2024年5月16日发(作者：老梓美)
手术导航系统
手术导航系统
手术导航系统(surgical navigation system)也称为计算机辅助外科手术，图像引导
外科手术等，指的是将现代影像技术、立体定向技术、电子计算机技术和人工智能技术同
外科医生有机的结合起来，充分利用信息使患者获得安全、精确、微创的手术治疗。从广
义上讲，外科导航系统涉及到影像数据的获取和处理、术前计划与模拟、配准、术中导航
和机器人系统等各个方面。与传统的外科手术过程不同，手术导航系统是把病人术前的影
像资料与术中病灶的具体位置通过高性能计算机连接起来，准确地显示病灶的三维空间位
置及相邻重要的组织器官，医生在术前就可以通过相关处理软件在计算机上选择最佳手术
入径，制定最佳手术方案；手术导航系统还可跟踪手术器械位置，将手术器械位置在术中
影像上实时更新显示，医生根据实时导航系统在术中避开重要的组织结构直达目标位置，
并在切除病灶过程中根据实时导航信息有效的保护病灶周围的重要组织器官。
1、 手术导航系统的工作原理及构造
手术导航是以超声、X射线、CT、MRI等医学影像为基础数据，借助计算机、精密
仪器和图像处理而发展起来的一种可视化图像引导手术技术。可通过三维数字化患者病灶
组织，实时追踪手术器械位置，实现外科手术可视化和自动化，从而辅助医生或机器人更
快速、准确和安全地完成手术任务。
手术导航系统通常需完成四项主要工作：
第一，三维模型重建。术前使用MRI、CT等医学影像数据进行三维模型重建，得到
患者病灶的解剖结构数字模型，方便医生判断病灶位置和熟悉周边组织结构。三维模型也
被用于后续的手术规划和术中引导，是手术导航系统的重要数据基础。
第二，手术规划与模拟。通过三维模型，判断病灶位置及其周边组织特征，建立手术
路径并制定手术方案，用于术中引导医生或机器人操作。另外，医生也可使用计算机进行
模拟手术，减小失误率。
第三，术中校准与引导。术中病人、器官、组织均会发生变形和移动，需及时校准三
维模型和手术路径，以保证手术的准确性。同时，需为医生提供术区三维模型和手术路径
图像，以保障视野、减少探查和引导操作。
第四，空间定位。通过医学影像、电磁和光学技术可测量术区组织和手术器械的空间
位置和姿态，从而在手术导航系统中准确显示相对位置，可辅助医生沿规划路径操作，也
可对机器人进行伺服闭环控制。
根据上述工作内容，可将手术导航系统划分为四个子系统：
医学影像的三维模型重建系统、手术路径规划与模拟系统、术中模型校准与可视化引
导系统、空间定位系统。
医学影像的三维模型重建
目前，医生主要通过观察超声、X光、CT和MRI等二维图像进行诊断。但是，二维
图像无法直观展现病灶区域的立体解剖结构，需医生依靠经验进行推断；同时，图像存在
走样、噪音、伪影等问题，影响医生准确判断病情。三维模型重建是对客观物体在计算机
2024年5月16日发(作者：老梓美)
手术导航系统
手术导航系统
手术导航系统(surgical navigation system)也称为计算机辅助外科手术，图像引导
外科手术等，指的是将现代影像技术、立体定向技术、电子计算机技术和人工智能技术同
外科医生有机的结合起来，充分利用信息使患者获得安全、精确、微创的手术治疗。从广
义上讲，外科导航系统涉及到影像数据的获取和处理、术前计划与模拟、配准、术中导航
和机器人系统等各个方面。与传统的外科手术过程不同，手术导航系统是把病人术前的影
像资料与术中病灶的具体位置通过高性能计算机连接起来，准确地显示病灶的三维空间位
置及相邻重要的组织器官，医生在术前就可以通过相关处理软件在计算机上选择最佳手术
入径，制定最佳手术方案；手术导航系统还可跟踪手术器械位置，将手术器械位置在术中
影像上实时更新显示，医生根据实时导航系统在术中避开重要的组织结构直达目标位置，
并在切除病灶过程中根据实时导航信息有效的保护病灶周围的重要组织器官。
1、 手术导航系统的工作原理及构造
手术导航是以超声、X射线、CT、MRI等医学影像为基础数据，借助计算机、精密
仪器和图像处理而发展起来的一种可视化图像引导手术技术。可通过三维数字化患者病灶
组织，实时追踪手术器械位置，实现外科手术可视化和自动化，从而辅助医生或机器人更
快速、准确和安全地完成手术任务。
手术导航系统通常需完成四项主要工作：
第一，三维模型重建。术前使用MRI、CT等医学影像数据进行三维模型重建，得到
患者病灶的解剖结构数字模型，方便医生判断病灶位置和熟悉周边组织结构。三维模型也
被用于后续的手术规划和术中引导，是手术导航系统的重要数据基础。
第二，手术规划与模拟。通过三维模型，判断病灶位置及其周边组织特征，建立手术
路径并制定手术方案，用于术中引导医生或机器人操作。另外，医生也可使用计算机进行
模拟手术，减小失误率。
第三，术中校准与引导。术中病人、器官、组织均会发生变形和移动，需及时校准三
维模型和手术路径，以保证手术的准确性。同时，需为医生提供术区三维模型和手术路径
图像，以保障视野、减少探查和引导操作。
第四，空间定位。通过医学影像、电磁和光学技术可测量术区组织和手术器械的空间
位置和姿态，从而在手术导航系统中准确显示相对位置，可辅助医生沿规划路径操作，也
可对机器人进行伺服闭环控制。
根据上述工作内容，可将手术导航系统划分为四个子系统：
医学影像的三维模型重建系统、手术路径规划与模拟系统、术中模型校准与可视化引
导系统、空间定位系统。
医学影像的三维模型重建
目前，医生主要通过观察超声、X光、CT和MRI等二维图像进行诊断。但是，二维
图像无法直观展现病灶区域的立体解剖结构，需医生依靠经验进行推断；同时，图像存在
走样、噪音、伪影等问题，影响医生准确判断病情。三维模型重建是对客观物体在计算机