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1、中国矫形外科杂志 2003年12月第11卷第24期 OrthopJChin,Vol.11,No.24December2003·1661··博士论坛·脊柱导航系统的临床应用现状与展望3徐 林 俞 兴 郑大滨 曹 旭中图分类号 R687文献标识码 A文章编号 1005-8478(2003)24-1661-03 计算机辅助手术导航系统(computeaidedsurgerynaviga2管(LEDs)的光电导航系统。tionsystemCASNS),是经典(框架)立体定向技术、现代影脊柱手术中的光电导航系统由以下几个主要部分组成:像诊断技术、微创手术技术、电子计算机技术和
2、人工智能技(1)装有LEDs的器械 这些含LEDs的器械坚固,不易弯1术结合的产物。1986年美国的Roberts等率先将这一技术曲,标有刻度,它们的几何参数测量值储存于计算机中;(2)应用于神经外科临床以来,CASNS已得到迅速的发展,现已固定于手术部位装有LEDs的动态参考基(dynamicreference逐步被各国外科医生和研究人员所接受,在神经外科以外的baseDRB) 这保证系统能够正确把握外科部位的空间位置,2领域也得到了研究和推广。20世纪90年代Steinmann等将以弥补患者呼吸或外科医生操作引起的运动造成的脊柱空间CASNS用于脊柱外科,有些学者
3、认为是脊柱外科发展的一个位置变化;(3)红外相机系统(信号接受系统) 这一系统里程碑。本文综述了目前CASNS在脊柱外科领域中应用的能够精确识别术野中器械和DRB上配备的LEDs信号,并传现状,并对其前景进行了展望。输至中心计算机;(4)中心控制器和监测仪(工作站) 由1 概 述计算机图像处理系统和导航软件组成,主要接受图像资料,CASNS在脊柱外科的应用和发展是由以下三方面的因素通过计算机对图像资料进行处理,进行三维图像重建、构建决定的:(1)现代影像技术的发展,尤其是计算机断层扫描导航坐标系统。工作站根据手术径路中遇到的神经血管结(CT)和核磁共振成像(MRI)技
4、术,使外科医生术前能够构,制定导航手术计划,同时接受术中定位系统的信号,通制定详细的手术计划;(2)脊柱外科手术过程和植入物日趋过与图像资料对比、计算来确定手术位置范围。复杂,脊柱外科医生和患者都迫切需要一项新技术来改进手3 脊柱导航技术的临床应用术安全性,降低手术并发症;(3)微创脊柱外科的进一步发3.1 术前准备展需要具有高准确性的引导设备。术前将手术部位脊柱的CT资料输入导航系统中心控制近十余年来,CASNS在世界范围内得到迅猛推广和发器,系统软件对脊柱影响进行三维重建,包括前后位、侧展,现有的CASNS可概括为3类:(1)被动导航系统 这种位、额状位和3D图像
5、。在此基础上,外科医生详细研究手导航系统将术野中植入物准确位置的实时资料提供给外科医术部位的解剖、制定手术方案(如减压、肿瘤切除范围),并生,而植入物准确的位置获得不需外科医生的判断;(2)主确定每个椎弓根螺钉植入的理想轨迹、长度和直径,储存于动导航系统 或称之为机器人系统,这种导航系统在进行预计算机中。同时在每个需固定的脊椎上确定3～6个术中可分定的手术操作时,不需外科医生参与;(3)半主动导航系统辨的解剖标志,用于术中匹配过程。 这种导航系统下外科医生可在术前预定的范围内进行手3.2 手术过程术,如果手术超越此范围,该系统则会终止操作。传统入路显露,尽可能避免破坏
6、骨表面结构。红外相机2CASNS的原理和结构置于手术台尾端。动态参考基固定于相应的脊柱后路结构与经典立体定向技术相比,现代CASNS最大的特定是中。外科医生使用足踏板或无菌键盘操作。术中匹配包括对“无框架”。外科区域的真实结构和位置通过术前三维(3D)点匹配和表面匹配两部分。外科医生使用空间导针在术野内CT资料来确定,无需任何机械框架,通过一个运动分析系确定术前选择的解剖标记点,通过工作站进行数字化处理,统来引导外科医生进行操作。目前辅助外科医生确定器械的工作站将CT图像资料和患者解剖的“实际情况”进行匹配,空间位置的信号包括:光学(红外线)、磁(电磁场)和声学这称为
7、对点匹配。随后进行表面匹配,表面匹配可进一步改(超声)信号,相应的导航系统分别称为:光电、磁电和声电进匹配的准确率。外科医生在脊椎表面随机选择10～15个点导航系统,其中临床应用最广泛的是安装有红外线发射二极数字化进行匹配。匹配后需确定匹配效果,外科医生通过比较术野中器械的位置和监测仪上显示的CT图像中器械位置作者单位:北京中医药大学东直门医院骨科 100700的一致性,判断并决定匹配的准确度是否能满足导航安全性3清华大学材料系生物材料实验室的需要,若准确度不够,则必须重新进行匹配过程。作者简介:徐林(19512),男,上海人,教授,主任医师,医学博
