手术导航系统已成为当前最前沿的研究领域之一
数字化手术导航系统的原理与应用
数字化手术导航系统的原理与应用
张丽
【期刊名称】《医疗卫生装备》
【年(卷),期】2010(031)001
【摘要】目的:研究美国Stryker Navsuite TM数字化手术导航系统的工作原理和关键技术.方法:手术导航系统应用智能追踪、虚拟现实、图像处理和系统配准等原理,构建患者三维虚拟解剖结构,实现术中的精确导航.结果:导航系统可以提供安全、精确和可靠的实时3D导航,辅助医生完成高难度的微创手术.结论:数字化手术导航系统作为最先进的创新性技术是数字化手术室的重要组成部分,对促进医院获得最大经济效益和社会效益有着重要的意义.
【总页数】3页(P110-111,117)
【作者】张丽
【作者单位】100035,北京,北京积水潭医院设备处
【正文语种】中文
【中图分类】TH772.2
【相关文献】
1.数字化心电信息系统原理与应用 [J], 董爱荣;李小华
2.数字化手术导航系统的应用及故障处理 [J], 唐文君
3.在脊柱侧弯矫形手术中辅助导航系统的工作原理及组成导航系统的临床应用 [J], 周柯新
4.视音频数字化的基本原理与应用 [J], 王刚
5.线扫描直接数字化X线摄影原理与应用 [J], 余厚军;于红林
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现代导航与制导技术 第一章 现代导航概论
1 现代导航概论
1.1什么是导航 1.2卫星导航 1.3无线电导航 1.4惯性导航 1.5特征匹配
卫星导航
世界第一个卫星导航系统是美国海军的“子 午仪卫星导航系统”（Transit system）。 1958年开始研发，1961年第一颗试验卫星发 射，1964年系统开始投入使用。并于1996年 退役。 目前世界上已经建成和在建的全球卫星导航 系统主要包括： GPS 美国 Galileo 欧盟及其合作伙伴 GLONASS 俄罗斯 COMPASS 中国
医生、患者、手术刀…
✓电脑手术导航系统 手术定位精度毫米级 ✓电磁式鼻窦导航系统——鼻腔的GPS手术 ✓全息导航精确定位微创手术治疗抑郁症 ✓计算机三维导航定位将脊柱手术缩短一半时间 ✓利用卫星导航定位系统治疗颅脑肿瘤 ✓德国三维可视导航定位祛瘤系统 ✓近视手术也用“GPS”？ ✓将GPS用在骨科手术中 ✓GPS服务颈椎手术 ✓ADI iMEMS运动检测技术应用于掌上手术导航 ✓NDI全球领先的医学三维测量/定位系统设计制造商
卫星导航
GPS、GLONASS和Galileo的系统设计都 包含一个星座，其中有24颗或更多的卫 星沿半径为2500km—3000km的轨道飞行， 确保在任何地方至少能收到4颗卫星的信 号。每颗卫星在2个到3个频段上播发同 步的时间信号，载波频率在1145MHz和 1614MHz之间。卫星导航接收机可以解 算出三维定位结果，通过被动测量到四 颗卫星的距离来校正时钟偏差。
卫星导航
“格洛纳斯GLONASS”是俄语中“全球 卫 星 导 航 系 统 GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTE” 的 缩 写 。 俄 罗 斯 1993年开始独自建立本国的全球卫星导 航系统。1995年俄罗斯耗资30多亿美元， 完成了GLONASS导航卫星星座的组网工 作。它也由24颗卫星组成，原理和方案 都与GPS类似。
EM手术导航系统行业深度研究报告
5G技术融合
5G技术的应用将为EM手术导航系统带来新 的发展机遇。5G技术的高带宽、低时延特 性将有助于实现更加精准的远程手术操作， 提高手术效率和质量。
行业发展趋势预测
要点一
行业规模扩大
随着医疗技术的不断进步和市场需求持续增长，EM手术导 航系统行业的规模将进一步扩大。更多的企业将进入该行 业，市场竞争将更加激烈。
EM手术导航系统行业 深度研究报告
汇报人：XXX 20XX-XX-XX
目录
• EM手术导航系统概述 • EM手术导航系统市场分析 • EM手术导航系统技术发展 • EM手术导航系统行业政策环境 • EM手术导航系统行业挑战与机遇 • EM手术导航系统行业前景展望
01
EM手术导航系统概述
定义与特点
02
EM手术导航系统市场分析
市场规模
全球市场规模
随着医疗技术的不断进步，全球EM手术导航系统市场规模持续扩大。根据市场 研究报告，2022年全球EM手术导航系统市场规模达到约XX亿美元，预计到 2028年将增长至XX亿美元。
国内市场规模
中国EM手术导航系统市场在近年来呈现出快速增长的态势。据统计，2022年中 国EM手术导航系统市场规模约为XX亿元人民币，预计到2028年将增长至XX亿 元人民币。
技术进步推动
新技术的不断涌现为EM手术导航系统的发展提供了更多的可能性，如人工智能、虚拟 现实等技术的应用将进一步提升手术导航的准确性和便捷性。
政策支持
国家对医疗行业的支持力度不断加大，为EM手术导航系统的发展提供了良好的政策环 境。
企业应对策略与建议
01
加大研发投入
企业应持续投入资源进行技术研 发，保持技术领先优势，以满足 市场和政策变化的需求。
外科手术导航相关研究
1、高精度手术导航的研究与应用绪论：传统的外科手术，无论是术前规划还是术中决定手术进程都依赖于医生的经验。
然而，术前对病灶部位没有准确的三维结构描述，术中仅能见到暴露于表面的区域，对体内手术操作存在较大风险。
从而传统外科手术往往会造成手术开口大，术后恢复时间长等问题。
随着数字图像处理、计算机视觉、网络通讯等技术飞速发展，形成了一个新的研究及临床应用热点：计算机辅助手术（Computer Aided Surgery, CAS）。
CAS 利用计算机技术模拟和指导手术所涉及的各个过程，包括术前规划，手术导航，辅助性治疗规划等。
CAS 相对于传统外科手术，有术前规划更准确，手术微创、快速、安全等优点。
手术导航系统（Surgical Navigation System，SNS）是CAS 的一个应用，它将病人术前影像数据和术中病人解剖结构准确对应，在术中为医生实时进行导航。
图1-1是手术导航系统的一个示意图，它包括手术器械、光学跟踪系统、图形工作站和显示设备。
手术导航系统的发展历程1881 年，Zernov 制成了脑测量仪并应用于临床，完成了人类最早的立体定向手术。
1908 年，Horsley 和Clarke 创建脑立体定向技术。
1947 年，瑞典科学家Leksell 设计的半弓形头架为脑立体定向外科的发展奠定了基础。
1979 年，Brown 发明了用定位框架与CT 扫描一起配准，用于神经系统非功能性疾病。
1986 年Robert 及其同事讨论的一种与CT 图像、显微镜相结合的无框架定向手术系统的观念一出现，就迅速激起了设计制造无框架定向手术的热潮。
此后，随着数字控制技术的应用，形成了一系列机械导航系统。
1986 年Roberts 首次报告使用声波数字化仪跟踪手术器械或显微镜的方法。
1991 年Kato 报告了电磁数字化仪的设计原理和临床应用，该系统主要由三维电磁数字化仪、三维磁源、磁场感应器和计算机工作站构成。
智能手术导航系统：提高手术安全性的新技术
智能手术导航系统：提高手术安全性的新技术在现代医学的舞台上，智能手术导航系统如同一位经验丰富的航海家，为医生们提供了精准的航线指引。
这项新技术的出现，不仅提高了手术的安全性和准确性，还为患者带来了更加安心的治疗体验。
首先，让我们来了解一下智能手术导航系统的工作原理。
它通过高精度的传感器和先进的算法，实时捕捉手术器械的位置和运动轨迹，将数据传输到计算机系统中进行处理。
然后，系统会根据这些数据生成三维图像，帮助医生更好地了解手术区域的解剖结构和周围组织的情况。
这样，医生就能够在手术过程中做出更加精确的判断和决策，避免对正常组织的损伤。
智能手术导航系统的优势不言而喻。
它就像一位细心的守护者，时刻关注着手术过程中的每一个细节。
无论是复杂的神经外科手术还是精细的眼科手术，智能手术导航系统都能够提供强大的支持。
它能够减少手术风险，提高手术成功率，让患者更快地康复。
然而，我们也必须认识到智能手术导航系统并非万能的。
它仍然需要医生的专业知识和经验来进行操作和判断。
因此，在使用智能手术导航系统时，医生们需要保持警惕，不断学习和掌握新技术，以确保手术的安全和有效。
此外，智能手术导航系统的发展也面临着一些挑战。
例如，如何进一步提高系统的准确性和稳定性？如何降低系统的成本，使其更加普及和可及？这些问题都需要我们进行深入的思考和探索。
在未来的发展中，我们可以期待智能手术导航系统与人工智能、机器学习等技术的结合，进一步提升其智能化水平。
同时，我们也需要加强跨学科的合作和交流，共同推动智能手术导航系统的研究和应用。
总之，智能手术导航系统是一项具有巨大潜力的新技术。
它为医生们提供了有力的工具，帮助他们在手术中做出更加精确和安全的判断。
然而，我们也必须保持谦虚和谨慎的态度，不断完善和提升这一技术，以造福更多的患者。
智能手术导航系统：手术精准度的新提升
“无再流”现象…
(六)细胞凋亡。细胞在基因启动指导下的主动性死亡…
2016年2月28日星期日 43
八、治 疗
《中国急性缺血性脑卒中诊治指南2014》推荐意见
2016年2月28日星期日
32
八、治 疗
3、呼吸系统处理 意识水平下降（Glasgow评分＜8分），应考虑机械通 气。 应尽可能避免使用镇静和麻醉药以避免影响 神经功能的评价。
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八、治 疗
4、溶栓治疗 动脉内溶栓治疗 目前还缺乏大样本、随机临床试验的资 料；从近期一些报道看，总体病死率从 46％－75％降至26％－60％。
2016年2月28日星期日
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51岁男性。“突发头晕伴视物模糊” 3天入院。DWI 提示双侧枕叶及小脑半球多发性梗死灶，经治疗明 显好转出院，目前仍抗凝治疗维持中……
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六、分
型
Caplan将TOBS分为首端型和枕叶型； martin将TOBS分为4型: 双侧背侧丘脑型(意识障碍和眼肌麻痹)； 枕叶颞叶型(视野缺损)； 脑干上部型； 小脑型； 临床上常常几型并存,或先后出现。笔者以为…
救治工作中，或则措施不当,或则针对性不强，以 致事倍功半,收效甚微。人工维持有效的呼吸、循
环，最后因脑死亡而抢救失败的病例不胜枚举。
2016年2月28日星期日
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脑缺血缺氧损伤的病理生理
脑缺血缺氧损伤的原因很多，但其病理生理演变过 程基本是一致的…
手术导航：微创医学的利器
⼿术导航:微创医学的利器2019-03-13项⽬负责⼈：宋志坚，1960年10⽉⽣，⼯学博⼠，教授，博⼠⽣导师。
现任复旦⼤学数字医学研究中⼼主任、上海市医学图像处理与计算机辅助⼿术重点实验室主任、教育部数字医学交叉学科研究⽣创新基地负责⼈。
兼任HUMAP特聘教授、纽约科学院会员、IEEE会员等职。
他长期从事医学图像处理与计算机辅助⼿术领域的科学研究与产品开发⼯作。
近5年来，作为课题负责⼈，先后主持并完成国家⾃然科学基⾦、教育部交叉学科研究⽣创新培养基⾦、上海市科委重⼤攻关项⽬、上海市经委产业化技术创新专项基⾦等⼀系列重要科研项⽬；并获得上海市科技进步奖、上海市技术成果转化创新精英奖、上海市优秀曙光学者奖、复旦⼤学研究⽣培养成果奖等重要奖项。
2008年，由复旦⼤学教授宋志坚主持的“⾼精度神经外科⼿术导航关键技术及其系统”获得⾼等学校科学研究优秀成果奖(科学技术)技术发明⼆等奖，该项⽬实施中不仅解决了神经外科⼿术导航的关键技术，还成功开发出具有⾃主知识产权的国产⾼性能⼿术导航仪。
其成果如同数字医学领域⼀颗璀璨的新星，将为微创⼿术的发展奉献新的⼒量。
正确定位或许有⼈会问，什么是⼿术导航?其实，这已经不是⼀个深奥的概念。
所谓⼿术导航是指以病⼈⾃⾝的CT、MRI等影像学资料为数据源，通过建⽴虚拟现实空间，结合三维可视化技术使医⽣在⼿术前能够模拟⼿术中的关键步骤，并在此基础上，再借助光学定位仪。
在⼿术中实时跟踪⼿术器械相对脑组织和病变的位置关系，从⽽达到辅助医⽣进⾏⼿术操作的⽬的。
⼤量临床统计数据证明，⼿术导航可提⾼病灶切除率86.7％，降低⼿术并发症12.1％，减少死亡率0.8％，临床疗效显著。
如今，⼿术导航仪已经成为欧美发达国家神经外科⼿术的必备设备，⽽其主要技术也⼀直控制在欧美少数发达国家中。
由于尚未掌握⾼端⼿术导航关键技术，所以，我国⽬前的临床应⽤⼤都是进⼝产品。
尽管随着这些产品的引进，我国的医疗环境得到了⼤幅的改善，但其所带来的问题也不容忽视。
外科手术导航系统的研究现状及进展
技术原理正颌外科手术机器人视觉导航技术主要包括图像获取、图像处理、 特征提取和机器学习等环节。首先，通过高分辨率的相机获取患者面部图像，然 后对图像进行预处理，如去噪、分割、配准等操作，提取出关键特征点。接下来， 利用机器学习算法进行特征学习和模式识别，将识别结果反馈给手术机器人，实 现精确的空间定位和导航。
2、不同外科手术前皮肤准备方 法的比较
常用的外科手术前皮肤准备方法包括传统的手工清洗法、化学溶液清洗法、 机械清洗法和联合使用法等。其中，手工清洗法虽然操作简单，但清洁效果受人 为因素影响较大；化学溶液清洗法虽然清洁效果较好，但对皮肤有一定的刺激性； 机械清洗法清洁效果较理想，但价格较高，操作繁琐。联合使用法则是在手工清 洗的基础上，结合化学溶液或机械清洗的方法，以达到更好的清洁效果。
然而，现有的研究还存在一些不足之处。首先，视觉导航算法的鲁棒性有待 进一步提高，以应对实际手术中可能出现的各种复杂情况。其次，轨迹规划方法 还需要考虑更多的生物力学因素，以实现更加精确和安全的手术操作。此外，现 有的研究主要集中在算法开发和实验研究上，还需要进一步推动技术应用和临床 试验。
结论正颌外科手术机器人的视觉导航和轨迹规划技术对于提高手术精度、降 低医疗成本和改善患者生活质量具有重要意义。本次演示介绍了该领域的研究现 状、技术原理和研究方法，并指出了现有研究的不足之处和需要进一步探讨的问 题。未来，随着技术的不断进步和应用领域的拓展，正颌外科手术机器人将具有 更广阔的应用前景。
手术导航系统概述
手术导航系统是一种集成了多种技术的辅助手术系统，包括医学影像技术、 计算机技术、传感器技术等。在手术过程中，手术导航系统通过收集患者的医学 影像信息，如CT、MRI等，建立三维模型，为外科医生提供精确的手术路径和实 时导航。此外，手术导航系统还可以在手术中监测患者的生理参数和手术器械的 位置，提高手术的安全性和效率。
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手术导航系统已成为当前最前沿的研究领域之一
手术导航系统是计算机技术、立体定向技术和图像处理技术结合发展的产物，现已适应微创外科的需要，广泛应用于神经外科、骨科、耳鼻喉科的手术应用。
手术导航系统发展到现在大概可分为三个阶段：(1) 框架机械立体定向仪：病人被局部麻醉后，把一个轻质的立体定向框架固定在病人头部，去做CT或M RI扫描，然后根据影像确定手术靶点的位置。
(2) 无框架机械臂定位系统：利用机械臂技术和计算机技术结合来定位。
机械臂上有许多关节，手术中依据计算机测量关节相对运动，模拟显示手术工具的运动进度。
但定位精度较差。
(3) 手术导航系统：超声波测量跟踪技术最早被采用，但超声波束的方向性差，易受干扰。
1. 手术导航成为国际研究的热点
以科学引文索引扩展版（Science Citation Index Expanded，SCI-E）数据库为数据源，以“(surgery or surgi*) and navigat*（手术导航）”为检索策略进行统计分析，发现上世纪末以来，“手术导航”论文稳步增长，说明全球对于手术导航的重视程度不断提升。
图 1 SCI-E数据库收录“手术导航”论文的年度增长情况
2 美国和德国处于领先地位，中国不断进步
从全球来看，德国和美国在手术导航的研究中处于领先地位。
一方面，德国是世界上最早发明手术导航系统的国家，另一方面，德国和美国也是器械工业最为发达的国家。
德国比较著名的医疗器械公司有：博医来公司（BrainLAB）、史赛克公司（Stryker）等，美国比较著名的医疗器械公司有：美敦力导航公司（Medtronic, Inc）、GE公司等。
图 2 2000-2009年SCI-E数据库收录“手术导航”论文的国家（地区）分布情况
从中国和美国、德国关系来看，德国的手术导航一直处于领先地位，但最近2年，美国略超于德国，但中国手术导航的发展还远远落后于他们，这也是国内许多手术导航产品来源于进口的主要原因，且国内进口的手术导航主要来自德国和美国，但中国的手术导航的研发正在逐渐的发展，这从最近几年有关手术导航的发文量可以看出。
国内的有几家公司的手术导航系统也已经上市，有深圳安科高技术股份有限公司、上海英迈吉东影图像设备有限公司、北京天智航医疗技术有限公司。
图3部分国家的“手术导航”论文发表数量情况。