骨科手术导航系统研究现状

!

维普资讯 http://doc.guandang.net

·

10· 4

国外医学·骨科学分册 20年 5 箜鲞笙 05旦 塑3￣le K.3 I 2I e R (eⅢ v k 1I1 9 U6 o~

2 Nhs Prc Tnat e a oe o t ugB,04 8() 62 6ItiH, elkL, i r M, t 1 B n i r r 20; 65: 8 i g .J Jn S~

U,es H, t1￣hpIrG eze, 01 192: Jn ea J .Zc o he rngb 20; 3() RvCa r pR l a i p b, 02 86 e l O t e tc A wrI t 20;8( i r h o mrre V

67 8

2 N h P rc . igr M, ta n t p 20￣ 82: 7 9 7 I ti H. elk L Tn at s i e Itc h, 0 4 2 () 8~ 0 k xo 8 S￣ dB, o l 2 t J N g rM, oi R, t k C i f o, 4 4 6 10 8 e R sk e e a AnO t p∞o; 2: 8~16 h

3 Vel Jny 3I hk R, en S es p1: s0 u p 21 1 )

2 osi M oeJi ugB, 04; 64: 0 1 9Skr JB n n s r r 2O 8()5￣54 kJ ot 13 eikL t h , elkC, t k K e 0 P rc, Mt sH P rc e a n eSl p r r m tlA trs, l i i r S ot a ao r o g sT u h c 0 0; 33: 7 13 05 1 ( 1~ 7 ) 6

3￣-anM, le C uaaH, t 1JBn i ugB,03 8() 4S r n Wo zpU e a oe o t r r 20￣ 56: n k B, . JnS8O 85 3~ 3

3 en Be C e l O t p lmtc pa I t 20; 77:4 1JnyJ o f R vC i r Y, i a r h Re reA prV,01 8( 65 o m i b )~

(o:050—7修回：050—2 g稿 20—21; 20—42 )

62 5

(本文编辑：翁洁敏)

·

计算机辅助骨外科·

骨科手术导航系统研究现状喻忠提要

王黎明实验和临床研究证明骨科手术导航系统能明显提高手术精度，少手术创伤。为骨科手减将

术带来革命性的变化。该文综述了计算机辅助外科手术导航系统的基本原理

、分类及研究概况，分析了各类导航系统的功能特点及影响导航精度的相关因素，出骨科手术导航系统的临床价值、用范围及 指应

评价方法，并对其应用前景作出了展望。 关键词计算机辅助手术导航系统骨外科学

近 1年来， O随着计算机技术和精密机械自动控制技术的日益成熟，医学影像设备质量的不断提高，结合计算机医学图像处理及三维可视化、医用机器人、空间三维定位导航系统和临床手术，由定量诊断、手术模拟和预测

系统的红外线摄像头动态追踪手术器械相对病人解剖结构的当前位置，并明确显示在病人的二维(三维)影像资料上，手术医生通过高解像度(04 20液晶显示屏， 12×18) 可从各个方位(轴位、矢状位、冠状位、术野前方透视层面等)观察到当前的手术人路及各种参数如角度、深度等， 从而最大限度地避开危险区域，在最短的时间内到达病灶靶点，大大减少病人的失血量、手术创伤及并发症， 完成真正意义上的微创手术。 2手术导航系统分类所有的 C S A系统均是导航工具与手术环境(包括医 生)的交互操作，从而实现一定的空间位置关系。按照交互方式的不同，将手术导航系统分为主动式、被动式、半主动式 3种。被动式手术导航系统占据主要的市场

( r r m l i )立体定向导航和远程医疗等组成的 s g ys u tn、 u e i ao 计算机辅助外科手术(A ) C S系统已成为生物工程研究的 热门领域之一。骨科手术所涉及的骨骼、节及其周围关 软组织容易被 X线、 T MR、 S等医学影像设备清晰 C、 IU地反映，其影像较为准确、丰富，易于三维重建，手术对象是物理学称作刚体(N rc r) i f ds ut e的骨骼、 t u关节及其周围

软组织，不会在手术操作过程中因器械的移动和体位的 变化而变形，手术中内固定材料、人工假体的植入特别依赖骨骼表面标志和术中医学影像。因此， A C S系统在骨科手术领域的应用最为广泛和活跃。计算机辅助骨科手术( A S系统将有可能成为未来骨科手术的首选标准 C O)方案。

份额。 手术机器人可归为主动式导航系统，这是因为机器

1手术导航系统基本原理手术导航系统是利用数字化扫描技术 (T MR、 精确的手术操作， C、 I C但必须有足够的安全保障措施来保护臂影像等)所得到

的病人术前影像信息，通过媒介体( 手术医生及病人免受任何可能发生的误操作危险。然 MO磁光盘、D R光盘、A C- D T磁带、 IO医院网络等) DC M输入到系统的核心——功能强大的计算机工作站，工作站通过高速运算处理重建出病人的三维模型影像，手术医生即可在此影像基础上利用相关软件进行术前计划(可设定多条手术计划路线)并模拟进程。在实际手术过程中，

人在实施手术的过程中完全凭借机器手进行操作，不需要手术医生的人工干预。机器人可以按照手术计划进行

而，机器人在灵活性方面却往往难以满足手术的复杂性要求，因而限制了手术机器人的临床推广应用。 被动式导航系统在手术过程中起辅助作用，仅仅控制手术工具的空间运动轨迹，最终的手术操作还要靠手术医生来完成。空间立体定位技术是其关键技术，可确定手术器械与病人解剖结构之间的空间位置关系。实现该技术的方法主要有机械手定位法、超声定位法、电磁定位法和光学定位法等。 半主动式导航系统大多还处于实验研究阶段，尚未

作者单位： 00,南京医科大学附属南京第一医院骨科 2 06 1作者简介；忠(94喻 17一算机辅助外科 )男，,医学硕士；研究方向：脊柱外科及计

!

维普资讯 http://doc.guandang.net

国外医·科学分册 2笙学骨 o

箜鲞筮 塑

·

1· 41

见到临床应用报道。它属于第 2医用机器人手术系代 统，允许手术医生在机器人控制的安全范围内随意移动手术工具，既有机器人的精确性，又有人手的灵活性。3导航系统研究概况 31 C . T导航系统 CT扫描是进行骨组织三维重建的主要手段，也是相

到；③MR限制了手术医生的操作空间， I给手术带来不便；④MR对骨性结构的显示不理想。 I34完全开放式导航系统 .

如果说 C T导航系统和 X线透视导航系统比较适合于微创手术，手术切口小，那么完全开放式导航系统则适

对较简单的一种方式，因而最早应用于计算机辅助整形手术以获取三维图像数据。配准技术是其中的关键技术，目的是把病人术前 C T图像数据、术中从定位器获得

合于那些解剖结构暴露充分的手术，典型的是全膝关节置换术。该系统采用非影像定位跟踪技术，手术中以模拟标本的立体几何图像的方法进行导航。该系统既不需要术前 C T扫描，也不需要术中 x线或超声

波图像，只需

的病人解剖结构的形状位置信息及手术器械的位置信息手术医生在术中用探针点取解剖结构的特征点即可。 D s re 5 19年最早将该技术应用于前交 e e等[于 95 sm 集成到一个共同的坐标系统中，手术医生将这些组合信息用于术中准确定位手术病灶区域或用于术中避开危险叉韧带重建手术，取得了满意的手术效果。随后该技术部位，典型的系统有 DGo等[开发的 H p a iia 1 i i v系统、又不断得到发展和拓展， N 应用于全膝关节置换术中。在 Lnl z 2 ag t等[开发的脊柱导航系统。C o T导航系统包括术病人股骨和胫骨上安装动态参考坐标系(反光标记球或前计划和术中手术干预，尽管在临床上积累了一定的成

功案例，但仍存在一些明显的缺陷，如术前 C T三维模型 与术中患骨解剖结构之间的配准精度较低 (至少 l m) m,实时性较差，手术时间较长，严重影响了医生使用的积极性，从而影响临床应用和发展。另外，术前 C T扫描也增加了病人的经济负担。32 X线透视导航系统、

发光二极管)利用股骨旋转和标记点的空间运算能够 …… 此处隐藏：15104字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……