手术机器人导航系统技术的应用实例与发展趋势 

应用实例

（一）颅底肿瘤

针对颅底肿瘤的诊治，由于其前后包含诸多重要的解剖结构，且周围被大量正常的血管神经包绕。术中不仅很难精确到达病变位置，同时要想在完整切除病灶的基础上，又不影响正常神经结构则更是难上加难。

医生团队在术前通过影像学资料进行三维重建，实现病变描记、传导束重建、功能区描记以及血管重建。术中将患者头部外形与重建的三维模型进行配准，将显微镜与导航系统连接并校正，通过导航仪显示的肿瘤体表投影，更加精确地设计皮肤切口和骨窗。病灶切除程度可由影像学客观评价，实时显示病灶与传导束、功能区的空间关系，并且在导航指导下按照预定手术入路进行，实时调整手术策略。

手术导航系统方便医生更好地实现神经外科的“三最”目标：最大化的病变切除、最小化的神经功能损伤和最佳的术后康复。

（二）复杂先天性心脏病

患者由于是二次手术，胸腔原本层次分明的组织已经粘连成一团，导致病变部位寻找困难，周围结构复杂，手术风险极大。

手术前，医生团队根据CT影像通过三维重建得到心脏数字模型，通过3D打印获得1：1心脏实体模型，确定病因。手术时，通过AR技术将心脏3D模型投射至手术台上方的光学透视屏幕，并与实际心脏重合，找到关键血管。通过VR技术看到心脏内部结构，准确找到畸形狭窄处，实施精准切除。

（三）第一颈椎椎弓根螺钉植入

患者从高处跌下，造成了极为罕见的第2颈椎纵向粉碎性骨折，最理想的治疗方法是进行第一颈椎椎弓根螺钉植入术，可保留头颈部正常活动功能。但是，第一颈椎处于颅、椎连接区域，位置深入，结构复杂，与延髓、椎动脉等重要组织相毗邻，长期以来被临床医学界视为外科手术的“禁区”。

手术前，通过患者CT数据进行三维重建来辅助诊断，确定使用第一颈椎弓根钉固定的手术方案。通过骨科手术规划和模拟技术，精确设计第一颈椎弓植入弓根钉的角度与长度。手术中，借助手术导航系统确保手术的精准实施。

  发展趋势

提高术中三维模型配准精度

由于在手术导航系统的虚拟界面中，器官模型是根据术前静态影像重建，但在手术中，患者移动和手术操作会使器官形态出现变化，需要导航系统能根据术中影像快速更新3D模型并与患者空间快速精确的配准。

提高空间测量精度

空间定位精度是影响手术导航精度的重要环节，目前应用广泛的光学定位系统对中心像场的靶标位置的测量精度最高为0.2mm，但是对像场边缘的靶标测量精度会下降，后续坐标变换也会引入误差，影响定位精度，故需进一步提高空间测量精度，满足高精度手术的需求。

提升AR设备性能

头戴式AR设备在手术模拟、导航和培训中得到越来越广泛的应用，但是目前主流设备视角和分辨率较低，体积相对笨重，虚拟模型叠加至真实场景时存在延时。所以，需进一步提升AR设备性能，优化医生的使用体验。

手术导航系统与机器人融合

目前，使用导航系统辅助的外科手术多数仍由医生在现场完成。一方面，部分手术需使用X射线、CT等进行术中观察，医生会暴露在大量电离辐射下。另一方面，医生手部的颤抖会制约高精度手术的实施

使用手术机器人可使医生在安全环境中进行手术，并可滤除手抖完成高精度定位和操作。医生可以选择主从式机器人进行遥控操作，或选用自动机器人完成部分操作。其中，手术导航系统可为前者提供操作辅助，为后者提供高精度闭环控制。

  总结

综上所述，手术导航系统是一项多学科融合的创新前沿技术，对促进外科手术发展具有重要意义。它的发展和应用，使医生从2D影像的经验诊断跨越到3D数模的直观判断，从反复术中探查跨越到AR直观展示，从依赖“手感”的“盲操作”跨越到可视化的路径指引，从有限的标本手术培训跨越到无限的虚拟手术训练，使外科手术的诊断、探查、操作和培训变得更清晰、更准确、更高效。

随着医学和科技的快速发展和深度融合，导航系统会愈加精准，更清晰的诊断让医生运筹帷幄，更安全的方案让患者尽早康复，更精准的操作让病灶无处遁形。由此可见，手术导航系统将加快外科手术向精确化和高效化的转变，可堪称为精准外科的基石。