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、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。     

计算机导航技术在肺内小结节定位中的应用

目的探讨计算机图象导航技术（IGS）在术中定位孤立性肺结节（solitary pulmonary nodule,SPN）的临床应用价值。方法术前对患者进行体表标记,使用吸气末屏气技术行CT扫描。手术时将CT扫描数据传输到计算机辅助导航系统,建立两者三维坐标系的重叠,利用体表标记物进行注册,固定有万能适配器的穿刺针在导航仪的指引下穿刺到小结节注入亚甲蓝进行定位,并用胸腔镜切除肺部小结节。结果本组患者的所有结节均被准确定位,无手术并发症发生。结论计算机辅助导航系统可在术中对肺部小结节进行准确定位。     

计算机辅助外科手术的基本概念

目的讨论医用数字影像系统与计算机技术在骨科手术中的应用.方法总结目前计算机技术在骨科临床开发应用的几个组成部分及其应用.结果计算机辅助外科可以:①对患者的数字资料进行采集记录,从术前的CT、MRI和X线片来提取,从术中的X线透视或B超影像获得,从术中手术器械和骨组织上通过三维定位装置得到的定位与定向资料中汲取;②将术前影像资料与术中从解剖标志或从骨表面探取的数据进行配准、整合,或直接利用术中从B超图像截取的骨轮廓影像资料进行手术导航;③帮助医生进行准确的决策过程,采用各种信息,术中针对器械与骨组织的相互位置,在术前或术中的数字影像资料上模拟显示预设导航方案,包括器械的方位、轴线、定向、长度和直径等;④通过被动、主动及半主动系统帮助医生术中监控具体操作,准确地达到术前计划好的方案.结论计算机辅助骨科手术系统可以为术者提供具有安全性与准确性的手术技术,是一种优化手术治疗的步骤.     

1例计算机导航辅助人工全膝关节置换术的护理配合

对1例双侧膝关节骨性关节炎患者在计算机导航辅助下行双侧全膝关节置换术,手术时间缩短,出血明显减少,术后患者恢复快.双膝关节功能逐渐恢复.提出计算机技术及影像学手段的升级、导航系统的三维重建有利于手术的模拟立体定位,实现精确的手术导航定位;充分的术前准备和有效心理护理,密切的术中配合、严格的无茵操作可以提高手术的成功率.     

计算机辅助导航技术在脊柱侧凸手术中应用的初步经验

[目的]探讨计算机辅助导航技术在脊柱侧凸手术中的应用价值。[方法]自2006年2月起将计算机辅助导航技术应用于脊柱侧凸外科手术,进行相关的临床研究。分别采用计算机辅助导航技术行椎弓根螺钉植入及传统的解剖标志辨认法辅助X线定位进行椎弓根螺钉植入术,术后通过CT等影像学检查判断两组内固定术的植钉准确性。[结果]10例脊柱侧凸病例共植入椎弓根螺钉114枚。其中5例采用计算机辅助导航手术系统辅助下行椎弓根螺钉植入手术,共植入椎弓根螺钉61枚,其中优56枚（91.8%）,良5枚（8.2%）,无差的螺钉;另5例采用传统的解剖标志辨认法辅助术中X线定位进行椎弓根螺钉植入术,共植入椎弓根螺钉53枚,其中优30枚（56.6%）,良12枚（22.6%）,差11枚（20.8%）。[结论]应用计算机辅助导航技术行脊柱侧凸椎弓根螺钉植入准确性明显优于传统的解剖标志辨认法辅助术中X线定位法,计算机辅助导航技术能显著提高脊柱侧凸外科手术的安全性及矫正效果,对脊柱侧凸手术具有极高的应用价值。     

计算机辅助骨科手术在创伤骨科中的应用

计算机辅助骨科手术（computer—assisted orthopaedic surgery，CAOS）是利用计算机对数字化医学影像的高速处理及控制能力，通过虚拟手术环境为骨科医生从技术上提供支援，使手术更微创、更安全、更准确的一门新技术。正因为这是一项基于术中图像，应用相应定位手段，对手术部位及术中的手术器械进行实时跟踪、显示、引导而进行手术的技术，其工作原理犹如在航空、航海中为飞机和舰船进行导航一样，所以也有很多学者把CAOS称为影像辅助导航手术（image guidance fluoroscopic navigation surgery，IGFNS）。CAOS应用的是以计算机图像处理工作站及影像跟踪设备为核心的手术系统，此系统的基本功能是将医学影像设备提供的图像进行信息化处理，并结合立体定位系统（stereotactic localization system）对真正的人体肌肉、骨骼解剖结构进行显示和定位，     

X线透视导航技术在创伤骨科的应用

X线透视导航技术对创伤骨科尤为重要。因为术前骨折块及骨折移位的方向可发生改变,所以需在术中将骨折块整复对位后,才能进行透视图像的获取和导航手术操作。X线透视导航技术的优点包括减少X线暴露的时间、准确放置植入物、术中适时测量评估及改善创伤骨科的微创操作。随着软件和硬件的不断改进及发展,许多需要术中X线透视监控的手术操作现在都可以借助X线透视导航技术完成。我们过去四年的临床经验已证实X线透视导航技术的优点及不断扩大的应用领域。X线透视导航技术在不断进展,因此需要更多的临床实践来评价此技术的使用价值。另外,X线透视导航系统在虚拟外科环境的外科培训和评价中发挥重要作用。这一技术将不仅为年轻外科医生提供实践机会,而且也将产生设计外科技术资格客观评价系统的新领域。     

使用计算机导航技术辅助脊柱骨折和不稳定的固定手术

目的 讨论应用红外线主动诱导计算机辅助三维导航系统进行脊柱外科复杂结构的手术以期提高手术安全性。方法 2002年12月～2004年7月，我们共施行红外线主动诱导计算机辅助三维导航下脊柱外科手术90例，其中各种骨折病例38例，施行椎弓根固定236枚。由于腰椎椎弓根较粗，术中透视比较容易，除非畸形明显，除正侧位X线片判断位置困难的病例外，均使用二维导航技术，其余使用三维导航技术。结果 本组236枚螺钉术后均进行了CT检查，位置不满意4枚(1．7％)，位置误差率0．23～0．56mm(导航仪自动计算)；而过去应用单纯G型或C型臂透视下先后进行了272枚颈椎椎弓根螺钉固定，其中有29枚(10．7％)位置不满意，相比之下，前者结果满意。结论 计算机导航使得手术部位的确定变得简单、手术时间缩短、手术的安全性明显提高。     

计算机导航下空心钉内固定治疗股骨颈骨折

目的 探讨计算机导航技术在股骨颈骨折空心钉内固定治疗中的应用，为骨折内固定提供一个新的手术技术。方法 8例股骨颈骨折，术前Garden分型为Ⅰ型3例，Ⅱ型4例，Ⅲ型1例。术中牵引复位后，通过一次C臂机透视正侧位，即可在计算机导航下完成内固定。术后常规透视复查。结果 8例病例全部在导航下完成空心钉的内固定，平均透视时间为15s，远远少于常规内固定所须的时间。结论 计算机导航技术成功应用于空心钉内固定手术，有效减少了手术中X射线的辐射，同时提高了手术的精度，可避免机械引导器的误差，随时反映操作的过程，使手术过程更方便、直观。     

计算机导航辅助椎弓根螺钉固定

目的将计算机导航技术应用于临床椎弓根螺钉固定并做仞步分析。方法2004年2～12月在计算机导航系统辅助下，对30例患(年龄18～60岁，平均45．3岁)共行134枚椎弓根螺钉固定。结果手术顺利，未发生血管和神经损伤并发症，螺钉大小选择合适，固定位置及方向准确．术中透视次数及手术室人员所受X线辐射量明显减少。结论计算机导航辅助椎弓根螺钉固定是一项安全的手术，且手术精度高。     

C臂导航在胸腰椎椎弓根内固定术中应用

目的 探讨计算机导航技术在胸腰椎椎弓根内固定术中的应用价值.方法 在计算机导航下对15例胸腰椎疾患行胸腰椎椎弓根内固定术,术中共用72枚椎弓根螺钉固定.术后进行X线透视及CT平扫,用Richter分类法对螺钉固定位置进行评估.结果 所有病例全部在导航下完成,15例均获随访,时间6～24个月,无椎弓根螺钉松动及断裂.螺钉位置根据X线及CT复查结果,按Richter分类法进行评估:优68枚(94.4%),良4枚(5.6%).术中透视未发现螺钉突入椎管及穿出椎体外,未发生神经根、脊髓、血管损伤.术中C臂X线机透视的次数明显减少,手术时间缩短,手术成功率明显提高.结论 C臂导航能够明显减少胸腰椎椎弓根内固定术中的误差,提高手术的精确性.     

CT三维导航系统辅助颈椎椎弓根螺钉内固定技术的临床应用

目的探讨计算机CT三维导航系统辅助下进行颈椎椎弓根螺钉内固定的可行性和置钉精确性。方法总结CT三维导航系统辅助下置入的159枚颈椎(C2-7)椎弓根螺钉,术后进行经椎弓根螺钉水平的CT平扫,观察椎弓根螺钉置入的精确性。同时总结X线透视引导下145枚颈椎椎弓根螺钉的置钉准确性,并与CT三维导航引导组进行对比分析。并对其中20例患者进行术中导航操作时间和精确性的监测。结果CT三维导航系统引导组螺钉置入满意率为97.5%,X线透视引导组螺钉置入满意率为91.7%,两组满意率差异有显著性意义(P<0.05)。导航组位置不满意的4枚螺钉均发生于早期病例,导航系统使用熟练后未再出现置钉不满意病例。两组病例均未出现明显的神经、血管损伤并发症。术中工具注册和参考点照合时间平均3.5min(2～8min),位置误差率平均0.31mm(0.12～0.56mm,导航仪自动计算)。每枚椎弓根螺钉定位针置入所需时间平均2min(1～3.5min)。术中只需进行2次C型臂X线机透视印证螺钉定位针和螺钉置入的准确性。结论采用CT三维导航系统辅助进行颈椎椎弓根螺钉内固定是可行的,与X线透视引导相比,能显著提高椎弓根螺钉置入的精确性、安全性。     

计算机辅助导航骨科手术及医用机器人技术在创伤骨科的应用

本文介绍了计算机辅助导航骨科手术(CAOS)及医用机器人技术在创伤骨科应用中的主要进展、当前在临床应用中存在的主要问题和相关对策,并对其未来的发展趋势进行了预测,同时简要介绍了北京积水潭医院创伤骨科在计算机辅助导航骨科手术及医用机器人技术方面的研究进展。当前骨科手术导航定位所应用的医学图象导引系统已经由使用单一的C型臂、CT等传统影像设备向应用三维C型臂、多模态图像处理系统等新型影像设备转变,基于多模态图像的导航系统将有可能成为导航手术的主流。医用机器人已经在自动化程度和人机交互模式方面,有了长足进展,摆脱了原有工业机器人的结构模式。医学图像后处理技术及其它相关信息技术极大地丰富了导航和机器人外科,只有在不断完善光学定位技术的同时,加大对其它定位方法的研究,才能够提高定位精度;要对相关设备进行开放式结构设计,使不同导航系统的注册软件能够互相兼容,手术器械能够通用,降低设备成本。骨科医生要正确认识计算机辅助导航骨科手术及医用机器人技术,在充分了解CAOS的技术特点、基本原理、操作程序的基础上,对要实施的手术具有深刻的理解,才能开展CAOS手术。目前,迫切需要建立CAOS技术标准、临床适应证和手术操作规范,进行CAOS产品之间的技术比较和评估,便于医生选择合适的CAOS产品。伴随快速发展的信息技术,数字化手术室、智能化微创导航手术系统、医用机器人辅助的远程医疗将有可能成为未来CAOS技术的主要组成部分。     

计算机导航在骨科手术中的应用与进展

计算机辅助骨科手术（Computer assisted orthopedics surgery,CAOS）即利用各种影像设备如CT、MRI、PET、DSA、US等结合导航系统,对人体骨骼解剖结构及手术器械进行显示和定位,通过计算机制订手术计划,在术中进行操作干预的一项技术.最早应用于神经外科领域的立体定位,肿瘤切除化疗等.其最大的优势是：简化了手术操作,缩短了手术时间,减少了手术创伤,减弱了术中放射线的照射,使骨科手术变得更安全、更准确、更微创。     

骨科导航系统

导航技术被广泛应用于交通、探险、军事、勘探等许多领域。随着计算机技术的不断发展，特别是计算机图形技术的飞速进展，出现了计算机辅助外科(computer assisted surgery，CAS)这一崭新领域。由于计算机辅助外科是将空间三维立体导航技术、计算机图像处理及三维可视化技术与临床手术结合起来，又被称作计算机辅助导航外科。简单地说导航技术可以利用信号传输和接收发射器的位置。通过计算机计算出各何置点的数据，得山所需的各种曲线和角度。     

计算机导航全膝关节置换系统

医学影像技术，计算机技术和空间示踪技术的发展与结合产生了计算机辅助骨科手术（computer assisted orthopaedic surgery,CAOS），该技术亦被称为计算机手术导航，计算机导航极大地提高了人工全膝和全髋关节置换手术的准确性和可重复性。近两年，计算机导航人工全膝关节置换技术在欧美得到了较为广泛的开展；从其初期的应用报告提示该系统可以极大地改善术中，术后下肢的力学对线，辅助术中软组织平衡调节，改善术后关节的活动范围，取得了很好的近期临床效果。     

计算机导航在骨科手术中的应用

目的将计算机导航技术应用于骨科手术,并对其进行初步分析。方法2004年2～12月,计算机导航系统辅助下共行134枚椎弓根螺钉固定,51枚股骨颈骨折空心钉内固定,58枚交锁髓内钉远端交锁螺钉固定。结果所有病例全部在导航下完成手术,术中明显减少C型臂X线机透视次数,未发生血管和神经损伤并发症。结论计算机导航手术安全有效,更有利于微创手术的开展。     

骨盆-髋臼骨折X线透视导航下闭合复位与经皮固定

目的初探用X线透视导航辅助骨盆-髋臼骨折复位与固定手术。方法在获得骨折X线片和CT扫描的基础上进行图像重建。根据外科适应证,借助透视系统进行相应的骨折牵引闭合复位。若复位满意,便可和患者详细讨论手术计划。结果所有骶髂关节骨折脱位患者在应用这一技术进行固定时都未出现并发症。除少数患者外,术后CT扫描都显示螺钉固定位置满意。结论目前的手术适应证仍局限于闭合条件下进行的骨折复位。     

X线影像导航系统辅助关节镜下前交叉韧带重建术

目的 探讨X线影像导航系统辅助关节镜下前交叉韧带重建手术的可行性和隧道位置的精确性。方法 2005年12月至2006年2月共行X线影像导航系统辅助前交叉韧带重建手术30例（导航手术组）,同期使用传统关节镜手术技术重建前交叉韧带40例（传统手术组）,术前进行股骨、胫骨隧道理想位置的设计。术中C臂透视机获得正侧位影像后传输入计算机系统形成虚拟工作界面。膝关节周围分别固定股骨、胫骨追踪器。手术工具装配追踪器。经过注册及校准后,导航系统通过捕获追踪器发射的信号实时跟踪手术工具的位置方向,并叠加在工作界面上,达到导航的目的。本文对导航手术组进行总结,术后进行胫骨隧道位置测量,并与传统手术组进行比较。结果术后测量,导航手术组胫骨隧道位置平均值45．90％（41．00％～49．80％,标准差2．36％）,传统手术组胫骨隧道位置在41．05％（范围25．00％～54．00％,标准差6．01％）,两组结果差异有统计学意义（P〈0．05）。同时导航组的平均手术时间较传统组延长20min,透视次数为4次。术后短期随访（1-3个月）,两组膝关节稳定性无明显差异。结论 X线影像导航系统辅助关节镜下前交叉韧带重建手术是安全、可行的,通过术前规划,可以使股骨、胫骨隧道位置更精确。     

计算机导航下闭合复位空心钉内固定治疗股骨颈骨折

目的 探讨计算机导航技术在股骨颈骨折空心钉内固定治疗中的应用.方法 对12例股骨颈骨折首先牵引床牵引,用C型臂X线机透视复位良好后,摄正侧位图像保存于计算机中,然后利用计算机导航系统在指引器引导下完成内固定.结果 所有病例全部在计算机导航下完成空心钉内固定,内固定位置理想.手术平均时间为22min,平均透视时间为13s.经6～18个月随访,平均骨折愈合时间为4个月.结论 计算机导航技术用于空心钉内固定手术,使手术过程更简便、直观,提高了手术的精度和成功率,同时显著减少了术中射线的辐射.