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 ......