计算机辅助导航技术在骨科中应用.ppt

1、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。目前典型的系统有DiGioia等开发的Hipnav系统，Langlotz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，有过去的点匹配和现在的面匹配。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，锁式髓针，十字韧带重建等。 2、基于X线透视图像导航系统 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。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。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，随时可以获得必威体育精装版的图象，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。 3、三维X线依赖的导航 1999年，3维依赖的导航开始应用于临床 （德国西门子公司）。其配置了特殊的发动机和旋转程序来实现高清晰的围绕骨骼旋转轨迹的图象。大约可以旋转190度。可以达到CT一样的显象效果。每一次旋转可以获得50~200套2维图象。把骨骼放在C臂中心，通过图象数据综合，来获得高分解的3维图象数据，其中容量扫描的准确性是成功的关键。3维X线依赖的导航还可以实时显象，所以前景非常广阔，是计算机导航的发展方向。 非图像依赖导航系统 这种导航没有具体的图象，而是通过示踪系统作用于不同的骨性结构和参照标记建立起来的。最早应用于前交叉韧带的重建。其最大的特色是旋转程序，严格的人体机械定位和数据优化来计算运动参数，决定特殊关节的运动特征。最大的优点是骨骼变形技术。必须建立骨骼解剖模型数据库，需要大量的高分解的容积图象、数据参数和表面形态，以及尸体模型。在术中通过个解剖区的点数据对应来达到导航作用。要作到微创很难，必须借助2维和3维图象来获得所有必要的解剖标记。因此适合于那些解剖结构暴露比较充分的手术，典型的如ACL重建，全膝关节置换，全髋关节置换等。Dessenne等于1995年最早应用于交叉韧带重建。 临床应用 临床 应用 肿瘤 关节 脊柱 创伤 脊柱手术 最早在实验室应用于椎弓根螺钉系统，由于设备技术的限制，以前仅限于腰椎的应用，现已拓展到颈椎和胸椎。最常用的导航是依赖CT的导航。如椎弓根螺钉的置入，术前通过CT对手术部位脊柱进行三维重建，制定手术方案，然后在脊柱上确定3~6个术中可分辨的标记点。术中通过带有动态参考系统的操作器械进行点对点匹配。当二者完全匹配时再钻孔置入螺钉。由于CT良好的三维图象，最常用于颈椎和胸椎上段。在计算机导航系统引导下的颈椎离体实验中，C1、2经关节螺钉与经椎弓螺钉的使用都是安全的,而且有很高的精确性以依赖X 线的导航：术中通过X线获得图象，然后通过计算机工作中心设计引导下置入椎弓根螺钉。不需要术前模拟，而且术中图象可以更新，但是无法得到良好的三维图象。所以更广泛应用于腰椎和下胸椎，不过也有人开始应用于颈椎和上胸椎。目前的脊柱外科的研究热点是如何进行经皮螺钉植入和脊柱内窥镜技术。 Advanced pre-op planning Current position Target position Guidance Future penetrations Current position Realtime Trajectory R L 1 2 3 4 导航 传统 置入时间 5.4±1.1 10.9±3.2 透视率 3% 5% Kotani等回顾性分析 32 例（416 根椎弓根螺钉）脊柱侧弯患者 导航 传统 置入时间 （2.37±0.72）min （4.61±1.05）min 准确率 99.2% 84% Rajasekaran 进行了一项 31 例（242 颗螺钉）胸椎骨折患者的随机临床研究 创伤骨科 随着微创的要求变高和X线的局限性，计算机导航在在创伤骨科的应用将更加广泛，主要集中在骨盆骨折和长骨骨折。骨盆骨折有些位置比较深而且移位比较小，X片不容易发现，而且手术入路比较困难，很难达到坚强固定。用以CT依赖的导航则变的简单方便，将参考架固定于