导航系统辅助关节镜手术

导航技术的简介

导航系统最早应用于神经外科，起源于现代脑立体定向技术（ 1906 年）。随着计算机技术的不断发展，导航技术逐渐进入到医学领域。1986 年，美国斯坦福 医学院的 Dr. Roberts 最早将导航系统应用于临床。此后十余年间，该项技术不断得到改良，进入 90 年代以后，人工智能技术的引入，使导航系统趋于成熟，成为一种智能化的手术辅助系统，并在各国广泛应用于临床工作， 满足了一系列临床医生迫切需要解决的问题，包括术前虚拟手术规划，术中病灶精细定位，遥控操作，辐射损伤防护等等。

导航系统使用计算机对术前患者的影像资料（包括MRI、CT、X线片、C型臂透视影像等）进行分析和数字化、对术中患者的解剖位置和手术器械进行识别和追踪，利用医学影像虚拟出一个三维的看似真实的虚拟环境，医生可以根据自身的感觉，对这个虚拟环境中的物体进行操作，这称为虚拟现实技术。利用VR技术可以进行术前规划，对虚拟的手术部位进行模拟操作。通过注册技术将患者的真实术野与虚拟现实的空间正确对应，并能实时追踪反映出真实空间中的变化，这称为增强现实技术，这也是导航手术的基础。医生在真实术野中所作的每一个操作都能实时地反映在虚拟空间中，并通过显示器显示出来，这样，医生就能根据显示的结果进行调整，或根据术前所作的规划进行手术操作。

导航系统在辅助膝关节韧带重建手术中的作用

1. 手术前，仔细阅读患者的X线片、CT、MRI，如果有必要，可以选择合适的影像学资料输入导航系统计算机
2. 手术中，安装系统追踪器，使导航系统能够识别并能够追踪不同的追踪器，通过注册，使导航系统能够识别出不同的导航工具和患者的手术区域，并且是指与虚拟的环境一一对应
3. 通过C型臂透视机对膝关节透视 ，获取的图像被导航系统自动捕获，作为导航系统引导的基础
4. 此时，手术医生可以在虚拟环境中进行术前规划，或者在虚拟环境中模拟手术操作（尤其是对于复杂的高难度手术有很大帮助，如多发韧带损伤的重建手术、韧带失效的翻修手术等），评估手术效果
5. 手术方案确定后，手术医生在虚拟环境中向导航系统发出指令，导航系统根据指令在真实环境（患者的手术区域）中做出手术的路径、方向等，协助手术医生完成手术。

导航系统能够为我们未能提供什么帮助？

    前交叉韧带重建手术：前交叉韧带损伤是常见的运动损伤，目前，关节镜下前交叉韧带重建手术已经成为治疗前交叉韧带断裂的金标准。在前交叉韧带重建手术中，胫骨和股骨隧道的位置是否精确是决定手术成败的关键。传统的手术方法是使用各种工具（各种设计理念的导向器）进行隧道定位，有些医生也使用数种透视辅助定位，但是，这些方法都是基础都是关节内的一些解剖标志，对于通常情况下，这些方法基本可以达到定位准确，但是，对于膝关节存在解剖变异、关节内骨折、发育畸形等情况的时候，传统的手术定位方法就很难做到“准确定位”，更谈不到精确定位了。导航系统的出现，让手术医生可以真正做到术中隧道位置的精确定位，而且，可以做到每个病例都能够精确定位，即导航系统的“可重复性”——这是导航系统最大的优点。同时，使用导航系统还可以减少术中透视次数，减少术中的X线接触。

    后交叉韧带重建手术：从事关节镜手术的医生都知道，后交叉韧带重建手术的难度大大高于前交叉韧带重建手术，一方面是由于后交叉韧带的解剖关系复杂，更重要的是后交叉韧带重建手术需要建立膝关节后内和/或后外入路，使用这两个入路辅助手术操作，建立后交叉韧带的胫骨隧道。手术中可以使用专门设计的后交叉韧带导向器，但是，如果关节镜下视野不清，或者解剖标志不明确，就无法准确防止导向器，也就无法准确定位隧道的位置。于是，我们可以使用导航系统为医生提供第二个参考，手术医生既可以根据关节镜下的图像作为定位标志，同时也可以根据导航系统提供的定位指示进行定位，而且二者可以互相参考、互相监测，从而提高手术的精确性。

    韧带重建后的翻修手术和复杂的多发韧带损伤重建手术：这两类手术更能够发挥导航系统的优势。导航系统除了术中能够提供实时监测和引导外，更重要的一点，导航系统可以使用患者术前的X线片、CT或者MRI的数据资料，在计算机中重建出患者膝关节的三维模型，这样，在复杂的手术中，医生可以事先在虚拟的“患者的膝关节”中进行模拟手术操作，检测手术方案，预测术后效果，确定术前规划，这样，在实际手术操作中就能做到胸有成竹。