电脑导航手术

电脑导航手术（英语：Computer-assisted surgery）是一种运用电脑运算提升手术成功率的手术手法，在手术前采用电脑运算技术进行手术规划，并于手术中用以指导、执行或监控手术流程，帮助排除手术中的错误，确保手术的角度、深度正确，并弭平肉眼不能达皮肉下的限制，亦被称为电脑辅助手术、图像导航手术、动态导航手术。

**通用原理**
Image gathering ("segmentation") on the LUCAS workstation

**为患者建立数位医学影像**
在电脑导航手术中，影响精准度至关重要的条件便是清晰的数位影像，现阶段医疗依照不同部位、施作需求，可能会采用不同的医学影像技术，如：电脑断层(CT)、磁振造影(MRI)、X光、超音波等。为了要生成患者的数位影像（以平面或3D立体成像呈现），必须扫描要操作的解剖区域，再于电脑中建档，交互汇入档案，用以生成完全重叠的3D影像资料，来获得患者生理构造、病灶的准确几何数据。
在各种医学影像技术中，由于磁共振成像(MRI)会因为扫描片段而造成不准确的体积变形，因此首选的扫描方式为CT，一个CT档案（数据集）可能包括180个CT片段的数据集合，这些片段相隔1毫米，每个为512x512像素组成，这样保有数千万像素的数据集能够凸显出软组织和硬组织结构的细节，藉而使电脑能够区分出不同的结构及组织，并让人们可以透过肉眼辨识差异，而提取出的影像资料通常也会做片段标注，来帮助之后手术期间能更快地与患者实际情况对齐。

**图像分析及处理**
在手术前，需先针对患者的取样好的医学3D影像做分析与处理，从数据中判断相关病征讯息，进而标注之后手术所要做的处置方式。例如：采用4D植牙导航仪做植牙手术时，医师会先从3D数据集上判断病患骨骼组成状况，以确保病患齿骨有足够良好的条件支撑植体，并在3D数据集上标注植入点、方向、角度、定位，以确保手术中的准确性，当手术中角度偏移，导航仪则会发出警讯。

**应用领域**
电脑导航手术是外科手术革命的开端，它对具高精准度需求的精密外科领域产生了巨大的影响，但亦适用于一般外科手术，从医学中心的脑部手术，到一般牙科诊所的植牙手术，都可见其踪影。

**神经外科**
1980年代，机械手臂首次应用于神经外科手术，这使得脑科显微外科手术取得了突破性的发展，提高了干预后的准确性和精准度，降低了10倍手术中医师可能带来的生理震颤，有像避免对相邻区域造成意外破坏，进一步降低了患者手术后并发症的风险，并提高手术成功率及后续复原的速度。
电脑导航神经外科手术还被应用于脊柱手术，现今可使用的导航系统包括Medtronic Stealth, BrainLab, 7D Surgical, and Stryker，而采用机器手臂的系统有Mazor Renaissance, MazorX, Globus Excelsius GPS, and Brainlab Cirq.

**口腔外科**
骨段导航是现代化手术中，用于正颌手术（矫正颌骨及颅骨异常）、颞下颌关节（TMJ）手术或中脸和眼眶的重建手法。
除此之外，骨段导航亦应用于人工植牙，透过术前医学影像的采集，可以观察患者口腔骨骼状况，评估是否需要补骨，并在手术前运用TAP（Trace and Place）技术将患者的断层扫描(CBCT)影像和颌骨结构叠合，并事先用导航仪模拟植入植体的位置、角度和深度。在手术过程中，4D动态导航仪的实时定位可以消除肉眼障碍造成的手术误差，并捕捉医生的动作与患者植入点间的相对位置，在手术中角度产生偏移时便可实时发出警讯，来引导医师进行植牙手术，应用此技术的4D导航植牙系统有IGI(Image Guided Navigation)、安适准（Navident）等。

**导航植牙**
导航植牙在口腔外科中有不可或缺的必要性，目前尚为牙科新兴领域。导航植牙仪透过4D影像叠合及实时定位，可以帮助结合及判读更多样化的数据，提升了植牙外科手术的安全性，进而可以完成过去所无法进行的困难手术，提升手术成功率，并保障病患手术安全，提升术后愈合速度。而在导航（引导式）手术的过程中，术前的规划是最为重要的，需要牙医师、技师的密切配合，来依照规划的路径、角度，设计出适合的人工牙冠，并紧密地与植体连结；而有了导航植牙的加入，手术时间得以缩短，无论是对单颌或全口缺牙的患者都会带来非常大的助益。
对于全口缺牙患者来说，即便假牙是依照齿骨型态量身打造，依然会受到中度齿槽骨流失的影响而造成假体外露、损坏。
在术前规划阶段，医师会先运用局部断层扫描，扫描患者口腔构造，来获取口腔内现有假体、牙齿等分布资料，并用作即将进行的植牙规划的参考点。获得的结果数据会导入导航植牙等专门的牙科外科软体，制作出每位病患专属的3D建模，以方便后续做进一步的植入规划。医师会研究患者植入点附近各个角度是否会对邻牙、神经、鼻窦等造成影响，或是齿槽骨流失状况，来事先标记定位点及植入位置，做一整套植牙规划。
手术中，牙科助理会为病患安装定位板来帮助导航仪独特定位（Micron Tracker）判断手术中器具（如：工具尖端）与植入点之间的位置，运用AR运算在萤幕上呈现植入角度，并于偏移时发出警告，以达到高精准植牙，手术中所需切割及可能造成的创口得以缩小，手术时间也可大幅缩短。相较于传统的徒手植牙（free-hand），以及数位导板植牙，导航植牙可以达到更高精准度，误差值低于0.2mm RMSE，这在解决过去复杂手术、失败植牙拯救案例上最为显著。
导航植牙仪在技术上需要多角度、多颗的镜头实时采样，越多颗镜头，在电脑判读上能越精准，因此各家厂商在医学手术仪器上花了多年时间开发、改良来缩小仪器的体积，过去技术会使得仪器相对笨重、不易操作，而目前导航植牙仪已缩小到可以折叠手臂，并以一般房车载运，在诊疗上灵活性更高、医师可以不受制於单一诊所空间为患者治疗。

**耳鼻喉科(ENT)**
耳鼻喉科导航手术中通常会须在术前运用断层扫描采样患者图像数据，以帮助定位或避开重要结构区域（例如：视神经或额窦开口）。 For use in middle-ear surgery there has been some application of robotic surgery due to the requirement for high-precision actions.对于中耳手术，由于需要高精准度动作，导航仪已经被应用于相关手术中，目前各地区热门的专门仪器不同，例如：Navient、Stealth ENT、Stryker等。

**骨科手术(CAOS)**
机器人手术在骨科中的应用非常广泛，例如：全髋关节置换手术或椎弓螺钉插入固定；还可用于做接骨的预先规划，及导引骨折中移位骨碎片的正确结构位置，来实现更理想的固定，特别是对于旋转不良的骨骼特别有用。早期的骨外科系统包含HipNav、OrthoPilot和Praxim，近年来，更为了髋关节置换手术开发了名为Intellijoint HIP的微型光学导航工具，体积更小、判断速度更快，能够帮助医师更简易的带上装备在不同医疗机构间看诊，而不受制於单一诊所。

**优点**
导航手术以更好地运用图像数据辅助手术为目的而存在，可以消弭大部分肉眼所不能及的手术落差，从而在虚拟实境的帮助下完成手术规划，实现更精准的术前诊断及更优良的术后愈合状况。透过这种方式，外科医师可以更轻松地评估大部分手术困难度和风险，并对如何优化手术方法和降低手术并发症有清楚的认识，对于医学研究上也有显著的帮助。

**缺点**
由于导航仪尚没有那么普遍，且越为精密的仪器越是昂贵，许多系统动辄数百至数千万台币，即使对大型医疗机构来说也是不小的一笔投资，而更复杂的技术，例如：触觉反馈、处理器速度等都会增加这些系统的成本。而部分仪器则有过于庞大、占用手术室太多空间的问题，因此各家厂商投入不少心血在研发及制作更为轻便、体积更小的导航仪。