,定位型外科导航和手术机器人例子,天智航脊柱机器人,定位型外科导航和手术机器人例子天智航脊柱机器人,11,定位型外科导航和手术机器人例子,天智航脊柱机器人,定位型外科导航和手术机器人例子天智航脊柱机器人,12,定位型外科导航和手术机器人例子,美敦力,superDimension,气管导航系统,基于电磁导航,可进行组织穿刺、活检等操作,定位型外科导航和手术机器人例子美敦力superDimensi,13,定位型外科导航和手术机器人,可把它看成是一个医生的手,术,GPS,系统，,基,于图像和手,术,场景一一对应,问题：,如果由于手术操作，病 人的器官形态发生了变,化怎么办？,定位型外科导航和手术机器人可把它看成是一个医生的手术GPS系,14,解决方法：术中成像,其它：,术中二维或三维透视图像 术中,MRI,超声 内窥镜,显微内窥成像,解决方法：术中成像其它：,15,外科导航和手术机器人分类,操作型外科导航和手术机器人,系,统,主要用来支持腔镜手术和血管介入手术,扩展医生的手、眼、脑，不一定提供定位、路径规划和导航,直觉外科：达芬奇手术系统,手术操作精确、曲线短、微创,增加医生视野角度、减少手部颤动,美敦力：,Miro,Surge,心脏手术中保持心脏跳动,CMR,：,Versius,满足腹腔镜手术、耳鼻喉手术的不同需求,模仿人类手臂、每个手腕具备四个关节,微创医疗：图,迈,腔镜机器人,山东威高：妙手,S,交大术创：手术机器人,外科导航和手术机器人分类操作型外科导航和手术机器人系统直觉外,16,操作型外科导航和手术机器人系统例子,直觉外科：达芬奇手术系统,操作型外科导航和手术机器人系统例子直觉外科：达芬奇手术系统,17,共性技术,共性技术,18,共性技术：多模影像处理,http:/,www.ircad.fr/fr/recherche/visible-patients,共性技术：多模影像处理http:/www.ircad.f,19,共性技术：多模影像处理,http:/,www.ircad.fr/fr/recherche/visible-patients,共性技术：多模影像处理http:/www.ircad.f,20,共性技术：多模影像处理,多模多源图像的分割、配准、,模,态转换、,融合和可视化,多模：多种物理成像方式,多源：术区组织多样，风险不,一,，涉及 到硬组织及血管、神经、肌肉,等,软组织,用途,术前手术规划,虚拟手术训练,提供同用户交流手段,为术中导航提供静态路图,（,roadmap),共性技术：多模影像处理多模多源图像的分割、配准、模态转换、,21,共性技术：术中感知和认知,设计基于多源多模感知信息的,术,区自动识别,方法，并联合规划手术区域，,建,立导航或机,器,人 操作风险机制,例子：脑穿刺时微小血管的检,测,问题以避免,损,伤 血管导致颅内出血,Science Advance,2018;,4(12):eaav4992,共性技术：术中感知和认知设计基于多源多模感知信息的术区自动识,22,共性技术：术中感知和认知,Property,and Copyright,2014 Blue Belt,Technologies,Inc.,The Navio,system,Precision Freehand Sculpting technology,tracks the position,of,the,handpiece and bur relative to,the,intended,cut,plan and adjusts,the,exposure of,the,bur,beyond a static,guard to modulate,cutting,共性技术：术中感知和认知Property and Copyr,23,共性技术：术中感知和认知,Property,and Copyright,2014 Blue Belt,Technologies,Inc.,Unicondylar Knee Replacement (CE marked,FDA,approved),Patello-femoral,Arthroplasty,(CE,mark,FDA approval,pending),+,Standard optical navigation,technology,+,UKR and,PFA,image-free,applications,+,Intra-operative,planning,共性技术：术中感知和认知Property and Copyr,24,共性技术：术中感知和认知,Imaging,3D,Planning,-2,-1,0,1,2,Precision,guidance,Weber,et al.,2017,共性技术：术中感知和认知Imaging 3D Planni,25,共性技术：增强现实显示技术,增强现实显示技术就是把虚拟数字信息，如三维模型，手术规划等叠加到真实世界的图,像中，从而提供微创、精准、智慧导航,http:/https:/ 术机器 人,骨科,血管 介入,腔镜 手术,呼吸,外科,放射,外科,牙科,耳鼻 喉科,眼科,专科机器人蓬勃发展专科手 术机器 人骨科血管 介入腔镜 手术,31,发展趋势,发展趋势,32,结论,影像技术、人工智能以及机器,人,技术在医疗,领,域应用,，,必将克服,人,类能 力的局限性，突破现有手术的,瓶,颈和禁区，,创,新治疗方,式,，推动,现,代医 学向智能化和精准化方向迈进。,脑,借助智,能,决策，,使,治疗更,加,有效，,副,作用更小,(,Super,brain),眼,借助影,像,和信息,可,视化，,使,病灶无,法,遁形,(,Super,vision),手,借助机,器,人，使,操,作更加,准,确、微,创,、稳定,(,Super,hand),目标：更小，更智能化，更方便使用的新一代影像导航系统 和外科手术机器人,结论影像技术、人工智能以及机器人技术在医疗领域应用，必将克服,33,Any,questions!,Any questions!,34,