微型高频超声探头探测模拟脊柱椎弓根钉道穿孔的实验研究

作者：李志强; 李索远; 徐依雯; 王强; 邵维维; 李培洋; 焦阳; 杨晨; 李东泽; 崔崤峣; 沈军^*

来源：中华实验外科杂志, 2023, 40(01): 106-110.

DOI：10.3760/cma.j.cn421213-20220424-00307

• 脊柱
• 椎弓根
• 导航
• 成像
• 近距离
• 超声

目的研制一种新型微型高频超声换能器并检测其对脊柱椎弓根钉道内壁的成像识别能力。方法使用牛髂骨制作4个尺寸为长3 cm、宽1 cm、厚2 mm的皮质骨片, 使用电钻在每块骨片的中心钻出直径分别为1、2、3、5 mm的圆孔, 模拟椎弓根外层皮质不同大小的穿孔。利用尺寸为3.0 mm×1.0 mm×1.0 mm的30 MHz的微型超声换能器在不同距离对不同大小的皮质骨孔洞进行了成像测量, 通过消除传输振铃效应及基于对数函数的灰度映射方法, 提高极限近距离分辨能力;通过归一化灰度值曲线精确计算孔径大小, 并运用单因素方差分析与实际值进行比较。结果在测量距离≥2 mm时, 该高频超声换能器可以检测到直径为5、3、2 mm的孔;在距离为1 mm处, 仅5 mm和3 mm的孔可以清晰识别, 2 mm的孔存在形变;直径为1 mm的孔在任何距离都无法识别。直径为5 mm、3 mm和2 mm的孔在4 mm、3 mm、2 mm和1 mm 4个不同测试距离下测得的平均校正测量孔径与实际孔径分别比较[(5.07±0.06)、(4.93±0.11)、(4.95±0.07)、(5.01±0.11) mm比5 mm, F=2.166, P>0.05;(3.02±0.06)、(2.96±0.12)、(3.08±0.10)、(2.92±0.08) mm比3 mm, F=2.696, P>0.05和[(2.01±0.07)、(2.01±0.02)、(2.00±0.10)、(2.05±0.11) mm比2 mm, F=0.403, P>0.05], 差异均无统计学意义。结论研制的30 MHz微型超声换能器所能识别的穿孔直径下限为2 mm, 近场成像极限距离为1 mm;为进一步研发基于超声的脊柱椎弓根内部成像和导航系统奠定基础。

• 单位
  南京医科大学; 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所; 苏州市立医院