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計算機程序助力脊柱外科手術

作者: 2019-03-14 18:33 來源:中國科學報 趙熙熙
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  美國科學家報告稱,他們設計的計算機程序可以幫助外科醫生在實時手術過程中識別和標記脊柱節段,進而避免在錯誤的節段上手術造成的高昂代價和可能使人衰竭的后果。

  目前的研究建立在之前所描述的算法基礎上,該算法被稱為“LevelCheck”。LevelCheck由約翰斯·霍普金斯大學醫學院生物醫學工程、計算機科學和放射學教授Jeffrey Siewerdsen博士設計和開發。最新研究成果日前在線發表于《生物醫學工程年報》。

  “在脊柱的錯誤部位進行手術是罕見的,但對于患者和外科醫生來說,即使一次錯誤也會帶來可怕的后果。”參與此項研究的Amir Manbachi博士說,“LevelCheck旨在幫助使此類錯誤‘永不’發生。”

  研究人員表示,根據目前的估計,脊柱外科醫生在每3100例手術中只有一次對錯誤的脊柱節段進行手術。然而,錯誤的手術帶來的后果是嚴重的,可能導致癱瘓、額外的外科手術,以及醫療保健費用大幅增加。

  大多數人具有相同數量的脊柱節段,被標記為L1、L2等。目前,外科醫生在手術時通過在手術室中使用患者的X光片識別其正確的脊柱節段,并在X光片上對脊柱節段向上或向下計數,以識別和驗證正確的節段。

  然而,由于X光片的圖像質量差以及患者的位置、體重或非典型脊柱構造等原因,有時X光片難以在手術現場看清。諸如椎間盤突出等狀況都可能導致外科醫生在識別正確的脊柱節段時出現錯誤。

  LevelCheck程序使用患者在手術前拍攝的即時MRI或CT掃描圖像。通過將影像數據輸入LevelCheck計算機程序,工程師使用數學算法比較解剖標志,將它們排成一行,并將術前掃描的每個脊柱節段的數字標簽轉存到手術室拍攝的數字X光片上。隨后,經過LevelCheck驗證的脊柱節段被提供給外科醫生,以告知他們對正確脊柱節段的評估。

  對于目前的研究,科學家建立了一個模擬手術室。他們選擇了2012年至2016年期間在約翰斯·霍普金斯醫院進行的364例脊柱手術中的62例涉及長節段脊柱的手術,特別挑選出最難以看清和標記的X光片圖像。

  所有X光片已經事先由一位神經放射學家正確地標記了,以確定圖像上正確的手術部位的位置。隨后,研究人員要求5位外科醫生以兩種方式在同一張X光片上作標記——首先使用LevelCheck輔助標記片段,其次在沒有程序幫助的情況下標記片段,然后確認其標記是否正確。

  他們還多次向外科醫生隨機提出一些相同的病例,以考慮疲勞或注意力減弱的情況。

  結果顯示,在沒有LevelCheck幫助的情況下,外科醫生在這些具有挑戰性的病例中標記患者脊柱節段,結果46次試驗中錯了14例。然而,如果外科醫生在標記片段之前或之后使用LevelCheck,平均錯誤率在46次試驗中降至1例。

  隨后,約翰斯·霍普金斯醫院的外科醫生在沒有LevelCheck的幫助下標記了患者的脊柱節段之后,研究人員在20個實時手術中測試了LevelCheck的標記功能。外科醫生的初始標記和LevelCheck的標記結果在所有20個手術中都正確,這些手術并沒有特別選擇疑難病例,目標是確定他們是否可以將LevelCheck結合到實際手術中。

  雖然研究人員表示LevelCheck尚在開發階段,還不能確定其成本,但他們表示需要一臺帶有顯卡的計算機和工程師來操作該軟件。他們希望進一步使系統自動化,以便外科醫生可以在沒有工程師的情況下使用它。

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