脊柱导航系统的临床应用现状与展望
增强现实在微创脊柱手术中的应用新进展
增强现实在微创脊柱手术中的应用新进展摘要增强现实（AR）技术在微创脊柱手术（MISS）中的应用显著提高了手术的精准度和安全性，减少了手术时间和并发症。
本文综述了AR技术在手术导航、可视化增强、辐射暴露减少、手术结果改进以及教育培训等方面的应用进展。
AR技术通过实时导航、三维可视化和减少辐射暴露等方式，提升了手术效果，并在教育培训中提供了沉浸式的学习环境。
随着技术的进一步发展，AR有望成为脊柱手术中的标准工具，推动该领域的进步和创新。
增强现实技术的基本原理增强现实技术是通过将计算机生成的图像叠加到现实世界中，使用户能够同时看到真实环境和虚拟信息。
具体到脊柱手术中，AR技术主要包括实时导航、可视化增强、辐射暴露减少和教育培训等方面。
在实时导航方面，通过头戴显示器（HMD）或其他显示设备，患者的三维解剖结构能够实时呈现在外科医生的视野中。
可视化增强技术提供高保真度的解剖结构图像，帮助外科医生更精准地进行手术操作。
通过减少对传统透视引导的依赖，AR技术能够降低患者和手术团队的辐射暴露。
此外，AR技术还为外科实习生提供了一个沉浸式学习环境，让他们能够在无风险的情况下练习复杂的手术技术。
增强现实在微创脊柱手术中的应用增强现实导航技术通过提供实时的视觉反馈和导航信息，有助于外科医生更精准地进行手术操作。
研究表明，AR技术可以作为传统导航、机器人辅助导航和透视引导的替代方法，提高手术的整体安全性和效果。
例如，在椎弓根螺钉置入手术中，AR导航系统通过提供实时的三维解剖结构叠加图像，提高了螺钉置入的准确性，显著减少了手术并发症。
此外，一项预临床研究显示，增强现实结合人工智能和光学跟踪技术能够提高微创脊柱手术的精度和安全性，尤其在实时导航和穿刺针追踪方面表现出色。
AR系统通过减少对透视引导的依赖，降低了手术团队和患者的辐射暴露。
此外，AR 技术还能够显著改善手术流程，提高手术效率和精度。
在微创椎间融合手术中，应用AR 技术可以优化手术流程，减少手术时间和术中失血量，提高手术安全性。
骨科手术中的导航技术研究与应用
骨科手术中的导航技术研究与应用随着医疗技术的发展与人们健康意识的提高，骨科手术在医学界的应用越来越广泛。
而为了提高骨科手术的准确性和安全性，医学界开始使用导航技术。
今天，我们就来探讨一下骨科手术中导航技术的研究与应用。
一、导航技术的概念及分类所谓导航技术，就是利用计算机等科技手段来实现手术中的定位和导航，以提高手术的准确性和安全性。
从技术分类上，导航技术主要可以分为两类：视觉导航和惯性导航。
视觉导航是利用数字化手术内视镜以及计算机图像处理技术，来实现手术内部的导航。
而惯性导航是利用惯性传感器，测量手术过程中外部设备在空间坐标系下的位置、姿态等信息，以实现手术的定位和导航。
二、导航技术在骨科手术中的应用骨科手术需要切除和重建骨骼，一旦手术不当，可能会同时影响周围的器官和组织。
为了避免这种情况，医学界开始尝试使用导航技术，降低骨科手术的风险。
现在，导航技术在骨科手术中的应用已经非常广泛，特别是在关节置换手术、脊柱手术、切开骨骼肿瘤术、切开骨折手术等方面，导航技术都起到了重要的作用。
1、关节置换手术中的导航技术关节置换手术是一种对于关节进行置换，以达到矫正关节畸形和缓解疼痛的手术。
然而这种手术需要精确的定位和操作，对医生的个人技术及经验要求较高。
因此，在这种手术中使用导航技术，可以更加精准的定位骨骼，保证手术无误。
2、脊柱手术中的导航技术脊柱手术是一种治疗脊柱疾病的手术。
而脊柱是人体重要的支撑结构，手术过程中精度十分重要。
因此，使用导航技术可以最大限度地减少手术难度和风险，保证手术效果。
3、切开骨骼肿瘤术中的导航技术在切开骨骼肿瘤术中，肿瘤的位置和大小都决定了手术的难度和危险度。
因此使用导航技术，可以精准地定位肿瘤，同时保证周围的功能区不会受到影响。
以上只是骨科手术中导航技术的三个例子，实际上在骨科手术中，导航技术还有很多应用，并且正在逐渐发展壮大。
三、导航技术在骨科手术中的存在价值1、提高手术准确度在手术中，器官和组织的位置变化容易让医生产生错觉。
脊柱外科计算机辅助手术导航系统应用现状_张正东
［］ 神经并发症。Ｌ ａ ａ ｕ ｆ ｅ ｒ等 ３ 报道在 Ｉ ｓ ｏ Ｃ ｒ ｍ 导航下经鼻 － 内镜齿突切除治疗１例严重颅底凹陷症， 手术过程顺利， ［］ 术 后 次 日 患 者 即 可 进 食 。Ｒ ａ ａ ｓ ｅ ｋ ａ ｒ ａ ｎ 等４ 报 道 对 ｊ Ａ Ｓ Ｎ Ｓ导航下４例患者术中 Ｃ Ｃ ２ 椎板交叉螺钉置入精确 度进行分析， 提示 Ｃ Ａ Ｓ Ｎ Ｓ导航有助于螺钉大小的选择及 提高置入精确度， 且术中根据导航图像引导可避免椎动 ］ １ ５ １ － 显示， 脉损伤。许多文献报道［ Ａ Ｓ Ｎ Ｓ 导航下置入颈 Ｃ 椎齿突螺钉、 后路侧块螺钉、 椎弓根螺钉， 以及施行包括 经皮寰枢关节螺钉在内的微创手术， 均表现出良好的精 导航技术在评估骨性减压 确度和安全性； 均认为 Ｃ Ａ Ｓ Ｎ Ｓ 程度、 颈椎三维空间序列、 确定内固定物恰当位置及减少 术后 Ｃ 且可灵活接受患者不 Ｔ 扫描等方面均有显著作用， 同的术中姿势及体位。 ． ２ ２ 胸椎 胸椎， 尤其是上段胸椎手术中狭小的椎弓根、 肩胛骨 对透视的遮挡及胸椎前方毗邻重要血管和脏器， 均使手 术难度增加， 术中 Ｃ Ａ Ｓ Ｎ Ｓ导航则可有效地提高胸椎手术 ［ ］ １ 等 的安全性。Ｙ ｏ ｕ ｋ ｉ ｌ ｉ ｓ ２ 回顾分析 ４ 年间经 Ｃ Ａ Ｓ Ｎ Ｓ导 航置入２ 结果显示 １ ２ ４枚胸椎椎弓根螺钉的情况， ９ 枚螺 ） （ ） ， 侵 枚 为 级 钉（ 犯 骨 皮 质 其 中 ． ５ ％ １ ４ ． ９ ％ ８ １ Ⅱ 侵犯 ， 。Ｎ （ 为Ⅲ级侵犯（ ｍ） ． ６ ％） ｍ） ｏ ｔ ｔ ｍ ｅ ｉ ｅ ｒ ８枚（ ３ ２ ｍ ２ ｍ ≤ ＞ ］ １ ３ 报道对２ 椎弓根螺 等［ ３ ８枚经 Ｃ Ａ Ｓ Ｎ Ｓ导航置入的 Ｔ １ ２ ～１ 钉进行 Ｃ 结果显示有２ Ｔ 扫描评估， ２枚螺钉侵犯骨皮质， 其中 级侵犯２ 均未发生神经、 血管及 １枚， Ⅱ级侵犯 １ 枚， Ⅰ 脏器损伤等并发症； 认为 Ｃ Ａ Ｓ Ｎ Ｓ导航下允许更大直径的 螺钉经椎弓根进入椎体， 并更靠近椎弓根内侧位置的轨 ［ ］ ４ 报道对 迹， 以达到更强的结构稳定性。Ｂ ｌ ｅ ｄ ｓ ｏ ｅ等 １ ４例 ３ 置入 患者经Ｉ 枚 并于 Ｔ ａ ｓ ｏ Ｃ ｒ ｍ 导航行颈胸融合， ５ ０ １ － １ ～３ 椎弓根螺钉， 术后经薄层轴向 Ｃ Ｔ 扫描及同一放射科医师 位置理想， 评估显示， 其中１ ４ ０枚螺钉 （ ３ ． ３ ％） ０ 枚螺钉 ９ １ ； （ ） 侵犯骨皮质 Ⅰ 级侵犯 认为 Ｃ Ａ Ｓ Ｎ Ｓ 导航下上胸椎椎弓 根螺钉置入是精确而安全可靠的。 ． ３ ２ 腰骶椎 ］ ［ ５ 、 、 、 报道对 １ ｉ ａ ｎ等 １ ６ 具分别轴性旋转 ０ ° ５ ° １ ０ ° ２ ０ ° Ｔ ， 的腰 椎 仿 真 模 型 进 行 实 验 研 究 并 均 分 为 传 统 组 和 共置入 ８ 经术后 Ｃ Ａ Ｓ Ｎ Ｓ导航组， ０ 枚椎弓根螺钉， Ｔ扫 Ｃ ， 描和重建图像评估发现 Ｃ Ａ Ｓ Ｎ Ｓ 导航组置钉精确度高于 ］ ［ ６ 报道应用术中 Ｏ 传统组。Ｏ ａ ｅ ｒ ｔ ｅ ｌ等 １ ｒ ｍ 导 航对 下胸 －
脊柱导航：为手术提供精确定位
龙源期刊网 脊柱导航：为手术提供精确定位作者：于书卿来源：《大众健康》2004年第05期脊柱手术要求绝对的精准，做脊柱手术的医生要有丰富的经验和娴熟的技术，除此之外，最好还有这样一个新助手——脊柱是支撑着人体坐正站直的一组骨骼，脊柱中间的脊髓中穿梭着从全身每个部位到大脑和从大脑返回全身的全部感觉和运动神经，在这里动手术丝毫的差错都将产生严重的后果，所以说是实实在在的“失之毫厘，差之千里”。
自８０年代初，医学影像学特别是ＣＴ和ＭＲＩ的发展，使得医生在术前就可以了解患者体内的一些情况，并进行周密的手术计划。
到九十年代，人们又把飞速发展的计算机技术应用其中，研制成了一种人工智能化的手术辅助系统———手术导航系统。
它是一个由立体定向、计算机影像学、红外线信号追踪和机器人自动化技术结合的高科技产物。
由于脊柱外科手术要求高度精准的特点，这项技术很快被应用到脊柱手术中，即脊柱导航手术。
脊柱导航的基本原理并不深奥。
首先为患者拍摄ＣＴ、ＭＲＩ等，将这些影像数据输入计算机，再由计算机制作成患病局部的三维立体图像，然后医生就可以根据这个立体图像了解患处的细部特征，进而制定详细的手术计划。
最后再通过红外线信号引导手术者准确地找到病变组织甚至直接切除病变。
以往的影像学资料提供的都是二维图像，它需要医生通过积累的解剖知识和临床经验去理解。
而脊柱导航可以将传统的二维影像重建为三维结构，通过术前制定手术计划和术中观察重建的三维结构可以提高外科医生对脊柱解剖的定位和辨别能力，大大提高了手术的精确性和安全性。
目前常用的脊柱导航手术包括两种方式：一种就是我们上面提到的在ＣＴ影像基础上进行的脊柱导航，我们称之为ＣＴ脊柱导航；另一种是在术中Ｘ线扫描，我们称之为Ｃ型臂脊柱导航。
当然也可以将这两种影像结合在一起进行导航。
这两种方法都可以为外科医生提供精确的定位，极大地提高了手术的安全性。
脊柱导航手术可以应用在几乎所有的脊柱脊髓手术中，如脊柱外伤、畸形、滑脱、椎间盘突出、椎管狭窄、脊柱脊髓肿瘤等等。
计算机导航系统在脊柱外科手术中的应用
要 适 用 于 粗 大 的 腰 椎 椎 弓根 手 术 ， 尤 其 是 多 次 手 术 后 的 病 例
或局 部 解 剖 标 志 结 构 不 清 ， 可 以节省 时 间， 减 少 放 射 线 伤 害 且置钉的准确率高 。
层Ｃ Ｔ影 像 数 据 ， 将 Ｃ Ｔ 数 据 传 输 到 计 算 机 系 统 进 行 三 维 重 建， 进 行 术 前 设 计 。Ｃ Ｔ三维导航操作直 观形象 ， 可 清 晰 显 示 骨性 结 构 。适 用 于 高 风 险 的 颈 胸 椎 后 路 内 固 定 手 术 及 严 重 胸腰 椎 畸 形 、 过度肥胖 、 脊椎肿瘤等病例 。 ２ ． ３ 电动 Ｃ形臂术 中 即时三维 图像导航 ： 在 术 中 固 定 好 患
振 成 象技 术 （ ＭＲＩ ） 的 出现 和 发 展 ， 立 体 定 位 技 术 的 精 确 性 得 到极 大 的 提 高 。 １ ９ ８ ６年 ， 美国 Ｒ ｏ ｂ ｅ ｒ ｔ ｓ医生 最 先 将 Ｃ Ａ ＮＳ用
于临床研究［ 。２ Ｏ世 纪 ９ Ｏ年 代 ， Ｓ 将
Ｊ ＯＵＲ ＮＡＬ ＯＦ Ｇ ＵＡ ＮＧＸ Ｉ ＭＥ Ｄ Ｉ Ｃ ＡＬ ＵＮ Ｉ ＶＥ Ｒ Ｓ Ｉ ＴＹ ２ ０ １ ５ Ｊ ｕ ｎ； ３ ２（ ３ ） ＲＳＩ
广
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医
科
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学
学
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计 算 机 导航 系统在 脊柱 外 科 手术 中的应 用
陈 晓明 陈 源 陈前 芬 肖增 明
ｈ ｉ ｎ ｇ ） ， 然 后 在 二 维 虚 拟 影 像 引导 下进 行 手 术 操 作 。该 法 操 作 简单 ， 术 中不 需 要 选 取 有 特 征 的 骨 性 标 志 进 行 手 动 注 册 ， 主
2023年脊柱微创手术行业市场分析现状
2023年脊柱微创手术行业市场分析现状脊柱微创手术是一种通过微创技术在患者脊柱进行手术治疗的方法。
相比传统开放手术，脊柱微创手术具有创伤小、恢复快、并发症少等优点，逐渐成为脊柱外科治疗的主要技术之一。
本文将对脊柱微创手术行业市场进行分析。
首先，脊柱微创手术的市场规模逐年增长。
随着人口老龄化趋势和现代生活方式的变化，脊柱疾病的发病率不断上升。
脊柱微创手术作为一种先进的治疗方法，具有减少患者创伤、缩短康复时间的优势。
因此，越来越多的患者选择脊柱微创手术来解决脊柱疾病问题。
根据市场研究机构的数据显示，脊柱微创手术市场规模在未来几年有望保持10%以上的年均增长率。
其次，脊柱微创手术行业竞争激烈。
脊柱微创手术技术的逐步成熟和广泛应用，吸引了众多医疗器械制造商和医疗机构进入市场。
目前市场上有许多脊柱微创手术相关产品，包括微创手术器械、立体导航系统、影像设备等。
这些公司通过不断研发新产品，提高产品的质量与性能，不断扩大市场份额，进行竞争。
再次，脊柱微创手术行业面临挑战。
虽然脊柱微创手术在治疗效果和患者体验方面具有明显优势，但由于技术复杂和高昂的设备投入，使得手术费用较高，导致一些患者不愿意选择脊柱微创手术。
此外，脊柱微创手术的推广和普及程度与医生的技术水平密切相关，医生对脊柱微创手术的理解和应用能力也是行业面临的挑战之一。
最后，脊柱微创手术行业的发展前景广阔。
随着技术的不断进步，脊柱微创手术的操作难度逐渐降低，手术风险减小，进一步提高了患者的手术满意度。
同时，越来越多的医疗机构开始引入脊柱微创手术，培训医生进行技术学习和实践，提高这一领域的医疗水平。
可以预见，随着脊柱微创手术的不断发展和普及，市场前景广阔。
综上所述，脊柱微创手术行业市场在近几年的发展趋势良好，具有广阔的市场空间和潜力。
然而，面对竞争激烈和挑战重重的局面，行业参与者需要加强技术研发，提高产品质量与性能，降低手术费用，进一步推广和普及脊柱微创手术，以满足患者的需求，并实现可持续发展。
脊柱外科导航的临床应用进展
［ ｙｗｏｄ ］ Ｓｇｒ ａｉａｏ ｙｔ ｓ Ｓｉａ ｓｒ ｒ；Ｃｉｉ ｐｌａｉ Ｋｅ ｒｓ ｕｅ ｎｖｇｔｎｓｓ ｍ ； ｐｎ ｕｇｙ ｙ ｉ ｅ ｌ ｅ ｌ ｃ ａｐｉ ｔｎ ｎａ ｌ ｃ ｏ
上世纪 ９ ０年代初 ，导航技术开始被应用到脊
柱手 术 中 ，导 航 技 术 的 出现 和 发 展 是 基 于 以下 几
时显示 在病人 的二维／ 三维 影像 资料 上 ，手 术 医生
术 时大 部分 数 据无 法 被 直 接 利 用 ；脊 柱 外 科 手 术 越来 越 趋精 细 ，内置 材 料 越 来 越 复 杂 ，需 要 发 展 新 的方 法提 高 手 术安 全 性 和 降 低 并 发 症 ；微 创 脊 柱外科 需要 精 确 引 导手 术 器 械 的手 段 ，因此 迫 切 需 要更 有效 的技 术 措 施 ，安 全 、简 便 、精 确 地 辅
维普资讯
昆 明 医 学 院 学 报
２１ １７，（ ） ９— ３ ０ ５ ：８ ９
ＣＮ ３一ｌ ４ ／ ５ Ｏ ９ Ｒ
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｎ ｎ ｅ ｉａ ｌ ｇ ｏ ｒ ａ ｆＫｕ ｍｉ ｇＭ ｄ ｃ ｌＣｏ ｅ ｅ
综 述
脊 柱 外 科 导 航 的 临 床 应 用 进 展
计算 机 工作站 处 理 （ 维 重建 、 图像 配 准 、 图像 三 融 合等 ） ，在此影 像基 础上 进行 术前 计划并 模 拟进
点需 要 ：由 Ｃ Ｔ和 ＭＲ 等 提供 的术 前 计 划 影 像 和 Ｉ
数 据 ，因缺乏 直 接 转 化 为 手 术 状 态 的方 法 ，在 手
程 ，实际手术过程 中使用立体 空间定位技术动态 追 踪手 术器 械及 病 人 解 剖 结 构 的 当前 位 置 ，并 实
脊柱增强现实手术的研究新进展
脊柱增强现实手术的研究新进展摘要增强现实（AR）技术在脊柱手术中的应用取得了显著进展，提升了手术的精度和安全性，减少了辐射暴露，并改进了手术流程和培训效果。
本文综述了近年来AR技术在脊柱手术中的应用，重点讨论其在提高手术导航精度和安全性、减少辐射暴露、改进手术流程和时间、提升手术培训与教育以及改进复杂手术操作中的作用。
特别是在微创脊柱手术中，AR技术通过多种手术入路的应用，进一步提高了手术的精度和安全性，减少了手术时间和辐射暴露，改进了手术培训和流程。
随着技术的不断发展，AR技术在脊柱手术中的应用前景广阔，将进一步提高患者的治疗效果和生活质量。
提高手术导航精度和安全性增强现实技术在脊柱手术中最显著的优势之一是能够显著提高手术导航的精度和安全性。
AR技术可以将患者的解剖结构直接投影到外科医生的手术视野中，减少了医生从手术场景转移到远程导航屏幕的注意力转移和视线中断问题。
研究表明，AR技术在脊柱手术中的应用减少了手术误差，提高了手术的整体精度。
例如，在一项研究中，AR技术显著提高了手术精度，平均注册误差仅为0.87毫米。
此外，其他研究也表明，AR、VR和MR技术在脊柱手术中的应用不仅提高了手术精度，还改善了患者的症状，螺钉定位的最高并发症率为6.1%。
减少辐射暴露减少手术过程中的辐射暴露是增强现实技术在脊柱手术中另一个重要应用。
传统的脊柱手术通常依赖于术中成像技术，如计算机断层扫描（CT），这会导致患者和医务人员暴露于高剂量的辐射中。
AR技术结合低剂量的术中计算机断层扫描（iCT），显著减少了术中辐射暴露。
一项研究发现，使用AR技术后，颈椎手术的辐射剂量减少至0.35-0.98 mSv。
此外，其他研究表明，AR导航系统在脊柱手术中的应用显示出优越的工作流程和不逊色于传统导航技术的精度，同时显著减少了辐射暴露。
这种技术的应用不仅保护了患者的健康，还减少了医务人员的辐射风险。
改进手术流程和时间AR技术在脊柱手术中的应用还显著改进了手术流程和时间。
脊柱机器人手术的研究新进展
脊柱机器人手术的研究新进展摘要近年来，机器人技术在脊柱手术中的应用取得了显著进展，显著提高了手术的精确性，减少了并发症，并缩短了患者的恢复时间。
本文综述了机器人技术在脊柱手术中的应用、最新进展、具体技术在减少手术并发症方面的效果以及未来发展前景。
机器人系统通过高精度导航和实时图像引导，显著提高了手术的准确性和安全性，减少了术中和术后的并发症。
先进技术如图像引导和机器人辅助手术、个性化植入物、扩展现实技术、内窥镜脊柱手术以及人工智能和机器学习，显著改善了传统手术方法。
随着这些技术的不断发展和优化，机器人系统将在未来脊柱手术中发挥更加重要的作用，为患者提供更优质的治疗体验。
提高准确性和安全性在脊柱手术中，机器人手术系统如Mazor Spine Assist，在椎弓根螺钉置入的准确性和减少手术医生辐射暴露方面表现出色。
研究表明，使用机器人辅助的脊柱器械置入的准确率高达85%-100%，显著高于传统手术方法。
这些系统通过图像引导和实时导航，提供精确的手术操作平台，从而减少了错误置钉的风险，减少了术后并发症的发生率。
微创手术的优势机器人技术在微创脊柱手术中显示了特别的优势。
微创手术相比传统开刀手术创伤更小，恢复时间更短。
机器人系统如Mazor X和Stealth Edition，通过减少肌肉解剖和手术时间，提高了手术效率，减少了术后疼痛和感染风险。
这些系统在复杂病例，如脊柱畸形和肿瘤切除手术中，提供了更高的精确性和安全性。
减少辐射暴露传统脊柱手术中，术中X射线的使用是不可避免的，但这会增加手术医生和患者的辐射暴露。
机器人手术系统通过高精度导航和实时图像引导，显著减少了术中辐射时间。
研究表明，使用机器人系统可减少70%以上的辐射暴露，从而降低了辐射相关的健康风险。
降低术中并发症机器人技术通过高精度的操作减少了术中并发症的发生率。
例如，多中心研究表明，机器人辅助手术在减少硬膜撕裂和神经损伤等术中并发症方面表现突出。
三维脊椎手术导航系统的设计与实现的开题报告
三维脊椎手术导航系统的设计与实现的开题报告一、选题的背景和意义随着医学技术的不断发展，医疗设备的精确度和安全性成为医疗保障的重要环节。
其中，三维脊椎手术导航系统作为一种先进的医疗设备受到越来越多的关注。
该系统结合了三维成像技术、手术规划和导航技术，可以在脊柱手术中为医生提供精准的定位和导航，使手术过程更加准确和有效。
因此，研究三维脊椎手术导航系统的设计与实现，对提高脊柱手术的安全性和精确度具有十分重要的意义。
二、研究目标和内容本项目旨在设计和实现一套适用于三维脊椎手术导航系统的软件和硬件解决方案。
其中，研究目标包括：1. 设计符合脊柱手术操作需求的手术工作站软件，包括患者数据的医学图像重建、手术规划、导航控制和实时跟踪等功能；2. 开发适用于脊椎手术导航的硬件设备，包括实时定位和跟踪设备以及手术器械定位设备等；3. 将软件和硬件设备进行系统集成，并进行实验验证，评估系统在脊椎手术导航中的性能和优点。
三、技术路线和实验方案针对研究目标，本项目首先将采用各种成像技术，如CT和MRI等，生成三维模型，并进行数据处理和重建，以建立患者的解剖结构和病变情况。
在此基础上，设计手术规划程序，通过手术计划和操作流程的设计来指导手术。
同时，本项目将研究开发一系列硬件设备，用于实现手术器械的定位和跟踪。
包括实时定位设备、手术器械定位设备和触控器。
系统控制器将收集并处理手术器械的位置和姿态信息，并将其实时在三维图像中进行显示。
此外，本项目还将集成传感器和导航软件来跟踪手术器械和患者位置，并在手术过程中提供实时反馈。
最后，本项目将进行实验验证，通过实验评估系统的精度和稳定性，以及在脊柱手术导航中的应用。
四、预期成果和重要意义本项目预期将设计和实现一套适用于三维脊椎手术导航系统的软件和硬件解决方案。
该系统将为脊柱手术提供精准的导航和定位支持，同时提高手术安全性和精度。
本项目的成果将具有重要的意义，能够为改善脊柱疾病治疗提供新的技术支持，具有广泛的应用前景。
导航技术在外科腰椎手术的应用及进展
导航技术在外科腰椎手术的应用及进展延边大学附属医院脊柱外科吉林延吉 133000自1992年Kevin Foley 将StealthStation 导航系统率先运用于脊柱外科手术当中，三维导航技术发展迅速，同时在脊柱外科手术中的重要性也逐渐受重视，三维导航系统也逐渐成为现代脊柱外科手术中不可缺少重要辅助设备[1]。
在运用三维导航技术之前，脊柱外科医生在手术当中，大多数人脊柱外科大夫只能依靠自身多年临床经验及手术之前的影像资料来判断，依据术中的C型臂X线透视进行定位。
但是，由于脊柱手术本身复杂，结构也特殊，手术当中因患者均存在的特异性，损伤脊髓神经的发生仍无法完全避免[2]，且脊柱手术中常为多空间立体操作，手术难度及风险性一直居高不下。
而三维导航系统组成分为导航定位跟踪仪、定位跟踪仪建立的工作站两大部分，在空间立体定向技术当中我们可以通过图像分析，以方便我们通过三维导航图像来跟踪手术器械的具体位置，提高手术的安全性。
并随着三维导航技术不断改善，三维导航技术的运用不仅提高手术具体操作过程中的准确性，同时减少X线的辐射量，大大降低在手术当中对于患者及医务人员的危害性。
因此三维导航技术逐渐被脊柱外科医生认可并运用到临床手术当中。
据相关文献[4]阐述使用传统C型臂定位下行腰椎椎弓根钉植入的成功率为70％～80％但是导航技术下高达96％～100％，明显降低了其风险性，最大程度保证手术的准确无误，三维导航技术因其显著的优点，逐渐被广泛运用脊柱外科手术当中[5]。
1.骨科计算机辅助导航技术的历史沿革1986年Roberts教授首次在文献中报道通过使用声波数字化仪器来跟踪手术器械或显微镜的方法，随之经典无框架立体定向技术被广泛用在神经外科手术当中。
随后，Reinhard 和Bernett等学者对超声波定位系统进行了改良，使手术精度及安全性得到了很大的提高，但其对外界客观因素（声学环境及温度）存在较高的要求，以减少其对定位系统的干扰。
CT三维导航系统在脊柱侧弯矫形手术中的临床应用的开题报告
CT三维导航系统在脊柱侧弯矫形手术中的临床应用
的开题报告
一、选题目的和意义
脊柱侧弯是一种常见的脊柱畸形，其症状包括脊柱弯曲和形态畸形，可导致身材不对称，呼吸和心血管功能障碍等并发症。
对于明显的脊柱
侧弯，需要进行手术矫形治疗。
随着医疗技术的不断进步，越来越多的
手术工具被应用于脊柱侧弯矫形手术。
其中，CT三维导航系统作为一种
新型的手术导航工具，能够提高手术精度和安全性，同时减少手术时间
和并发症发生率。
因此，本文旨在探讨CT三维导航系统在脊柱侧弯矫形手术中的临床应用。
二、研究内容和方法
本研究将采用文献综述和临床研究相结合的方法，分析从2000年至今的相关文献并总结其临床应用情况。
同时，选取符合研究对象的30名患者，其中15名采用传统手术技术进行脊柱侧弯矫形，15名采用CT三维导航系统辅助的手术技术进行脊柱侧弯矫形。
比较两组患者手术时间、手术效果、并发症发生率等指标。
三、预期结果
根据文献综述和临床研究结果，预计CT三维导航系统在脊柱侧弯矫形手术中能够提高手术精度和安全性，减少手术时间和并发症发生率。
同时，该技术具有良好的应用前景和临床推广价值。
四、研究意义
本研究的意义在于：1.深入探究CT三维导航系统在脊柱侧弯矫形手术中的应用情况，为相关临床医生提供参考；2.丰富脊柱侧弯矫形手术相关研究的内容，推动该领域的发展；3.提高脊柱侧弯矫形手术的治疗效果和安全性，提高患者生活质量。
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管 (L EDs) 的光电导航系统 。 脊柱手术中的光电导航系统由以下几个主要部分组成 :
(1) 装有 L EDs 的器械 这些含 L EDs 的器械坚固 , 不易弯 曲 , 标有刻度 , 它们的几何参数测量值储存于计算机中 ; (2) 固定于手术部位装有 L EDs 的动态参考基 ( dynamic reference base DRB) 这保证系统能够正确把握外科部位的空间位置 , 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 位置变化 ; (3) 红外相机系统 (信号接受系统) 这一系统 能够精确识别术野中器械和 DRB 上配备的 L EDs 信号 , 并传 输至中心计算机 ; (4) 中心控制器和监测仪 (工作站) 由 计算机图像处理系统和导航软件组成 , 主要接受图像资料 , 通过计算机对图像资料进行处理 , 进行三维图像重建 、构建 导航坐标系统 。工作站根据手术径路中遇到的神经血管结 构 , 制定导航手术计划 , 同时接受术中定位系统的信号 , 通 过与图像资料对比 、计算来确定手术位置范围 。 3 脊柱导航技术的临床应用 3. 1 术前准备
传统入路显露 , 尽可能避免破坏骨表面结构 。红外相机 置于手术台尾端 。动态参考基固定于相应的脊柱后路结构 中 。外科医生使用足踏板或无菌键盘操作 。术中匹配包括对 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 确定术前选择的解剖标记点 , 通过工作站进行数字化处理 , 工作站将 CT 图像资料和患者解剖的 “实际情况”进行匹配 , 这称为对点匹配 。随后进行表面匹配 , 表面匹配可进一步改 进匹配的准确率 。外科医生在脊椎表面随机选择 10～15 个点 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 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 的需要 , 若准确度不够 , 则必须重新进行匹配过程 。
与经典立体定向技术相比 , 现代 CASNS 最大的特定是 “无框架”。外科区域的真实结构和位置通过术前三维 (3D) CT 资料来确定 , 无需任何机械框架 , 通过一个运动分析系 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 空间位置的信号包括 : 光学 (红外线) 、磁 (电磁场) 和声学
经椎弓根螺钉内固定技术已普遍用于各类脊柱外科手 术 , 传统的方法是根据医生的临床经验和术中二维 X 线透视
结果来确定螺钉的位置 、角度和长度 , 由于脊柱解剖的个体 差异和二维影像的局限性 , 即使是经验丰富的脊柱外科专 家 , 螺钉穿破椎弓根 、位置错误 、神经损伤也时有发生 , 临 床文献报道 : 根据术后 CT 检查资料 , 椎 弓 根 穿 破 率 高 达 21. 1 %～39. 8 %2 。多年来人们一直致力于寻找能够提高椎 弓根螺钉植入准确率的方法 , 随着 CT 图像为基础的计算机 导航系统引入脊柱外科 , 外科医生能够在第一时间根据实时 的 3D 图像调整椎体内的器械 , 椎弓根螺钉植入的准确率大 为提高 。如前文所述 , 多项临床研究结果已证实了这一项技 术可改进椎弓根螺钉植入的准确性和安全性 。
计算机辅助手术导航系统 (compute aided surgery naviga2 tion system CASNS) , 是经典 (框架) 立体定向技术 、现代影 像诊断技术 、微创手术技术 、电子计算机技术和人工智能技 术结合的产物 。1986 年美国的 Roberts1 等率先将这一技术 应用于神经外科临床以来 , CASNS 已得到迅速的发展 , 现已 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 领域也得到了研究和推广 。20 世纪 90 年代 Steinmann2 等将 CASNS 用于脊柱外科 , 有些学者认为是脊柱外科发展的一个 里程碑 。本文综述了目前 CASNS 在脊柱外科领域中应用的 现状 , 并对其前景进行了展望 。 1 概 述
(超声) 信号 , 相应的导航系统分别称为 : 光电 、磁电和声电 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
作者单位 :北京中医药大学东直门医院骨科 100700 3 清华大学材料系生物材料实验室
作者简介 :徐林 (19512) ,男 ,上海人 ,教授 ,主任医师 ,医学博士 。研 究方 向 : 脊 柱 脊 髓 病 变 , 脑 性 瘫 痪 外 科 治 疗 。电 话 : ( 010 )
Laine T10 等在胸椎和腰椎区域验证了导航系统的可靠 性和准 确 性 后 , 将 导 航 系 统 应 用 于 骶 髂 关 节 。他 们 应 用 CASNS 在 2 名成年患者进行了单侧的松质骨螺钉固定骶髂关 节 , 在 1 名 14 岁继发于腰骶段脊髓空洞的脊椎侧弯女孩进行 双侧骶髂关节和骶骨螺钉固定 。术后 CT 检查发现 , 此 3 例 患者螺 钉 位 置 均 符 合 术 前 计 划 , 未 出 现 神 经 并 发 症 。Ja2 cob11 等报道了 20 例 CT 引导经皮植入骶髂螺钉固定骶骨骨 折的临床结果 , 部分病例同时采用了 CASNS , 这些病例导针 均一次成功 , 未出现技术相关性并发症 。 4 脊柱导航系统临床评价
理想状况是每一个需固定的椎体都应进行独自的匹配过 程 , 但临床经验证实 , 临近椎体常常不需再次匹配 , 尤其在 节段性活动减少的脊椎退行性疾病中 , 这有利于缩短手术时 间。 3. 3 临床结果 3. 3. 1 胸椎和腰椎
Laine T3 等在 46 名 T9 ～ S1 植入椎弓根螺钉的患者中随 机比较了 CASNS 和传统方法椎弓根螺钉植入的临床效果 : CASNS 组椎弓根螺钉穿破率为4. 1 % (4/ 98) , 传统技术穿 破率 为 15. 9 % ( 23/ 145) , 统 计 学 存 在 显 著 性 差 异 ( chi2 square test , P = 0. 004 ) , 研究还发现 CASNS 组 4 枚穿破椎 弓根皮质均为外侧 , 而传统组 23 枚中 14 枚为内侧 、5 枚为 尾侧 , 这 些 区 域 潜 在 的 危 险 更 大 。Schwarzenbach4 等 报 导 CASNS 方法植入的 150 枚螺钉中 4 枚 (2. 7 %) 穿破椎弓根 皮质 。Merloz5 等报道 66 枚 CASNS 方法植入的螺钉中有 6 枚 (9 %) 位置不佳 , 而传统技术植入的 66 枚螺钉中有 30 枚 (40 %) 位置不佳 。Putzier 6 等回顾性比较 100 例采用传统技 术 (70 枚胸椎螺钉 , 474 枚腰骶椎螺钉) 和 100 例采用光电 导航系统 (112 枚胸椎螺钉 , 508 枚腰骶椎螺钉) 患者螺钉植 入情况 ; CASNS 组椎弓根穿破率为4. 8 % , 而传统组穿破率 为15. 4 % , 穿破达到 2mm 或以上者仅见于传统组 。 3. 3. 2 颈椎
CASNS 在脊柱外科的应用和发展是由以下三方面的因素 决定的 : (1) 现代影像技术的发展 , 尤其是计算机断层扫描 (CT) 和核磁共振成像 ( MRI) 技术 , 使外科医生术前能够 制定详细的手术计划 ; (2) 脊柱外科手术过程和植入物日趋 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 术安全性 , 降低手术并发症 ; (3) 微创脊柱外科的进一步发 展需要具有高准确性的引导设备 。
椎弓根螺钉轨迹的确定有两种方法 。 (1) 引导模式 监 测仪上显示预定的轨迹 。根据计划将椎弓根开路器置于螺钉
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中国矫形外科杂志 2003 年 12 月第 11 卷第 24 期 Ort hop J Chin , Vol. 11 ,No. 24 December 2003
入点处 , 按照监测仪上显示的轨迹置入椎弓根探针 , 从而确 定螺钉的轨迹 ; (2) 实时模式 螺钉轨迹的确定无需预定轨 迹 。器械的尖端置于外科医生认定的螺钉入点处 , 监测仪显 示器械不同深度 (4 、8 、10 、12 、18 、40mm) 的三维位置 (轴面 、矢状面和横截面) , 此过程中外科医生可根据患者的 解剖调整器械方向 , 使螺钉轨迹安全地通过椎弓根直至椎体 前皮质 。
计算机辅助脊柱导航系统的主要优点 : (1) 定位精确 , 减少神经副损伤 图像引导手术能够让外科医生清楚地了解 脊椎解剖结构和椎弓根钉植入的位置和方向 , 提高手术准确 度 。Rampersaud12 等通过几何模型计算出椎弓根螺钉安全植 入允许的最大移位和旋转误差为 T5 的0. 0 mm/ 0. 0 °至 L5 的 3. 8 mm/ 22. 7 °。Nolte 13 等研究发现光电脊柱导航系统的准 确率可达到1. 0～1. 7 mm , 这由术前 CT 扫描的层厚 、导航 仪的精确度和术中匹配情况所决定 。此外 , Grange 14 等报 道 , 光电导航系统不受环境中铁磁效应的影响 , 与电磁导航 系统相比 , 精确度更高 ; (2) 有利于缩短手术时间 , 减少手 术创伤 在应用脊柱导航手术初期 , 由于操作不熟练 , 可能 会在一定程度上增加手术时间 , 熟练掌握后 , 加之手术定位 准确 , 减少不必要的操作和重复 , 可使手术时间缩短 , 解剖 结构越复杂 、脊柱畸形越严重 , 越能体现导航系统的优越 性 、越能缩短手术时间 ; (3) 提高外科医生对手术部位脊柱 解剖结构的辨别能力 脊柱导航系统可提供手术区域三维结 构 , 这利于术者全面了解术中脊柱脊髓的解剖 , 提供手术质 量。
术前将手术部位脊柱的 CT 资料输入导航系统中心控制 器 , 系统软件对脊柱影响进行三维重建 , 包括前后位 、侧 位 、额状位和 3D 图像 。在此基础上 , 外科医生详细研究手 术部位的解剖 、制定手术方案 (如减压 、肿瘤切除范围) , 并 确定每个椎弓根螺钉植入的理想轨迹 、长度和直径 , 储存于 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 辨的解剖标志 , 用于术中匹配过程 。 3. 2 手术过程
近十余年来 , CASNS 在世界范围内得到迅猛推广和发 展 , 现有的 CASNS 可概括为 3 类 : (1) 被动导航系统 这种 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 生 , 而植入物准确的位置获得不需外科医生的判断 ; (2) 主 动导航系统 或称之为机器人系统 , 这种导航系统在进行预 定的手术操作时 , 不需外科医生参与 ; (3) 半主动导航系统 这种导航 系 统 下 外 科 医 生 可 在 术 前 预 定 的 范 围 内 进 行 手 术 , 如果手术超越此范围 , 该系统则会终止操作 。 2 CASNS 的原理和结构