计算机辅助导航系统及其在骨科的应用.pdf
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《中国医疗器械信息》2006年第13卷第2期 Vol.13 No.2
技术 专题 (骨科)
Thematic Forum(Orthopaedics)
图1 手术导航系统的组成
文章编号：1006-6586(2007)02-0001-04 中图分类号：R687 文献标识码：A
收稿日期：2006-12-22
作者简介：杨述华，教授，主任医师，博士生导师，骨科主任
随着科学技术的飞速发展，传统的外科观念受到
了极大挑战。微创的概念已深入到外科诊断与治疗的
各个领域，外科手术朝着越来越精细、复杂的方向发展。
近年来，高速发展的医学成像技术、图像处理技术以
及机器人技术逐渐应用于医学领域，逐渐形成了计算
机辅助外科 (computer assisted surgery, CAS)[1]。而计算
机辅助导航系统(Computer assisted navigation system,CANS)则是其中不可或缺的组成部分[2]。
1 导航系统的工作原理及组成
工作原理：手术导航系统是利用数字化扫描技术
所得到的病人术前影像信息 (CT、MRI、C 型臂影像
等)通过媒介体(MO磁光盘、CD-R光盘、DAT磁带、DICOM 或医院网络等 ) 输入到系统的核心——功能强
大的计算机工作站，工作站在经过高速运算处理后重
建出病人的三维模型影像，手术医生即可操作相关软件
( 神经外科、脊柱外科、耳鼻喉科、整形外科等 ) 在此
影像基础上进行术前计划( 可设定多条手术计划路线 )
并模拟进程，实际手术过程中系统红外线摄像头动态追
踪手术器械相对病人解剖结构的当前位置，并明确显示
在病人的二维 / 三维影像资料上，手术医生通过高解像
度的显示屏从各个方位观察到当前的手术入路以及各
种参数(角度、深度等)，从而最大限度的避开危险区，在最短的时间内到达靶点病灶，大大减少病人的失血量
与手术创伤以及并发征，完成真正意义上的微创手术。
手术导航系统一般由 4 个部分组成 ( 图 1)：① 手
术导航工具：用于发射或反射光信号以确定手术工具
的位置。② 位置跟踪仪：通过接受光电信号来监视跟
踪手术器械的位置。③ 监视器：反映手术器械的位置
计算机辅助导航系统及其在骨科的应用 杨述华 傅德皓 华中科技大学同济医学院附属协和医院骨科 (武汉 430022)
内容提要： 计算机辅助导航系统将空间立体导航技术、计算机图像处理及可视化技术与临床手术结合起来，使手
术器械的位置在术中通过影像实时显示，从而确保手术的安全。因精确性、安全性及快速性的特点使
其在临床逐渐得到广泛应用，并逐渐形成计算机辅助外科，在骨科领域如脊柱外科、关节外科、创伤
外科等方面导航系统也充分发挥了重要作用，逐渐形成计算机辅助矫形外科。
关 键 词： 计算机辅助导航系统 计算机辅助外科 计算机辅助矫形外科
Application of Computer Assisted Navigation System in Orthopaedics
YANG Shu-hua FU De-hao Department of Orthopaedics, Union Hospital, Tongji Medical College, Huazhong University of Science and
Technology (Wuhan 430022)
Abstract: Computer assisted navigation system (CANS) takes advantage of the techniques of space three-dimensional navigation, computer
image processing and visualization. When it combines with clinical surgery, it can display at real time the positions of surgical
instruments through the images during the process of the operation. As a result, the safely of the operation is ensured. Because of
it’s precise, safe and fast, CANS has been in widely used in clinics. With development of sciences, computer-assisted surgery (CAS)
utilizing robotic or image-guided technologies has been introduced into various orthopedic felds including spinal surgery, joint
surgery and traumatic surgery, and computer assisted orthopedic surgery (CAOS) have been developed.
Key words: Computer Assisted Navigation System (CANS), Computer-assisted Surgery (CAS), Computer Assisted Orthopaedic Surgery (CAOS).
《中国医疗器械信息》2007年第13卷第2期 Vol.13 No.2
技术 专题 (骨科 )
Thematic Forum(Orthopaedics)
和患者的影像资料。④ 工作站：将虚拟坐标系与实际
坐标系通过计算匹配。
2 分类
2.1 所有的CAS系统均是导航工具与手术环境(包括医
生)的交互操作，从而实现一定的空间位置关系。按照
交互方式的不同，将手术导航系统分为主动式、半主动式、被动式3种。被动式手术导航系统占据主要的市场份额。
(1) 手术机器人可归为主动式导航系统，这是因为机器
人在实施手术的过程中完全凭借机器手进行操作，不
需要手术医生的人工干预。机器人可以按照手术计划
进行精确的手术操作 ......
《中国医疗器械信息》2006年第13卷第2期 Vol.13 No.2
技术 专题 (骨科)
Thematic Forum(Orthopaedics)
图1 手术导航系统的组成
文章编号：1006-6586(2007)02-0001-04 中图分类号：R687 文献标识码：A
收稿日期：2006-12-22
作者简介：杨述华，教授，主任医师，博士生导师，骨科主任
随着科学技术的飞速发展，传统的外科观念受到
了极大挑战。微创的概念已深入到外科诊断与治疗的
各个领域，外科手术朝着越来越精细、复杂的方向发展。
近年来，高速发展的医学成像技术、图像处理技术以
及机器人技术逐渐应用于医学领域，逐渐形成了计算
机辅助外科 (computer assisted surgery, CAS)[1]。而计算
机辅助导航系统(Computer assisted navigation system,CANS)则是其中不可或缺的组成部分[2]。
1 导航系统的工作原理及组成
工作原理：手术导航系统是利用数字化扫描技术
所得到的病人术前影像信息 (CT、MRI、C 型臂影像
等)通过媒介体(MO磁光盘、CD-R光盘、DAT磁带、DICOM 或医院网络等 ) 输入到系统的核心——功能强
大的计算机工作站，工作站在经过高速运算处理后重
建出病人的三维模型影像，手术医生即可操作相关软件
( 神经外科、脊柱外科、耳鼻喉科、整形外科等 ) 在此
影像基础上进行术前计划( 可设定多条手术计划路线 )
并模拟进程，实际手术过程中系统红外线摄像头动态追
踪手术器械相对病人解剖结构的当前位置，并明确显示
在病人的二维 / 三维影像资料上，手术医生通过高解像
度的显示屏从各个方位观察到当前的手术入路以及各
种参数(角度、深度等)，从而最大限度的避开危险区，在最短的时间内到达靶点病灶，大大减少病人的失血量
与手术创伤以及并发征，完成真正意义上的微创手术。
手术导航系统一般由 4 个部分组成 ( 图 1)：① 手
术导航工具：用于发射或反射光信号以确定手术工具
的位置。② 位置跟踪仪：通过接受光电信号来监视跟
踪手术器械的位置。③ 监视器：反映手术器械的位置
计算机辅助导航系统及其在骨科的应用 杨述华 傅德皓 华中科技大学同济医学院附属协和医院骨科 (武汉 430022)
内容提要： 计算机辅助导航系统将空间立体导航技术、计算机图像处理及可视化技术与临床手术结合起来，使手
术器械的位置在术中通过影像实时显示，从而确保手术的安全。因精确性、安全性及快速性的特点使
其在临床逐渐得到广泛应用，并逐渐形成计算机辅助外科，在骨科领域如脊柱外科、关节外科、创伤
外科等方面导航系统也充分发挥了重要作用，逐渐形成计算机辅助矫形外科。
关 键 词： 计算机辅助导航系统 计算机辅助外科 计算机辅助矫形外科
Application of Computer Assisted Navigation System in Orthopaedics
YANG Shu-hua FU De-hao Department of Orthopaedics, Union Hospital, Tongji Medical College, Huazhong University of Science and
Technology (Wuhan 430022)
Abstract: Computer assisted navigation system (CANS) takes advantage of the techniques of space three-dimensional navigation, computer
image processing and visualization. When it combines with clinical surgery, it can display at real time the positions of surgical
instruments through the images during the process of the operation. As a result, the safely of the operation is ensured. Because of
it’s precise, safe and fast, CANS has been in widely used in clinics. With development of sciences, computer-assisted surgery (CAS)
utilizing robotic or image-guided technologies has been introduced into various orthopedic felds including spinal surgery, joint
surgery and traumatic surgery, and computer assisted orthopedic surgery (CAOS) have been developed.
Key words: Computer Assisted Navigation System (CANS), Computer-assisted Surgery (CAS), Computer Assisted Orthopaedic Surgery (CAOS).
《中国医疗器械信息》2007年第13卷第2期 Vol.13 No.2
技术 专题 (骨科 )
Thematic Forum(Orthopaedics)
和患者的影像资料。④ 工作站：将虚拟坐标系与实际
坐标系通过计算匹配。
2 分类
2.1 所有的CAS系统均是导航工具与手术环境(包括医
生)的交互操作，从而实现一定的空间位置关系。按照
交互方式的不同，将手术导航系统分为主动式、半主动式、被动式3种。被动式手术导航系统占据主要的市场份额。
(1) 手术机器人可归为主动式导航系统，这是因为机器
人在实施手术的过程中完全凭借机器手进行操作，不
需要手术医生的人工干预。机器人可以按照手术计划
进行精确的手术操作 ......
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