椎弓根螺钉植入近红外实时监测技术基础研究

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椎弓根螺钉内固定是脊柱外科的常用手术,目前存在植偏、误植等问题,对钉道偏差缺乏直观有效的监测手段。本文提出了一种基于近红外光谱技术的椎弓根螺钉植入监测技术,对提高椎弓根螺钉内固定手术植钉的准确性与安全性具有重要意义。论文围绕近红外椎弓根螺钉植入监测技术的算法原理、监测系统设计与实现以及验证性实验等方面进行研究。主要研究内容包括:1、提出了一种组织光学参数的漫反射率反演算法并通过实验对算法准确性验证;2、搭建了一套近红外椎弓根螺钉植入监测系统,能够实时监测植钉过程中钉道前方组织约化散射系数(μs′)的变化;3、通过动物实验研究发现椎弓根钉穿刺钉道上的组织μs′与组织结构存在密切关联,并研究了正常穿刺钉道与内偏植钉钉道上的μs′随深度的变化规律;4、通过人尸体实验证实μs′可作为反映植钉穿刺钉道偏差的识别因子,并得到了植钉穿刺钉道上的μs′安全阈值,将来可将此阈值作为开发植钉导航报警设备的参考依据。论文主要创新点:(1)首次将近红外光谱技术用于椎弓根螺钉植入手术的钉道监测;(2)探索并通过实验证明了约化散射系数(μs′)可以作为钉道导航的识别因子;(3)获得了穿刺钉道上的μs′随深度的变化规律及人体植钉穿刺钉道上的μs′安全阈值。
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