導航手術室

說到導航手術室，本期先給大家介紹一下導航設備，包括導航原理和導航相關技術發展。下期會給大家介紹導航手術室和導航的臨床運用。

說起汽車導航，相信大家已經是很熟悉了：我們下載地圖安裝到GPS，車載GPS和空間衛星實時通訊，然后衛星可以將偵測到的汽車的地理位置信息反饋給GPS，并顯示在地圖上。

其實，手術導航系統和汽車導航類似：地圖就是病人掃描得到的影像資料，包括CT、MR、PET和C-arm等等設備圖像；GPS就是各個導航手術器械，他們可以和導航主機之間實時通訊，被追蹤、顯示；衛星系統就是導航的探測攝像頭，當然，精度是很高的，都是零點幾毫米級別的，以精確顯示神經、血管等重要組織。

大家還接上學的時候連線題嗎？沒錯，就是左右一一對應啦！

手術導航系統工作原理示意圖：

從上圖可以看到，手術器械、病人病灶等的位置都可以被導航追蹤顯示，器械相對于病灶的位置變化，可以直觀實時的顯示在屏幕上，將帶來手術方式和習慣的改變：醫生可以開展更微創、直觀、安全、精確地的手術。同時可以減少術中C-arm使用，降低X線輻射，減少職業病危害等。

在實際手術過程中，術者可以和好的進行手眼配合，不用一直盯著手術區域。就是說，一天手術下來脖子不酸，腰不疼了。

接下來，和各位看官分享下導航的主要技術指針：導航探頭和導航追蹤技術。

導航的核心部件是探測攝像頭，它有三個主要技術指標：探測精度，最遠有效距離和穩定性。穩定性減少誤差，保證手術安全可靠；精準度是使用導航的最大意義；有效距離最大程度保證現代手術的感控要求。

目前全球有兩家手術導航探測攝像頭生產廠家：美國Stryker公司和加拿大的NDI技術公司。Stryker同時也是手術導航系統生產、銷售廠家。NDI公司具有豐富的產品線，包括電磁導航追蹤系統和紅外追蹤系統。除Stryker外，其余廠家的手術導航系統均是采購的NDI公司探測攝像頭。

不同導航攝像頭有精度和有效范圍的差異，原因在于不同的追蹤技術。

導航的追蹤方式：電磁和紅外追蹤。

電磁技術：最早由GE公司提出的電磁場導航技術，即導航器械和主機之間的通訊追蹤是利用器械和主機之間的電磁場感應進行定位追蹤的，不需要探測攝像頭。

我們知道，電磁場的便利性在于不受主機和器械之間的遮擋物影響，信號照樣傳輸。但也存在精度不高問題：電磁場受金屬器械、操作距離的影響，精度不穩定，所以電磁追蹤技術基本上退出了導航市場。

紅外追蹤技術：這也是目前的主流追蹤技術，根據實際使用發展，從早期到現在經歷了三代技術更新。

第一代：主動有線。導航器械像傳統的電刀筆一樣，每個器械后邊有連線給器械供電，保障器械的發光點工作，并進行通訊。我們把這種器械主動發射空間位置信息進行定位的有連線的追蹤技術稱為：主動、有線的紅外追蹤系統。

優點：器械主動發射空間位置信息，定位精確，不需要其他耗材，后期成本低。

缺點：現代追求微創手術，手術區域越來越小，臨床設備越來越多，有連線的器械使用不方便。

第二代：被動無線。它避免了第一代的缺點，將連線去掉，解放了手術器械。這時候器械和主機之間的定位是靠探測攝像頭發射紅外信號到手術空間，手術器械上安裝反光球，靠反光球反射信號并被探測攝像頭接受處理，顯示其位置。

不足之處在于信號從攝像頭發射到被反射接受，有相對的信號延遲；反光球被污染后，影響精確度；另外，為追求更好的反光效果，反光球涂層材料要求很高，都是一次性醫用耗材，后期使用成本高。

第三代：主動、無線。沒有連線，使用方便；沒有反光球，沒有耗材成本；主動發射紅外定位信號，沒有信號延遲，更精準；器械內置智能電路板，可以自檢故障，按鍵作為無線鼠標在術中遙控導航軟件的操作，減少感控風險；