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> 学习园地 > 科普知识

导航手术室

来源:    发布时间:2014-09-23


说到导航手术室,本期先给大家介绍一下导航设备,包括导航原理和导航相关技术发展。下期会给大家介绍导航手术室和导航的临床运用。



说起汽车导航,相信大家已经是很熟悉了:我们下载地图安装到GPS,车载GPS和空间卫星实时通讯,然后卫星可以将侦测到的汽车的地理位置信息反馈给GPS,并显示在地图上。

其实,手术导航系统和汽车导航类似:地图就是病人扫描得到的影像资料,包括CT、MR、PET和C-arm等等设备图像;GPS就是各个导航手术器械,他们可以和导航主机之间实时通讯,被追踪、显示;卫星系统就是导航的探测摄像头,当然,精度是很高的,都是零点几毫米级别的,以精确显示神经、血管等重要组织。

大家还接上学的时候连线题吗?没错,就是左右一一对应啦!

手术导航系统工作原理示意图:

从上图可以看到,手术器械、病人病灶等的位置都可以被导航追踪显示,器械相对于病灶的位置变化,可以直观实时的显示在屏幕上,将带来手术方式和习惯的改变:医生可以开展更微创、直观、安全、精确地的手术。同时可以减少术中C-arm使用,降低X线辐射,减少职业病危害等。

在实际手术过程中,术者可以和好的进行手眼配合,不用一直盯着手术区域。就是说,一天手术下来脖子不酸,腰不疼了。

接下来,和各位看官分享下导航的主要技术指针:导航探头和导航追踪技术。

导航的核心部件是探测摄像头,它有三个主要技术指标:探测精度,最远有效距离和稳定性。稳定性减少误差,保证手术安全可靠;精准度是使用导航的最大意义;有效距离最大程度保证现代手术的感控要求。

目前全球有两家手术导航探测摄像头生产厂家:美国Stryker公司和加拿大的NDI技术公司。Stryker同时也是手术导航系统生产、销售厂家。NDI公司具有丰富的产品线,包括电磁导航追踪系统和红外追踪系统。除Stryker外,其余厂家的手术导航系统均是采购的NDI公司探测摄像头。

不同导航摄像头有精度和有效范围的差异,原因在于不同的追踪技术。

导航的追踪方式:电磁和红外追踪。

电磁技术:最早由GE公司提出的电磁场导航技术,即导航器械和主机之间的通讯追踪是利用器械和主机之间的电磁场感应进行定位追踪的,不需要探测摄像头。

我们知道,电磁场的便利性在于不受主机和器械之间的遮挡物影响,信号照样传输。但也存在精度不高问题:电磁场受金属器械、操作距离的影响,精度不稳定,所以电磁追踪技术基本上退出了导航市场。

红外追踪技术:这也是目前的主流追踪技术,根据实际使用发展,从早期到现在经历了三代技术更新。

第一代:主动有线。导航器械像传统的电刀笔一样,每个器械后边有连线给器械供电,保障器械的发光点工作,并进行通讯。我们把这种器械主动发射空间位置信息进行定位的有连线的追踪技术称为:主动、有线的红外追踪系统。

优点:器械主动发射空间位置信息,定位精确,不需要其他耗材,后期成本低。

缺点:现代追求微创手术,手术区域越来越小,临床设备越来越多,有连线的器械使用不方便。

第二代:被动无线。它避免了第一代的缺点,将连线去掉,解放了手术器械。这时候器械和主机之间的定位是靠探测摄像头发射红外信号到手术空间,手术器械上安装反光球,靠反光球反射信号并被探测摄像头接受处理,显示其位置。

不足之处在于信号从摄像头发射到被反射接受,有相对的信号延迟;反光球被污染后,影响精确度;另外,为追求更好的反光效果,反光球涂层材料要求很高,都是一次性医用耗材,后期使用成本高。


第三代:主动、无线。没有连线,使用方便;没有反光球,没有耗材成本;主动发射红外定位信号,没有信号延迟,更精准;器械内置智能电路板,可以自检故障,按键作为无线鼠标在术中遥控导航软件的操作,减少感控风险;


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