现代全膝关节置换术(TKA)已经成为治疗晚期膝关节病变成熟可靠的方法，来自挪威和瑞典的报告显示假体在体内1O年生存率可达到90％"95％ 。虽然优良的远期效果与适应证选择、假体设计、手术器械改进及术后康复相关，但更取决于精确的假体力学对线和良好的软组织平衡。现代TKA的机械定位系统是基于肉眼对肢体和假体的观察来实现的，这就明显影响了其可靠性。即使经验丰富的医生采用机械定位系统，股骨与胫骨对线误差超过±3。的发生率可达10％以上。研究表明机械轴线在±3。以内的假体1O年生存率可达到90％，超过±3。则降为73％ 。Jeffery等的研究也显示，机械轴线在±3。之内，12年假体松动率为3％；超过4。则松动率增加至24％。
近年来不断发展的计算机导航技术在TKA手术中的应用越来越普及，不同种类的导航系统和新的软件系统应运而生，初期应用报告显示导航系统不仅提高了TKA下肢对线和假体位置的准确性，而且可以辅助术中软组织平衡，改善术后关节活动范围。
一、手术导航系统的基本组成和分类
医学影像技术、计算机技术和空间示踪技术的发展与结合产生了计算机辅助骨科手术(CAOS)，该技术亦被称为计算机导航手术。
手术导航系统一般由四个部分组成：(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和患者的影像资料。(4)工作站：将虚拟坐标系与世界坐标系通过计算匹配。
目前应用的导航追踪手段分为：(1)红外光学定位方法；(2)电磁定位方法；(3)超声信号定位方法；(4)机械手定位方法。红外光学定位方法是目前使用最广泛的定位方法，通过摄像机观察目标，然后根据立体视觉原理重建目标的位置，可跟踪多个目标，精度可达1 Film，但其接收装置容易受术中遮挡及周围光线或金属物体反射的干扰。
根据导航工具与手术环境交互方式的不同，手术导航系统分为主动式、被动式和半主动式。主动式导航系统：即手术机器人系统，这种导航系统在进行手术操作时不需外科医生参与，机器人可以按照预定的计划进行精确的操作。被动式导航系统：这种导航系统可将手术器械与解剖结构之间的空间位置关系的实时资料提供给医生，手术操作仍由医生来完成，是目前临床最常用的导航方式。
半主动式导航系统：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，如果手术超越机器人控制的安全范围，系统则会终止操作，属于第二代医用机器人手术系统。根据是否采用术前CT和x线等影像资料为基础，手术导航系统又分为影像依赖及非影像依赖两大类。影像依赖系统是应用术前或术中采集的手术部位的医学影像进行手术现场的图像注册，从而对手术目标和手术器械进行定位导航。非影像依赖系统利用预先储存的手术部位的通用医学影像数据库与暴露充分的解剖结构进行现场配准，无需术前和术中采集图像。
影像依赖导航系统根据采集图像的医学影像设备及所需图像种类的不同又分为：(1)基于CT的导航系统，以术前采集的手术部位的CT图像进行导航；(2)基于X线透视图像的导航系统，以术中“C”型臂X线机实时采集的X线透视图像进行导航；(3)基于MR图像的导航定位系统，以三维重建数据为基础进行导航，目前术中MRI导航系统已投入临床测试阶段。目前用于TKA的导航系统主要有两类：基于CT的导航系统和非影像依赖导航系统。
二、手术导航系统的工作原理
手术导航系统的基本原理是将术前或术中获得的影像学资料经过计算机数据处理后形成三维可视图像，该三维图像被标记于一个坐标空间中，该坐标空间被称作虚拟坐标系(virtual coordinate system，VCS)。手术过程中，在导航系统的引导下，定位器可以实时确定手术野的空间位置，该空间位置是在导航定位器帮助之下建立在一个真实坐标空间上的，称为球面坐标系(world coordinate system，WCS)。两个坐标空间越匹配，导航手术的精确度越高。
手术导航系统和全球定位系统(GPS)非常类似，固定在骨骼上的示踪器与直接相连于计算机的信号发射及感应装置组成一个三维空间定位系统。通过术中录入患者的影像或解剖标志启动手术导航过程，手术过程中系统的红外线摄像头动态追踪手术器械相对患者解剖结构的实时空间位置关系，手术医生通过计算机显示屏，可从各个方位观察其操作过程及位置变化。
基于CT的导航系统：术<
返回顶部