骨科手术导航技术的现状与未来
【最新】计算机导航在骨科手术中的应用
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。
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(二)．二维X线依赖的导航
• C臂现在已经成为骨科手术的基本设备。其最
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Best tracking technology
• High precision
• long and compact tools
• Many objects tracked • multiple tools and bones
• Large Field of View (FOV)
•PnPTe专e业de文d档for C-Arm and other applica1t1ions
考架固定于病人骨折肢体表面，术前进行CT扫描，手术
模拟入路位置术中导航仪帮助引导，配准，经皮即可到达
理想部位，达到坚强准确固定骨折。（2）锁式髓钉的应
用。主要应用与远端锁钉的固定，关键有两步（21）：
首先准确的控制锁钉入孔，在髓针进入髓腔以后，远端的
锁钉必须准确。其次术中钻孔需要跟踪实时显象（3）
DHS的应用。首先复位用克氏针临时固定，然后将动态
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骨盆
Hip
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Realtime mode
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Fragment motion
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3．ACL 的重建 • 膝关节交叉韧带的重建关键在于股骨远端和
胫骨近端的两个移植交叉韧带骨孔位置的确定.通 过术前模拟来确定合适的钻孔点位置和方向。术 中进行图象配准来完成交叉韧带的重建。而且计 算机辅助还可以确定交叉韧带合适的张力； JameS等利用kneeNav-ACL系统进行了初步临 床研究，这个系统特点是术中导航和图像重叠技 术的融合，外科医生可以在术中清楚看到模拟的 膝关节，准确确定交叉韧带的位置，在监控下完 成钻孔，并通过模拟膝关节的运动确定交叉韧带 的张力。
骨科领域的发展趋势与前景
作，为偏远地区或特殊环境下的患者提供及时有效的手术治疗。
03
多模态影像融合
机器人辅助手术系统可以实现多模态影像融合，将不同来源的医学影像
数据进行整合和处理，提供更加全面和准确的手术导航和定位信息。
03
智能化诊疗系统发展与应用
人工智能在骨科诊疗中应用
智能辅助诊断
01
利用人工智能技术，对医学影像、病历数据等进行分析，提高
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新型技术与材料应用
3D打印技术在骨科领域应用
个性化定制
3D打印技术可以根据患者的具体 病情和骨骼结构，定制出完全符 合患者需求的个性化植入物或手 术导板，提高手术精度和效果。
复杂结构制造
3D打印技术可以制造出传统方法 难以加工的复杂结构和内部多孔 结构，使得植入物更加符合人体 生理结构，提高生物相容性。
快速制造
3D打印技术可以在短时间内制造 出所需产品，缩短了手术等待时 间和治疗周期，为患者带来更好 的就医体验。
生物可降解材料研究进展
生物相容性
生物可降解材料具有良好的生物相容性，可以在体内逐渐被降解吸收，不会对人体产生 毒副作用。
骨缺损修复
生物可降解材料可以作为骨缺损修复的支架材料，随着新生骨组织的逐渐形成，支架材 料逐渐降解并被吸收，最终实现骨缺损的完全修复。
脊柱疾病
如颈椎病、腰椎间盘突出等，常导 致疼痛和活动受限。
03
02
关节炎
关节炎症性疾病，包括骨关节炎、 类风湿性关节炎等。
运动损伤
运动员或活跃人群中常见的肌腱、 韧带和肌肉损伤。
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现有治疗方法及局限性
保守治疗
包括药物、物理治疗和康复训练，但效果有 限。
手术治疗
如关节置换、脊柱手术等，创伤大、恢复时 间长。
中国骨科手术机器人行业发展现状全景分析及行业发展趋势
中国骨科手术机器人行业发展现状全景分析及行业发展趋势近年来，中国的骨科手术机器人行业取得了快速发展。
随着人口老龄化问题的加重，骨科疾病的发病率逐渐增高，传统手术方法已经不能满足患者需求，骨科手术机器人成为了一种更加精准和安全的治疗手段。
目前，中国骨科手术机器人市场竞争格局较为激烈，主要包括国外品牌和国内企业两大阵营。
国外品牌如美敦力、Stryker等在中国市场具有较大的份额，其产品具有较高的质量和性能优势。
而国内企业如合力泰、富奥股份等也在骨科手术机器人领域取得了一定的市场份额，不断推出具有自主知识产权的产品。
全景分析及行业发展趋势：1.技术竞争激烈：骨科手术机器人是未来手术机器人市场的一个重要领域，国内外企业都在加大技术创新力度，争夺更多的市场份额。
随着技术的不断进步，骨科手术机器人的操作精准度和安全性将会不断提高。
2.市场需求增长：随着人口老龄化问题的日益突出，骨科疾病的发病率将会继续增加，对骨科手术机器人的需求也将会增加。
同时，随着居民健康意识的提高，患者对手术精准度和安全性的要求也越来越高。
3.加强国产化进程：国内企业在骨科手术机器人领域取得了一定的突破，并不断推出具有自主知识产权的产品。
随着技术的不断成熟和品牌的逐渐积累，国产骨科手术机器人有望在市场上占据更大份额，减少对进口产品的依赖。
4.医疗政策支持：近年来，中国政府出台了一系列支持医疗器械产业发展的政策，为骨科手术机器人行业提供了良好的发展环境。
鼓励企业加大研发投入，提高产品质量，同时加强与医疗机构的合作，推动技术的推广和应用。
总之，中国骨科手术机器人行业正处于快速发展期，市场竞争激烈，国内外企业在技术创新和市场拓展方面都加大了投入。
随着人口老龄化问题的加重和医疗技术的不断进步，骨科手术机器人市场将会迎来更大的发展机遇。
国内企业应加强自主创新，提高产品质量，以在市场竞争中取得优势地位。
骨科微创手术的现状和展望
骨科微创手术的现状和展望引言骨科手术是一种专业性较强的手术，需要高超的技术水平和精湛的操作技巧。
传统的骨科手术通常需要切开皮肤和切断肌肉，手术后恢复周期较长，严重影响了患者的生活质量。
骨科微创手术是一种新型手术技术，能够实现创伤更小、术后恢复快、并发症少等优点，现已成为骨科手术的一种趋势和方向。
骨科微创手术的概念所谓骨科微创手术，是指在完整保护肌底和关节等组织无损伤的情况下，通过使用高科技仪器、器械和显微操作技术，对骨骼、关节和周围组织进行各种手术治疗。
相比于传统的开放手术，骨科微创手术术中所需的器械和仪器更为细小，手术操作更为精细，可以缩小局部切口或者穿刺口，从而达到减少创伤、降低手术风险、缩短术后康复时间的效果。
骨科微创手术的技术途径骨科微创手术有多种技术途径，常见的有以下几种：关节镜手术关节镜手术是指利用微型摄像头和光源、钳子等工具，通过微创手术切口或皮下局部置入工具，进入关节内部实施的治疗技术。
常见的关节镜手术有膝关节关节镜手术、肩关节关节镜手术、踝关节关节镜手术等。
组织穿刺组织穿刺是指用一种无杆无剂的极细针头或导管，在局部麻醉下扎入患者的骨骼、关节和周围组织内，进行诊断和治疗的一种微创技术。
常见的组织穿刺有骨髓穿刺和抽取、关节腔穿刺和抽取、软组织穿刺和抽取等。
微创手术微创手术是指在肌肉组织完整的情况下，通过一小段切口或穿刺口进行骨科手术的一种微创技术，可以减少组织分离、缩短手术时间、促进组织愈合、降低肌肉组织的损伤。
常见的微创手术有锁骨钢板内固定、关节置换手术、骨折内固定手术等。
骨科微创手术的优点骨科微创手术有以下几点优点：减少创伤疼痛因为切口小、肌肉和软组织完整保护，患者在手术后的疼痛和不适明显减少，同时伤口愈合时间快，术后疼痛减轻，患者不需要长时间卧床休息。
减少住院时间骨科微创手术可以缩短住院时间，相对传统的手术方式，患者可以在更短的时间内完成康复。
对于一些患有基础疾病、年龄较大、身体较弱的患者，可以减少患者在医院内的感染和交叉感染的风险。
计算机辅助导航技术在骨科中应用
多模态融合：将多种模态的医学影像和数据进行融合，提高手术导航系统的综合性 能。
计算机辅助导航技 术在骨科手术中的 实践案例
手术目的：矫正脊柱畸形，恢复脊柱功能 手术方法：采用计算机辅助导航技术进行精确定位和操作 手术效果：提高了手术成功率，减少了手术风险和并发症 案例分析：具体分析一例脊柱外科手术中计算机辅助导航技术的应用和效果
跨学科交流可以促进不同领域的知 识共享，提高技术应用的广度和深 度
添加标题
添加标题
添加标题
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跨学科合作可以促进不同领域的专 家共同解决问题，提高技术水平
跨学科合作与交流可以提高技术研 发的效率和质量，推动技术进步
计算机辅助导航技 术在骨科中的前景 展望
应用领域拓展：从骨科拓展到 其他医学领域，如神经外科、 心血管外科等
成本问题：计算 机辅助导航设备 价格昂贵，可能 影响其在骨科领 域的普及
操作难度：计算 机辅助导航技术 操作复杂，需要 专业人员进行操 作
数据安全：计算 机辅助导航技术 涉及患者隐私和 数据安全，需要 采取有效措施保 障数据安全
加强技术研发，提 高导航精度悉 度
效率。
原理：通过实时 获取患者骨骼数 据，结合手术计 划，生成三维手 术导航图，辅助 医生进行手术操
作。
技术特点：高 精度、实时性、 交互性、可视
化。
应用领域：骨 科、神经外科、 心血管外科等。
1980年代：计算机 辅助导航技术开始 应用于骨科手术
1990年代：三维重 建技术在骨科手术 中广泛应用
2000年代：机器人 辅助手术系统在骨 科手术中逐渐普及
2010年代：人工智 能技术在骨科手术 中开始得到应用
骨科手术的新技术与进展
骨科手术的新技术与进展近年来，随着医疗技术的不断发展，骨科手术也得到了许多新的技术和方法的支持，使得骨科手术的效果越来越优秀，手术过程越来越安全和快捷，患者恢复的时间越来越短。
本文将介绍一些目前在骨科手术领域中的新技术和进展。
一、立体定向手术技术立体定向手术技术是一种通过计算机的三维重建，能够提供精确的手术导航的技术。
医生可以通过手术导航仪，在手术过程中实时了解患者身体内部的情况，对手术对象进行精确定位和操作。
这种技术在脊柱手术、脑外科手术、骨科手术等领域得到了广泛的应用。
由于立体定向手术技术具有高精度、高安全性的优点，与传统手术相比，立体定向手术可以减少手术过程中的创伤和出血，可以降低手术失败的风险和复发率，大大提高了手术的成功率和患者的生存率。
二、电子结构技术电子结构技术是一种通过电子技术实现骨科手术的技术。
在手术过程中，医生可以使用一个电子手术刀，通过将电能转换成高频电磁波，对患者的骨骼进行切割。
这种技术与传统手术相比，具有创伤小、手术时间短、出血少等优点。
电子结构技术可以用于骨髓穿刺手术、关节修补手术、骨折处置、植入人工关节等领域。
三、3D打印技术随着3D打印技术的不断发展，3D打印技术也被引入到了骨科手术领域。
通过3D打印技术，医生可以根据患者的个体化特征，对患者的骨骼进行高精度的重建和模拟，为手术提供精确的指导。
3D打印技术在骨科手术领域可以用于制作人工骨头、人工关节、骨修复材料等。
四、机器人辅助手术技术机器人辅助手术技术是一种集机械学、控制学、计算机科学、图像处理和动力学等学科于一体的技术。
在骨科手术中，机器人可以被操作来完成医生手术指示下的步骤，使得手术过程更加精确、迅速和安全。
机器人辅助手术技术在脊柱手术、骨折手术、人工关节置换手术等领域得到了广泛的应用。
总之，随着医疗技术的不断发展，骨科手术也得到了许多新技术的加持。
这些新技术在提高手术成功率和患者生存率的同时，也极大地降低了手术风险和痛苦，为患者提供了更加安全、快捷和有效的治疗方式。
骨科手术导航系统的设计与应用
骨科手术导航系统的设计与应用随着医疗技术的发展，骨科手术的稳定性和精度越来越高，但作为医生却难免会遇到一些比较特殊的病例，有时需要直接对病人进行手术。
这时，手术导航系统的应用就显得尤为重要，可以有效提高医生的操作精度和手术成功率。
一、骨科手术导航系统的基本原理骨科手术导航系统是一种通过计算机技术和医学图像处理技术实现的技术手段，可以帮助医生在手术中更加准确地定位和操作手术部位。
一般而言，手术导航系统由以下三个部分组成：1. 感知装置：感知装置主要是指一些传感器和定位器，如声音、视频、磁场等，可以实时地判断病人当前部位位置和姿势。
2. 导航软件：导航软件是整个导航系统的核心部分，通过对先前拍摄的病人影像进行三维空间重建，可以实现对病人各个部位的定位和跟踪。
医生在手术操作时，系统会自动显示手术器械和病人内部结构的位置信息，方便医生对手术部位进行判断。
3. 显示器：显示器是将实时获取到的病人影像和手术器械的位置信息合并并直观地呈现给医生的装置，可以使医生更加直观地了解手术部位的情况，提高手术精度。
基于上述原理，骨科手术导航系统被广泛应用于医疗机构，特别是在复杂的骨科手术中，可以使医生在保证手术精度的同时，减少手术时间和术后并发症。
二、骨科手术导航系统的设计与构成骨科手术导航系统的设计，需要深入了解医学和计算机技术，掌握医学图像处理技术和3D建模技术，并在初始化设计阶段，围绕着病人影像处理、器械跟踪、手术指令和影像呈现等重要环节，确定完整的系统框架和技术实现路线。
在设计阶段，需要考虑到医疗设备的多样性和操作体验效果，同时特别考量设备的通用性，保证医疗生态的稳定性和持续性。
另外，还需要注意到设备的制造成本与开放性，并围绕着现有的医疗设备设计开放接口，方便不同设备间的数据共享。
三、骨科手术导航系统的应用场景骨科手术导航系统是一个综合性医疗设备，应用广泛。
特别适合在一些高难度的骨科手术中使用，例如骨折复位术中，骨臂修复手术中，脊椎手术中等。
儿童骨科发展现状及未来趋势分析
儿童骨科发展现状及未来趋势分析随着社会的不断进步和医疗技术的不断发展，儿童骨科作为一个重要的医学领域备受关注。
本文将分析儿童骨科的发展现状以及未来的发展趋势。
当前，儿童骨科已经成为医学专业领域之一，专注于婴幼儿和青少年的骨骼问题。
骨科发展中的一个关键领域是骨折和畸形矫正，尤其是在儿童发育的关键阶段。
随着人们对儿童骨科重要性认识的提高，儿童骨科专科医生的需求也不断增长。
目前，儿童骨科的发展现状可以总结为以下几个方面：首先，医疗技术的进步使得儿童骨科的手术和治疗方法更加精确，更加安全。
例如，计算机导航手术系统的应用使得手术过程中的定位更加准确。
同时，儿童骨科还借鉴了成人骨科领域的一些技术，如骨折修复中的内固定技术和螺钉应用等。
这些技术的引入为儿童骨科的发展提供了强有力的支持。
其次，研究和教育在儿童骨科发展中起着重要作用。
目前，许多医学院校都开设了儿童骨科专业，培养了大量的儿童骨科医生。
同时，研究机构和专业协会也在积极促进儿童骨科领域的科研和学术交流。
这些努力为儿童骨科领域的发展提供了学术支持和人才储备。
再次，儿童骨科的关注度越来越高。
随着人们对儿童健康的关注度增加，儿童骨科的重要性备受重视。
父母意识到儿童期的骨骼发育对成年后的健康有着重要影响，因此他们更加愿意为孩子寻求儿童骨科专家的帮助。
这也促使了儿童骨科领域的发展，并为儿童骨科医生带来更多的职业机会。
在未来，儿童骨科领域有着广阔的发展前景。
以下是未来的几个发展趋势：首先，儿童骨科将更加注重预防和健康管理。
随着人们对儿童健康的关注度不断提高，儿童骨科将更多关注骨骼的预防保健，以避免疾病的发生和发展。
这包括通过健康生活方式、合理的体育锻炼和营养饮食来促进骨骼的健康发育。
其次，儿童骨科将更多借鉴成人骨科领域的先进技术。
随着医疗技术的不断发展，成人骨科领域涌现出了许多创新技术和方法。
儿童骨科可以从中借鉴经验，并将这些技术和方法应用到儿童的骨骼问题中，以提供更好的治疗效果。
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证。
操作简便，能达到光学导航系统同等的胫骨和股骨测量效果。
据报道该系统膝关节置换对准精度接近91%，而传统外科手术设备仅有68%。
KneeAlign 2系统所采用的ADI i Sensor IMU内置三个加速计和三个陀螺仪，能分别感
应出直线运动和角向运动，从而完成六自由度测量。i Sensor IMU能够准确跟踪所有轴上
基于可见光的定位和跟踪技术比基于红 外线的技术有许多优越性，但其技术更复杂 ，运算量也更大，要想达到实时性的要求也更难。
0, x, y A h(x, y) 1, x, y A
000000000000000000000 000000000000000000000 000010000000000000000 000011110000000000000 0000111111110000000000 0000111111111110000000 0000111111111111100000 000000000000000000000 00000000000000000000
开发平台。
目前已能实现图像的分割，三维建模，图像的配准功能，虚拟手术和手术器械路径规
划功能正在开发中。
技术路线
OrthAlign采用ADI iSensor® IMU (惯性
测量单元) 。可以在数秒时间内测定病人
胫骨旋转中心，并精密计算出切骨角度
。
OrthAlign公司的KneeAlign 2系统已经得到FDA（美国食品及药物管理局）510(k)许可
精度达到0.1mm RMS，则至少要使用2048×2048 的分辨率，最大更新频率为60赫兹，每秒钟需要传 输和计算的数据量为：2048×2048×8×60=2.013 Gbps，最大更新频率如达到100赫兹，每秒钟需要 传输和计算的数据量将达到3.355 Gbps。
光学定位的精度和图像的分辨率成正比，和距离的平方成反比。
基于模板 化，即图像亮度的变化，将与
邻点亮度对比足够大的点定义 为角点。
基于模板 梯度组合
基于轮廓曲线 的角点检测
OpenCV
Matlab的图像处理工具箱
编程语言 开发实时系统
开源
脚本语言 测试算法 非开源
工作基础、可行性
MITK (Medical Imaging Interaction Toolkit) 是一款开源的交互式医学图像处理软件
新疆医科大学第五附属医院 数字骨科实验室 刘大鹏
li
通过导航系统提高手术精度已是手术 微创和数字化时代的必然趋势。
开放手术
微创
透视 导航
出血，创伤 视野受限 辐射
1. 基于双目视觉的光学导航技术 2.基于3D打印导向板的导航技术 3.基于陀螺仪的导航技术
基于红外线的导航技术
基于可见光的导航技术
单阈值分割
g(x,
y)
1 0
f (x, y) T f (x, y) T
确定阈值
以NDI公司的Polaris Spectra红外光学追踪为例， 分辨率为1024×768，最大更新率60赫兹，最多同时 跟踪15个目标，最远探测范围2.4m，精度0.25mm RMS。
以8位黑白灰度图像计算，每秒钟需要传输和计算 的数据量为：1024×768×8×60=377.487Mbps。
如果同时跟踪多个目标，又将增加运算量，要想满足实时性对技/S
USB3.0
5.0Gbps。
Camera Link Full
5.4Gbps
计算机图像处理算法是研究的重点
基于梯度
基于灰度图像的 角点检测
目前的角点 检测算法可 归纳为3类
基于二值图像 的角点检测
主要考虑像素领域点的灰度变
的仪器运动。
制式 PAL / NTSC
视频图像 数字图像
什么是角点？
目前关于角点的具体定义和描述主要有如下几种：
1．角点是一阶导数(即灰度的梯度)的局部最大所对应的像素点；
2．角点是两条及两条以上边缘的交点；
3．角点指示了物体边缘变化不连续的方向； 4．角点处的一阶导数最大，二阶导数为零； 5．角点是指图像中梯度值和梯度方向的变化速率都很高的点。
角点（corner points）：
局部窗口沿各方向移动，均产生明显变化的点 图像局部曲率突变的点
典型的角点检测算法：
Harris角点检测 CSS角点检测
视频图像构成原理
O
m
Y
像素
nX
分辨率 m × n 如：480 ×640
灰度图像 I = f ( x, y )
彩色图像 IR = fR ( x, y ) IG = fG ( x, y ) IB = fB ( x, y )
1. 光学定位跟踪技术 2. 图像配准技术
图像配准技术发展现状
技术特点
缺点
点配准 需要在患者骨骼安装金属标志。
增加了创伤且不易自动识 别
面配准 需要使用激光或光学三维扫描仪获取骨骼 易受术中骨表面上血迹和
表面点云，进行配准，
软组织的干扰，产生误差。
DRR投 精度高，完全自动配准 影法
DRR产生环节要消耗大 量时间