计算机导航在骨科手术中的应用

针，十字韧带重建等。
(二)．二维X线依赖的导航
• C臂现在已经成为骨科手术的基本设备。其最 大的特点是实时迅速的显象，无须术前模拟。在 手术器械上和传感器上安装两套光发射二级管（ LEDS）通过显示屏来配准（11）。其配准过程包 括X线的建模和补偿由于C臂转动带来的图象变形 。示踪器安放在C臂上，可以计算控制功能参数 ，最先被Ｈofsteterr使用（１2）。通过C臂的转 动获得图象，是一对多的图象，相当于使用了多 个C臂，这是2维显象的一个优势。另一个优势是 图象可以更新，随时可以获得最新的图象，有利 于复杂骨折的复位。现在2维依赖的导航已经广泛 应用于关节置换、锁式髓针，DHS，十字韧带重 建中。
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，使骨科手术变的更安全、更准确
、更微创。
Basic principle
基本设备:
• 不同的导航系统有不同的设备，但其中最基本的 设备是一致的。大概有以下三种分类： （1）SO（surgical object）:手术操作实体，在 骨科领域，主要是骨骼及相关联的组织结构。 （2）VO（virtual object）成像设备。现在常用 的CT，X线，MRI ，PET，DSA 等影象设备，可 以实时准确地提供图象及数据。 （3）NAV（navigator）：导航仪。即在SO 和 VO 之间的连接装置。获取操作器械在人体的定 位和方向。
Tool Set Spine
Tool Set Pelvis
Leabharlann Baidu
• 4 chisels • Pelvis • Fragment • Calibration • Pointer • VK
Simultaneous tracking of 9 tools!
Tool Set Hip Prosthetics
SurgiGATE® Components
中的位置关系，以指导医生实施手术操作。配准是其最关
键的技术，有过去的点匹配（9）和现在的面匹配（10） 。该导航最大的优点是可以获得良好的三维图象，有利于 术前计划和模拟。其缺点是，需要严格的配准和参照才能 获得更好的图象，而且无法实时显象，图象无法更新。，
现在已经广泛应用于全髋置换和全膝置换，DHS，锁式髓
．控制手术器械到达要求的部位，从而实施相
应的手术操作。
Step 1: Placement of the Reference Base
Reference coordinate system is attached anywhere on patient.
Step 2: Shoot images
Image stored in the computer
计算机导航在骨科手术中的应用
一.基本概念
•
CAOS即利用各种影象设备如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，
• long and compact tools
• Many objects tracked • multiple tools and bones
• Large Field of View (FOV)
• needed for C-Arm and other applications
三个条件：
• 1．校准（calibration）：对于描述骨骼的几何形 状校准是必需的。即在操作器械上安装跟踪器， 是提高图象配准精度及定位精度的第一步。 2．配准(registration)：其目的是在VO和术前图 象的基础上对手术器械定位，提供相对应的定位 显象。 3．参照(reference)：动态参照系统（dynamic reference bases,DRB）可以弥补由于导航仪和 骨骼位置的移动带来的误差。
Step 3: Navigate
Action Image
OR Setup
三．基本类型
• (一)CT依赖的导航系统
•
最早应用于神经外科，目前在骨科应用比较广泛，最
早应用于脊柱椎弓根螺钉固定系统（6）。目前典型的系
统有DiGioia(7)等开发的Hipnav系统，Langlotz(8)等开
发的脊柱导航系统。术前将获得CT扫描图像，并将患者的 模拟仿真数据导人计算机中；术中，通过定位跟踪器获得 手术工具与解剖结构之间的空间位置关系，并与术前的CT 图像进行配准，在计算机中实时显示手术工具在仿真模型
easy setup, mobile, only 80 x 80 cm each
Surgical instruments are tracked by a camera
Camera Infrared
LED Shield
Best tracking technology
• High precision
Define Landmark in Image
Find Landmark on Patient
Matching methods
Methods:
• Paired-Point Matching • Surface Matching
Digitization of points
Surgical Navigation
Patient
Image
二.工作模式
•
医生通过术前或术中x线／CT／MRI对人
体手术部位进行显示，定位，然后规划模拟，
术中手持装有跟踪器的操作器械对患者实施操
作，手术工具的空间立体定位及瞄准过程均在
跟踪器的实时控制之下，跟踪器能够精确地给
出术中解剖部位与多模图像之间的位置关系，
经过相应坐标转换(平移、旋转等)的配准过程
Referencing
Automatic compensation of patient and camera motion.
Reference coordinate system is attached anywhere on patient.
Matching
The transformation between the patient world and the CT image world is found