中华骨科杂志 2 0 0 6年 1 0月第 2 6卷第 1 0期 C h i nJ O r t h o p ,O c t o b e r 2 0 0 6 ,V o l . 2 6 ,N o . 1 0

    计算机辅助导航技术在骨科手术中的应用

    影像导航技术问世之前, 骨科医生在术中, 凭借

    人体的骨骼解剖特点、 术前患者的影像学资料( X线

    片、 C T 、 MR I ) 和术中的 X线透视进行定位。但是, 解

    剖变异或解剖标志的缺乏等往往会导致术中的定位

    偏差。 因此, 手术者的实践经验就非常重要。 然而, 即

    使是非常有经验的骨科医生,用传统方法进行较精

    确定位的手术, 也有出现偏差的可能性。 临床和实验

    研究已经显示,用传统定位方法行腰椎椎弓根钉植

    入的失误率为 2 0 %～ 3 0 %。然而, 如果应用影像导航

    技术, 椎弓根钉植入的失误率只有 0 ～ 4 %。近年来,计算机辅助影像导航系统用于术前制定手术计划和

    术中导航, 在手术过程中跟踪手术器械, 帮助骨科医

    生更精确和更安全地进行多种复杂手术。 因此, 该技

    术有许多不可替代的优越性,已被越来越广泛地应

    用于骨科手术中。

    一、 骨科计算机辅助导航技术的简史

    影像导航,也称为无框架立体定向。1 9 8 6年

    R o b e r t s 首次报告使用声波数字化仪跟踪手术器械

    或显微镜的方法,从而开创了无框架立体定向神经

    外科。随后, B e r n e t t 和 R e i n h a r d对超声波系统进行

    了改进, 使导航精度有了一定的提高, 但声学环境及

    温度很容易造成干扰而使导航失败。1 9 9 1年日本的

    Wa n a t a b e和美国的 P e l l 相继发明了遥控机械臂定

    位系统, 可以不受瞄准线约束。但因其体积过大, 使

    医生的操作受限。1 9 9 2年, 使用红外线跟踪技术的

    影像导航系统在美国开始应用于临床。这是世界上

    首台光学手术导航系统, 由于其精度较高, 所以成为

    目前市场上的主流产品。 同年, 著名的神经外科专家

    K e v i nF o l e y将光学手术导航系统应用于脊柱外科

    领域。 1 9 9 5年, G u n k e l 推出了电磁感应型导航系统,但由于手术室各种金属器械及仪器都会影响电磁

    场, 从而影响其精度, 所以未能很好推广。1 9 9 9年首

    台完全针对骨科的手术导航系统进入市场。X线透

    视和红外线跟踪技术、计算机定点手术技术的结合

    提供了一种新颖的术中影像导航的方法,减少了术

    中 X线透视的缺点。同时, 应用术前的 C T和 MR扫

    描数据进行骨结构的三维重建,在术前进行手术方

    案设计, 并在术中对正常或病变结构进行精确定位,以协助医生安全、 精确地完成手术。

    二、骨科计算机辅助导航系统的组成及工作原

    理

    以 X线透视影像导航为例, X线透视法和计算

    机技术的结合增加了标准透视法的优点,减少了缺

    点。在 “C ” 型臂透视 X线机的图像增强器上安装校

    准靶,经过一次或多次投照中获得的透视图像和位

    置校准后,计算机工作站就可以建立起一个透视图

    像的模型,将追踪的手术器械与保存的图像叠加在

    一起。当手术器械对之前获得的透视图像进行操作

    时,系统可以同时显示它们在多个平面上的位置关

    系, 这种方式称为 “虚拟透视” 。透视图像可保存, 透

    视时手术人员可以从手术区域离开,大大减少了放

    射线辐射 ......