陀螺仪记录转移自然头位系统的建立及其精度检测

摘要

目的:基于陀螺仪、三维手术设计软件建立自然头位(nature head position,NHP)记录及转移系统,在手术设计软件中将"数字头颅"重置于自然头位,评估该系统的可行性和精确度。方法:基于陀螺仪和三维编辑软件建立自然头位记录及转移系统。(1)通过牙合叉、面弓等装置将陀螺仪与患者头部固联。患者佩戴陀螺仪装置,通过镜像调整头颅位姿到自然头位后,用陀螺仪记录即刻头颅的俯仰角(Pitch)、横滚角(Roll)和侧偏角(Yaw),这是实际NHP。(2)当陀螺仪位姿为零位时(Pitch=0°,Roll=0°,Yaw=0°),进行锥体束CT扫描,三维重建后得到标准陀螺仪模型。(3)将患者数字头颅与标准陀螺仪模型配准融合,两物体共同旋转至记录的NHP位姿(Pitch、Roll,Yaw),数字头颅在虚拟环境下重置于NHP,是为虚拟NHP。(4)采用标准立方体作为试件,将其摆放于任意位姿,分别记录其实际位姿和虚拟位姿,进行30次实验,计算实际位姿与虚拟位姿的差异(ΔPitch,ΔRoll,ΔYaw),如符合正态分布,对实际位姿与虚拟位姿的3个角度分别进行配对t检验,对它们的相关性进行Pearson检验。结果:陀螺仪装置能够记录患者头颅位姿,并可通过软件将该位姿转移至手术设计系统。ΔPitch=0.03°±0.28°,ΔRoll=0.03°±0.23°,ΔYaw=0.07°±0.49°,立方体实际位姿与转换后虚拟位姿相应角度差异均无统计学意义(P>0.05);Pearson检验得到两者在α=0.01水平(双向)显著相关(r=1.00)。结论:基于陀螺仪装置和三维手术设计软件的自然头位记录、转移系统精度满足正颌外科手术设计需求,操作流程具备可行性。