研究背景:随着成像技术的不断发展与革新,血管成像已经成为了影像学检查的常规技术之一,主要应用于血管性疾病的筛查与诊断,占位性病变的术前评估,术前血管定位等。其中术前血管定位为与血管相关的外科手术,如显微外科,降低了手术难度,提高了手术成功率。但这些技术均只能应用于术前设计,术中血管立体定位导航方法一直处于空白。增强现实(augmented reality,AR)技术是一种能将计算机模拟形成的虚拟世界信息与真实世界信息“无缝”集成的新技术,被广泛应用于外科手术的术中导航。它能将重建的病人个体化的三维模型通过设备叠加到术者的手术视野相应位置,使得术者具有类似透视眼的能力,能透视皮肤“看见”皮下各器官、血管、肌肉、骨骼等分布,从而降低手术风险,提高手术成功率。将增强现实技术应用于血管定位,有望实现术中血管立体定位。研究目的:将血管造影CT(CTA)与增强现实技术结合,开发一种基于增强现实的术中血管立体定位技术,根据显微外科学科特点,初步搭建适用于显微外科术中血管定位的增强现实导航系统,并研究分析该导航系统的可行性,精确性,最终将该导航系统应用于临床。研究方法:1寻找CTA断层图像重建组织瓣供血血管及其周围结构三维模型的方法,简便、高效地重建供血血管及其周边组织三维模型。分析实现增强现实导航系统的各种技术,找出建立该系统的关键技术。结合显微外科手术的特殊性,选择合适的相关技术,建立增强现实导航平台,并在动物模型上,实现组织瓣供血血管的实时增强显示。2应用Micron Tracker系统分别检测快速成型血管模型及导航系统增强显示的虚拟血管模型上相应检测点的三维坐标,通过计算得出误差值,对导航系统的精确性进行分析研究。3将导航系统应用于临床,以股前外侧皮瓣为模型,选取合适的病人,进行术前准备及CTA拍摄。术前应用CTA数据进行三维建模及个性化手术设计。术中应用导航系统,在三维虚拟模型引导下对供血血管进行定位和解剖。研究结果:1根据显微外科学科特点,设计制作了基于种植钉的标志板支撑架,以基于标志板的视频检测技术作为配准技术,结合基于CTA数据的医学建模技术和基于半透视头盔的视频显示技术,初步搭建了显微外科增强现实术中血管定位导航系统。在实验犬胸背动脉穿支皮瓣模型上实现了组织瓣供血血管网三维模型与手术场景无缝联接的增强现实图像,可良好的指导手术。2导航系统距离误差在1.885mm-5.544mm之间,平均值为3.474±1.546mm,其精度符合显微外科血管定位要求。其中距标志板较远的检测点1,2,3距离误差平均值为4.832±0.617mm,距标志板较近的检测点4,5,6距离误差平均值为2.116±0.248mm。表明系统精度与标志板距离有线性关系,距离越近精度越高,距离越远精度越低。3基于CTA医学数据重建的三维模型可以明确显示旋股外侧动脉网络与周边组织的相互关系,提供旋股外侧动脉穿支血管的众多信息,进行个性化术前设计。术中导航系统的应用,使得术者可以观看到投射有旋股外侧动脉网虚拟模型的“虚实嵌合”的增强画面,协助术者快速定位穿支并精确解剖穿支。术中探查,穿支走行与浅出位点与导航提供信息一致,其精确性高于术前彩色多普勒超声定位,其定位速度快于术中便携式B超。研究结论:基于种植钉的标志板支撑架视频检测配准跟踪技术符合显微外科手术的特点,在此基础上搭建的增强现实血管定位导航系统实现了术中血管空间立体定位,能够降低显微外科解剖血管的难度和误伤血管的风险,提高显微外科手术的成功率,具有可行性及临床实用意义。