前言
手术导航系统，通过使用三维位置传感器来跟踪目标器官、手术工具或植入物，将病人术前或术中的医学影像数据和病人在手术中的位置等信息进行对应，引导手术器械到达病灶位置，完成相应的操作。根据其定位原理的不同，手术导航可分为：基于内窥镜系统的导航、基于电磁定位的导航、基于光学定位的导航等方式。
骨组织是一种坚硬的结缔组织，细胞基质具有大量的钙盐沉积，这一特性决定了内窥镜和电磁定位的导航方式并不适合骨科手术机器人。对于骨科手术机器人而言，其导航系统需要实现：术前图像获取，定位手术器械和其他工具，术前或术中图像和患者的空间标定，将目标规划路径传递给机器人，并在医生监视的情况下通过主从操作方式或者以全自动的方式完成相应的操作。
基于此，骨科手术导航系统应包括以下几个方面的能力：
一.数据采集
图像对于手术器械导航有着重要意义，图像在病理识别，手术器械位置显示，手术器械路径规划及修正等方面是不可或缺的。无论术前CT/MR图像，还是术中X射线图像，至少应获取其中之一作为引导手术机器人的图像。
二.精确的手术器械跟踪
手术器械的精确定位和测量完全依赖于手术器械的跟踪。只有以精确的手术器械跟踪作为基础，才能完成手术导航系统对于手术机器人的引导。
三.空间标定和坐标系转换对于导航手术机器人，其手术环境至少包含机器人坐标系、患者坐标系和图像坐标系，这些坐标系之间的转换精度对于手术机器人完成手术的效果有着较大的影响。任何坐标系转化误差都会被累计，最终导致较大的手术误差甚至手术失败。由于骨组织并非透明组织，光学定位则以其高精度和使用方便等特点成为骨科手术机器人导航系统空间定位设备的主要发展方向。
目前应用的骨科手术机器人导航方式都需要使用外部的标志点或者具有光学性质的标志点进行手术图像和手术空间的标定。按照在术中是否对手术器械进行主动的跟踪定位来区分，目前广泛应用于骨科手术机器人的导航可分为主动和被动两类。
1.基于被动导航系统的手术机器人
被动的导航系统在初始的空间标定后，手术过程中不再进行器械与骨结构的相对定位测量，只是作为一种术中提供信息的系统，不会影响医生在术中的操作。这种方式相对便于实现，技术成熟度高。被动导航的关键是如何在手术开始时通过标定等方式，建立术前规划与患者的实际体位的对应关系，其中代表性的骨科手术机器人是美国IntergratedSurgicalSystems公司的ROBODOC机器人系统与目前唯一在脊柱手术临床中应用的商业化手术机器人SPINEASSIST系统。
2.基于主动导航系统的手术机器人
基于主动的光学定位跟踪的手术导航系统，用于辅助医生完成某些复杂的需要精确定位的手术，如微创神经手术、微创骨科手术等.尽管目前通用、西门子、飞利浦、美敦力等大型医疗器械公司均已推出自己的手术导航系统,但在临床中均未得到广泛的推广，人工操作繁琐且影响精度是主要的问题，因此，将光学定位导航技术与机器人技术相结合，成为一种趋势。基于主动导航的骨科手术机器人系统，要求使用某类医学图像进行手术规划和手术机器人定位。因此，可以根据骨科常用的医学图像将基于光学的手术导航系统进一步划分为二维图像导航和三维图像导航。
(1)二维图像导航
针对骨科手术，常用的二维图像为X射线图像，针对X射线图像的引导是指在术中使用X射线获取术中透视图像，将实际的手术路径和术前规划进行比较，进而引导手术机器人完成术前规划路径。代表性的机器人导航系统有具有导航功能的6自由度手术机器人系统，用于在前交叉韧带重建手术中，选择供手术器械进入的切口位置，可有效减少手术过程中的创伤。
基于二维X射线图像导航的优势在于，便于术中获取影像数据,辅助判断手术机器人导航系统的精确性和安全性，可以在手术过程中进行骨骼结构显示以及手术导航更新。
(2)三维图像导航
骨科手术的三维图像一般指CT图像或者MR图像。针对CT或者MR三维图像开发的系统虽然存在计算量大、实时性差等问题,但由于其在术前诊断和术前路径规划有着独特的优势，受到越来越多的北京治疗白癜风较好的医院是哪家白癜风有哪些什么症状