手術(shù)機(jī)器人對(duì)術(shù)中配準(zhǔn)的要求較高，僅依靠其自身的導(dǎo)航定位功能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，需要結(jié)合術(shù)中三維CT影像來提高導(dǎo)航精準(zhǔn)度。

不同于在放射科掃描室的螺旋CT，術(shù)中三維CT使用的是錐形束CT掃描設(shè)備，常見的即三維C形臂和O形臂。

術(shù)中三維CT是如何輔助手術(shù)機(jī)器人完成手術(shù)導(dǎo)航的?下面以術(shù)中三維移動(dòng)C臂(PLX C7600)輔助脊柱外科手術(shù)為例，來介紹手術(shù)過程中的四個(gè)流程。

(一)術(shù)中圖像采集

術(shù)中導(dǎo)航可使用CT圖像或MRI圖像，在骨科手術(shù)中對(duì)骨性解剖結(jié)構(gòu)精度要求更高，因此術(shù)中CT圖像的應(yīng)用相比于術(shù)中MRI應(yīng)用更加廣泛，而采用移動(dòng)式術(shù)中CT則更受歡迎。

基于透視的導(dǎo)航技術(shù)和基于CT的導(dǎo)航技術(shù)類似，可將術(shù)中多個(gè)透視影像上傳至工作站完成三維重建。最新的基于透視的導(dǎo)航技術(shù)可以根據(jù)術(shù)前CT數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)重建，從而顯示術(shù)中患者的真實(shí)解剖結(jié)構(gòu)。

(二)運(yùn)動(dòng)捕捉

手術(shù)導(dǎo)航需要通過運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)來追蹤手術(shù)器械在空間的運(yùn)動(dòng)，并將手術(shù)器械的運(yùn)動(dòng)位置變化同步顯示在屏幕上。目前脊柱外科手術(shù)導(dǎo)航常用的運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)多為光學(xué)追蹤技術(shù)。

光學(xué)運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)主要依賴于光學(xué)攝像頭，通過三角測(cè)量來準(zhǔn)確測(cè)量物體的空間位置。為了確保實(shí)時(shí)手術(shù)導(dǎo)航的精度，光學(xué)攝像頭在進(jìn)行手術(shù)操作過程中應(yīng)盡量避免遮擋。

手術(shù)導(dǎo)航借助運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，可以對(duì)手術(shù)器械在空間中的位置以及軌跡進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤，可以實(shí)時(shí)識(shí)別手術(shù)器械在坐標(biāo)系中平移和旋轉(zhuǎn)。

(三)圖像配準(zhǔn)

在手術(shù)開始前，手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)需要將術(shù)中采集圖像的解剖結(jié)構(gòu)與患者實(shí)際的解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，進(jìn)而幫助醫(yī)生進(jìn)行圖像引導(dǎo)手術(shù)。圖像配準(zhǔn)即將采集的影像的坐標(biāo)系和導(dǎo)航追蹤系統(tǒng)進(jìn)行配準(zhǔn)整合的過程，為手術(shù)導(dǎo)航提供“地圖”的指引。

以普愛脊柱手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)為例，它通過追蹤C(jī)形臂三維采集軌跡，自動(dòng)完成圖像坐標(biāo)建立和系統(tǒng)坐標(biāo)配準(zhǔn)，這種方式不受圖像品質(zhì)的影響。與標(biāo)尺配準(zhǔn)相比，軌跡配準(zhǔn)的精度更高，操作步驟少，系統(tǒng)運(yùn)作效率高。

(四)圖像可視化

一旦圖像配準(zhǔn)完成，手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)會(huì)將手術(shù)器械的虛擬圖像與術(shù)中獲取的三維影像進(jìn)行重疊顯示。隨著醫(yī)生移動(dòng)真實(shí)的手術(shù)器械，其對(duì)應(yīng)的虛擬圖像也能在三維CT影像上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)同步移動(dòng)。

通過觀察手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的屏幕，醫(yī)生能夠?qū)崟r(shí)地掌握器械與患者手術(shù)部位的解剖結(jié)構(gòu)的相對(duì)位置關(guān)系。這一信息至關(guān)重要，它幫助醫(yī)生精確評(píng)估手術(shù)器械與目標(biāo)手術(shù)點(diǎn)的距離，從而沿著預(yù)先規(guī)劃的手術(shù)路徑，精準(zhǔn)地進(jìn)行手術(shù)操作。