计算机辅助骨科手术的概况与进展

器，在红外摄像机追踪、屏幕导航下成功完成了对１２具尸体 Ｃ。～，椎间孔成形术，空间耦合误差０．７１
ｍｍ（Ｏ．４６～０．９２
２．３ ２．３．１
ＣＡＯＳ在创伤骨科方面的应用 骨折髓内钉内固定方面 １９９７年首先报道计算机辅
ｍｍ）。术中能从多方位实时显示Ｋｅｒｒｉｓｏｎ钻孔器尖端与椎动 脉的相对位置。但目前缺乏大宗临床病例的报道．有待进一 步研究。 在脊柱矫形方面，Ｅ１一Ｓａｇｈｉｒ等［１幻应用术中导航系统对 ８４例强直性脊柱炎（颈椎３４例．胸腰椎５０例）进行截骨矫形 术。所有病人脊柱侧凸均被很好地矫正，仅７例出现神经损 伤．其中５例为完全可逆性损伤。但其临床随访的时间不长， 还须更多的临床研究和论证。
ｒａｍ），术后测量各节段椎体
ｍｍ（３．３～５．４８
外侧缘距横突孔内侧缘距离平均为４．３４ ｍｍ）。较传统方法变异性所得的５．１０
ｒａｍ（１．７２～７．７１ ｒａｍ）
更小。Ｋｌｅｉｎ等［儿３应用安装了发光二极管的Ｋｅｒｒｉｓｏｎ钻孔
万方数据
・４２８・
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｏｒｔｈｏｐａｅｄｉｃｓ Ｖ０１．１５。Ｎｏ．６。Ｊｕｎ．２００９
２．２
助下的髓内钉远端锁钉技术，近年这方面的应用逐渐增多， 且已证实其可以缩短手术时间和减少射线的照射．甚至手术 过程中完全不用Ｃ型臂Ｘ线机透视。Ｈａｚａｎ等Ｌ２¨报道在行 股骨骨折带锁髓内钉内固定术中应用ＣＡＯＳ系统全部锁钉 一次锁准．而且缩短了手术时间。术中射线的暴露明显减少。 但目前缺乏大宗临床病例的报道，有待进一步研究。 ２．３．２骨盆骨折方面Ｈｕｆｎｅｒ等［２Ｅ开发新的ＣＡＯＳ软件 系统应用于骨盆环骨折复位内固定手术．与直视下对骨折块 复位比较．两组的残余错位程度和旋转角度差异不大（平均１ ｍｍ和０．７。左右），无统计学意义。Ｓｔｏｃｌｄｅ等【２¨成功对３０例 患者应用ＣＡＯＳ进行骨盆手术，显示其优越性。但也暴露当 前ＣＡＯＳ图像小等缺点。Ｈａｍｅｌｉｎｃｋ等Ｅ２４］报道在ＣＡＯＳ下 行髋部骨折螺钉植入治疗的实验研究，结果显示ＣＡＯＳ组导 针植入有更高的精密度和准确度，且射线暴露时间短，钻孔 操作更少。 ２．３．３髋臼骨折方面Ｋａｈｌｅｒ等［２５］研究应用ＣＡＯＳ对髋 臼骨折螺钉内固定，有９５％的螺钉与目标的差异小于５ 且９０％的螺钉可以经皮植入。 髋臼骨折类型复杂，多为粉碎性。且解剖位置深。骨暴露 困难。若选择切开复位内固定术。选择合适的手术入路则是 手术成功的关键。而螺旋ＣＴ的多维重建为此类骨折的诊治 提供了一种新的手段，对手术方案的制定有重要参考作用。 王坤正等［２６１还认为，由于容积重建技术包含了髋臼骨折术 后骨质内、外部结构的信息，因此是目前显示髋臼术后形态 的最佳方法，对骨折术后疗效判断有较高的价值。研究发现 通过计算机图像处理技术可将儿童各时期髋关节的正位Ｘ 线叠加在一起以了解髋臼的形态变化。阿良等心７ ３通过此法 证明。８岁后髋臼仍发育不良即应行矫正手术。手术前对股 骨头、髋臼形态和头臼关系的三维观察，可为手术方案的制 定提供客观依据。 ２．３．４跟骨和肩胛骨骨折方面 张英泽等［２胡报道用计算
机辅助跟骨骨折复位。取得了初步结果。他们根据术前的跟 骨模型。用计算机控制机器人进行挤压塑形．结果显示恢复 粉碎性跟骨骨折的基本正常外形。郝毅等堙们对成人肩胛骨 的颈部、肩胛冈的基底部和肩胛骨外侧缘进行三维观测后指 出，这些部位可以接受钢板螺钉内固定。但这些只是初步的 研究，有待进一步发展。 ２．３．５长骨骨折复位方面Ｇｒｕｔｚｎｅｒ等［３０３应用ＣＡＯＳ对 模型长骨骨折复位及微创固定系统固定进行探讨。显示其微 刨、精确的优越性。Ｚｈｅｎｇ等¨１ｊ进行无透视下计算机辅助骨
ａｍｔｅｒｉｏｒｃ
ＥＪ３．Ｓｐｉｎｅ。１９９９，２４（８）：８２６—８３０．
ＬｌｌＪ Ｋｌｅｉｎ ＧＲ．Ｌｕｄｗｉｇ
ＣＡＯＳ目前存在的问题和展望 ＣＡＯＳ目前存在的问题ＣＡＯＳ技术尚处于发展阶
Ｅ９３
ｆｌｕｏｒｏｓｃｏｐｙ ｆｏｒ ｃｅｒｖｉｃａｌ ｓｐｉｎｅ、ｓｕｒｇｅｒｙ［ｃ］．Ｐｒｏｃｅｅｄ—
ｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ２７ｔｈ
Ｍｅｅｔｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｅｒｖｉｃａｌ Ｓｐｉｎｅ Ｒｅ—
３．１
ｓｅａｒｃｈ
Ｓｏｃｉｅｔｙ．Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ Ｓｅａｔｔｌｅ。１９９９：１６—１８．
随着信息科学技术的飞速发展以及生命科学技术的不 断进步，综合当今先进的数字影像、计算机及空间定位技术 等，逐渐形成了一门新的技术，称为计算机辅助外科手术技 术（ｃｏｍｐｕｔｅｒ—ａｓｓｉｓｔｅｄ ｓｕｒｇｅｒｙ。ＣＡＳ）。它可以对图像进行三 维重建和融合，术前充分评估患者的情况，规划手术路径、方 案，模拟手术。术中追踪手术器械，引导手术。确定手术范围， 从而使外科手术更加精确、安全和微刨化。ＣＡＳ在骨科手术 中的具体应用称为计算机辅助骨科手术（ｃｏｍｐｕｔｅｒ—ａｓｓｉｓｔｅｄ
万方数据
实用骨科杂志第１５卷．第６期，２００９年曼月
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干骨折闭合复位的实验研究。平均误差约１ ｍｍ。在这方面虽 然有所研究。但其可发展的空间很大。
３பைடு நூலகம்
ｓｕｒｇｅｒｙ［Ｊ３．Ｓｐｉｎｅ。２０００；２５（２０）：２６６８—２６７４． ∞ｊ
Ｆｏｌｅｙ Ｋ。Ｒａｍｐｅｒａｎｄ ＹＲ。Ｓｉｍｏｎｅ ＤＡ。ｅｔ ａ１．Ｖｉｒｔｕａｌ
Ｄｅｓｓｅｎｅ等Ｅ１８３最早将该技术应用于前交叉韧带重建手术。取 得满意手术效果。Ｋｌｏｓ等［１９３介绍了前交叉韧带重建术中应 用ＣＡＯＳ精确定位移植前交叉韧带，较传统方法更安全准 确。Ｈｅａｒｄ等乜叫在体外模拟应用导航系统（ＫｎｅｅＮａｖ—ＡＣＬ 系统）与传统关节镜下行膝关节前叉韧带重建术进行随机对 照实验分析。通过对术前设定的理想位置点与实际手术骨孔 之间的距离测量显示。导航系统比传统关节镜手术更精确， 两组间有统计学差异。
段。成本费高，工具还相当原始。设备笨重。ＣＡＯＳ比传统手 术操作烦琐、费时。软、硬件不完善。掌握其手术技术需要有 一段学习曲线。术前图像配准可能产生误差、术中注册过程 可能产生错误、动态参照环术中可能移位、导航本身有自己 的精度、术者本人可能发生错误等影响其准确性。手术导航 系统术中存在“漂移”问题，基于Ｘ线透视的导航系统图像质 量不高。其成本与效益有待进一步评估。但随着科技的发展， ＣＡＯＳ在骨科的应用有着不可估量的前景，上述缺点将会避 免或减少。
ｏｒｔｈｏｐｅｄｉｃ
ＣＡＯＳ在骨科各个领域中的应用 ＣＡＯＳ在脊柱外科的应用 目前ＣＡＯＳ在脊柱外科领
２．１．１椎弓根螺钉内固定方面
域发展最快，应用最广。ＣＡＯＳ是从２０世纪９０年代开始的， 当时神经外科应用的脑立体定向导航手术显示了很大的优 势，在此技术应用于神经外科的脊柱手术时被骨科医生所关 注。２０世纪９０年代初。Ｆｏｌｅｙ等［３１首先分别进行了导航系统 在脊柱外科领域中应用的尝试。他们最早在实验室进行了计 算机辅助下的椎弓根螺钉内固定术实验。并于１９９５年在芬 兰赫尔辛基实施了世界第ｌ例计算机辅助导航下的腰椎椎 弓根螺钉内固定术［４］。此后相关实验研究和临床应用报道逐 渐增多。Ｍｅｒｌｏｚ等［５］分别对６４例椎弓根螺钉植入术使用传 统植入和计算机辅助技术进行比较。偏差率分别为４４％和 ９％。Ｅｂｍｅｉｅｒ等［６］应用导航系统进行了３６５例椎弓根螺钉 植入术，偏差率为６．３％，而传统的根据解剖定位植入椎弓根 螺钉的偏差率为ｚ０Ｎ～３０％。计算机辅助手术虽然增强了手 术显示度。增加了内置物安放准确性。显示出较好的优越性， 但是延长了手术时间，更多的经验有待总结。 ２．１．２脊柱外科其他方面ＣＡＯＳ在脊柱外科领域中应用 虽较多，但多为对椎弓根螺钉植入的研究。而在脊柱外科的 其他方面研究较少。Ｗｅｉｄｎｅｒ等［７］在导航下完成３７例Ｃ，～２ 后路经关节Ｍａｇｅｒｌ螺钉固定术。置钉成功率１００％。Ｆｏｌｅｙ． 等［８］应用ＦｌｕｏｒｏＮａｖ导航系统成功地在尸体标本上置入齿 状突螺钉，置入的２４个螺钉的实际角度与预想的螺钉角度 相一致。郑燕平等［９３报道了将计算机导航与内窥镜联合应用 于齿突螺钉固定的尝试。但这些应用有待进一步研究。 在颈椎前路减压术中。Ａｌｂｅｒｔ等ｕ ０］对４具尸体进行颈 椎切除术研究，认为导航能达到预期目标，无血管神经损伤， 耦合误差０．６８
１
ＣＡ（）Ｓ的基本概况 ＣＡＳ最早起源于神经外科的立体定位技术。空间定位技
术经历了机械手定位法、光学定位法和不受光线遮挡的电磁 定位法，其设备对手术的影响越来越小，被应用于脊柱外科 等其他骨科领域。随着数字影像，计算机及空间定位技术的 快速发展，ＣＡＯＳ经历了初期基于术前ＣＴ图像引导的手工 注册ＣＡＯＳ系统、术中ＣＴ或Ｘ线图像引导的自动注册的 ＣＡＯＳ系统、三维Ｃ型臂的导航系统等阶段。未来的ＣＡＯＳ 系统会是自动注册匹配的基于术中真实三维图像的技 术［１七］。ＣＡＯＳ由主处理系统、成像显示系统、立体定位系统、 导航工具等部分组成。其基本工作原理是将患者术前数字影 像信息输入计算机工作站中，并与患者本体的标志数据资料 进行配准。手术过程中，跟踪器实时跟踪，监控手术工具或骨 折段达到要求部位从而实施手术。此外术者也可在影像基础 上进行术前计划。
ｍｍ（Ｏ．４８＂－－＇０．９３
ｓｕｒｇｅｒｙ，ＣＡＯＳ），也称骨科导航手术。它综合了当
今医学领域的先进设备。利用计算机断层扫描、磁共振成像、 正电子发射断层摄影术、数字减影血管造影等图像信息，并 结合立体定位系统。对人体肌肉骨骼解剖结构进行显示和定 位，在骨科手术中利用计算机和医用机器人进行手术干预。 ＣＡＯＳ为骨科医师提供了强有力的工具和方法，在提高手术 定位精度、减少手术损伤、实施复杂骨科手术、提高手术成功 率方面的表现卓越。虽应用时间较短。但应用日益广泛，受到 各国骨科医师的高度重视。
ｍｍ，
ＣＡＯＳ在关节方面的应用
２．２．１关节置换方面有研究结果显示。应用ＣＡＯＳ行关 节置换较传统手术有较高的准确性。早期以美国Ｔａｙｌｏｒ为 首开发的Ｒｏｂｏｄｏｃ系统最为典型．于１９９１年首次成功应用 于全髋关节置换术。此后ＣＡＯＳ在髋、膝关节置换方面的研 究应用逐渐增多，近年也有大宗病例应用研究的报道。应用 ＣＡＯＳ系统行全髋置换．髋臼假体外展角度的变异减少，假 体与人体更匹配．安装过程也更精确．手术质量明显提高．对 避免术后一些并发症有着重要意义。Ｔｅｅｎｄｅｒｓ等［１副报道了 一项随机对照前瞻性研究．通过对１５０例全髋关节置换患者 进行随机分为ＣＡＯＳ手术组和传统手术组，测量术后髋臼假 体外展角度发现两组之间有着统计学意义。Ｊｅｎｎｙ等Ｅ１４］对两 组各１００例患者分别行导航下和常规人工膝关节置换的对 照研究．前者的假体优良率为３３％，后者为１５％。Ｂａｔｈｉｓ 等［１列报道对随机的８０例患者分组作膝关节置换术。发现导 航组中９６％的下肢力线偏差在３。以内，而常规组仅７８％。另 外Ｄｉ Ｇｉｏｉａ等［１６０报道应用导航行全髋置换可以使手术切Ｅｌ 减少５０％。并且由于髋臼假体的正确放置术后功能也有所提 高。Ｈｓｉｅｈ等［１ ７１报道对３６例患者随机进行在计算机辅助图 像导航、传统切开方法或ＣＴ导航下行髋臼周围截骨。并进 行２年随访临床研究，显示计算机辅助图像导航组无副损 伤、骨坏死。而出血量、形态及功能改善等方面各组无明显区 别。 ２．２．２韧带的重建方面 在膝关节交叉韧带的重建方面。