计算机辅助导航技术在骨科手术中的应用.pdf
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国内讲堂
11 继续医学教育 第21 卷第1 2 期
计算机辅助导航技术在骨科手术中的应用
邱贵兴(中国医学科学院协和医科大学北京协和医院骨科 100710 )
作者简介
邱贵兴, 男, 江苏省无锡
市人, 教授, 博士生导师,中华医学会骨科分会主
任委员, 中华医学会北京
分会骨科专业委员会主
任委员, 中华骨科杂志主
编, 吴阶平医学基金会理
事, 中华医学会国际交流
与合作工作委员会委员。
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、CT 、MRI )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20 %~30 %。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。
1 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。1986 年
Roberts 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,Bernett 和 Reinhard 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。1991 年日本
的Wanatabe 和美国的Pell 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。1992 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Kevin Foley 将光学手术导航系统应用于脊
柱外科领域。1995 年,Gunkel 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。
1999 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CT 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。
2 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 ......
11 继续医学教育 第21 卷第1 2 期
计算机辅助导航技术在骨科手术中的应用
邱贵兴(中国医学科学院协和医科大学北京协和医院骨科 100710 )
作者简介
邱贵兴, 男, 江苏省无锡
市人, 教授, 博士生导师,中华医学会骨科分会主
任委员, 中华医学会北京
分会骨科专业委员会主
任委员, 中华骨科杂志主
编, 吴阶平医学基金会理
事, 中华医学会国际交流
与合作工作委员会委员。
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、CT 、MRI )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20 %~30 %。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。
1 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。1986 年
Roberts 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,Bernett 和 Reinhard 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。1991 年日本
的Wanatabe 和美国的Pell 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。1992 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Kevin Foley 将光学手术导航系统应用于脊
柱外科领域。1995 年,Gunkel 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。
1999 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CT 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。
2 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 ......
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