手术导航系统的基础技术

（一）图像处理技术

医学图像处理技术负责对病人的手术区域进行断层扫描，并将术前、术中的各种医学图像融合、处理，便于实时显示。具体为空间三维坐标测量技术、体素处理技术、伪三维显示技术。多数手术导航系统在执行过程中都需要病人手术前的三维CT和MRI影像，而其他的影像例如PET、超声影像和数字化X射线血管造影影像等作为整合CT和MRI影像的原始数据，取决于手术的部位和难度。采集过程中、图像质量、照片层厚、CT和MRI断层摄片厚度是影响重建图像准确性的重要因素，如CT和MRI扫描层过厚，在颅骨部分摄入照片中，骨的信号强度将被信号低的软组织或空气中和，导致颅骨信号变低而不能显示为骨质（部分容积均化）。而在扫描过程中、由于扫描时间过长、造成病人头部活动，则可引起一张图片的解剖结构与相邻图片的不一致，即使肉眼难以察觉，但在三维重建图像上却非常明显，特别是解剖结构突然变化部位。

随着计算机医学影像技术的不断发展，为高精度的三维重建奠定了基础。同时，随着医学数字图像通讯标准DICOM3.0和图像存档传输系统的逐步普及，使得图像的获取、传输、存储有了可靠的保证。快速高精度的三维图像处理系统是手术导航系统实施的重要前提，其涉及的图像分割、图像注册、三维重建、图像显示精度，都直接影响着系统的性能。图像分割就是把图像中具有特殊含义的不同区域分开来，包括人体从背景中的分离和病灶从人体中的分离，通过分割，医生可对病变组织进行定性及定量的分析。分割技术发展至今已在灰度阈值分割法、边缘检测分割法、区域跟踪分割法的基础上，结合特定的理论工具有了更进一步的发展，比如：基于三维可视化系统结合Fast Maching算法和Watershed变换的医学图像分割方法，能得到快速、准确的分割结果。三维重建是从二维切片数据到三维几何数据的处理过程，由于手术导航系统是在精确重建人体三维结构的基础，上对手术进行指导，所以三维重建是手术导航系统中的关键因素。随着计算机的飞速发展，三维重建技术也在不断发展，并出现了多种重建方法。由于医学图像处理软件中普遍使用的最大密度投影法成像缺乏立体感，而表面遮照成像法对软组织的显示不够精确，因而体绘制方法得到了广泛的应用。体绘制算法又分为基于表面的表面绘制算法和基于体素的直接体绘制算法。目前，国际上又开始了基于体绘制的表面绘制技术的快速高精度三维重建算法的研究，这种技术综合了体绘制和表面绘制两大经典技术，形成了全新的算法。同时，在变换域方法中小波的体绘制技术也显现出较好的前景。

手术导航系统的应用虽然给手术带来了极大的便利，但医生在手术中不得不一边看人体组织的三维显示，一边将三维显示与病人真实的解剖组织进行对照，而近年来增强现实技术的出现，给手术导航系统带来了更直观的方法。增强现实（AR）是将计算机绘制的虚拟模型，融合到使用者所看到的真实世界景象中，使用者可从计算机重建的虚拟模型中获得额外的信息，从而对真实环境进行增强。借助于AR，医生的视觉系统得到了增强，获得了肉眼无法看到的器官内部信息，同时可获得器官相对于病人身体准确的空间信息。根据手术操作的要求、外科医生的喜好以及图像设备的配备情况，可选择与各种导航系统兼容的图像技术。CT、MRI和基于X线透视的导航软件已用于脊柱导航手术，而创伤手术主要是引用X线透视技术。至于全关节置换，绝大多数软件则是无图像或X线透视技术。无图像的全关节置换导航技术通过术中触诊和活动患者肢体，找到体表解剖标志和力学轴线的中心，并进行注册，这种方法适用于步骤不太复杂的手术。神经外科颅脑手术和耳鼻喉科手术中所使用的导航系统往往要求与CT或MRI兼容。

（二）立体定位技术

导航立体定位系统用来对人体组织器官、机器人和手术器械进行定位。采用立体定位技术连接图像信息和手术目标，直接关系到整个系统的精度和计算机辅助手术的成败。立体定位系统就是确定目标空间位置的系统，它可以实时获得目标在其测量范围内的三维坐标。它连接图像信息和手术目标，是虚拟到现实的桥梁，直接关系到CAS系统的精度和手术的成败。目前在各种不同的计算机辅助外科手术中，所采用的导航定位的方法主要有光学定位法、机械定位法、超声波定位法和电磁定位法。

机械定位法是最早应用到CAS中的定位方法。从1986年到现今，尽管有些过时，但多轴测量臂系统仍因它们的稳定性而得到广泛应用。这类系统配备有至少6个电位测量计或光编码轴，与机械手相连的手术器械的位置和旋转能够通过机械手的几何模型和编码器的瞬时值实时计算出来。这是一种成熟、应用广泛的无源定位技术。以ISG公司Viewing W and手术导航系统使用的Faro Arm最为著名。Faro Arm是Faro Technologies公司生产的一种可移动多轴机械臂，它有6 个关节，组合完成x、y、z、Η、5和7六个自由度的变化。机械臂前端有一个探头，探头上安装各种手术器械。机械臂是被动式的，由医生控制它到达一个需要的位置。安装在每个关节上的角度电位计记录这个位置的角度信息，从而计算探头的空间位置和方向。该类系统的典型精度为2～3 mm，Viewing WandTM系统精度最高在214 m范围内能达0.51 mm。系统精度会受施加在机械手上的压力影响，同时存在固定装置和制动器的误差产生位移的问题。该系统的优点是技术成熟可靠、可在特定位置夹持手术器械，缺点是系统庞大、无法跟踪移动物体、自由运动有限。

光学定位法是目前最普遍和精确度最高的定位方法。其原理是用至少两个摄像机观察目标的自然表面或特征点，并对至少两幅图像上相同的目标点进行计算，然后重建这些点的三维形状，从而获得被测物的三维位置。光学定位法按光源类型可以分为被动光学定位法和主动光学定位法；按摄像机类型可以分为二维面阵摄像机系统和一维线阵摄像机系统。

1.被动光学定位法　被动光学定位系统使用反射标志物作目标点。目标点反射光线并成像到传感器。将几个此类标志物安装在手术器械上，便可推算出手术器械的位置和方向了。被动光学定位法使用的主要算法是模式识别算法。这种系统典型的最好精度为1 mm，它主要受限于光学镜头的成像质量和视频图像的分辨率。当透镜成像模糊或畸变较大时，处理算法就会变得比较复杂。由于使用模式识别，所以图像质量和模板匹配度都会影响系统精度。已开发出的系统有RokeM anor Research L td.的V ISLAN系统、Bioengineering Technology &System的EL ITE系统、O xfo rd M etrics L td.的V ICON系统、B rainL ab Gm bH的V ecto rV ision系统（两个面阵像机）。

2.主动光学定位法　即目标物附着有发光二极管，二极管的发光由像机控制，二极管只在像机指定的某一帧内发光，二极管发射的一组光点在图像上的相对关系和相对位置决定被测物体的空间位置。系统的主要算法是直接线性变换算法及其衍生的各种方法。主动光学定位系统的经典之作是Northern Digital公司的Optotrak 3020系统。该系统是一种非接触式运动测量系统，由三个一维像机追踪定位红外发光二极管位置，实时给出光点的三维位置。由于是主动控制方式，系统能区别光点发光和背景光，使系统精度能在215 m处达到0.1 mm，分辨率为0.01 mm。这类系统精度最高可达0.1 mm。镜头质量同被动光学定位法时一样，仍是制约因素，但图像的分辨率由于是提取光点的位置信号，不再采用模式识别方法，所以有显著提高。而CCD像元的大小基本决定了系统的空间分辨率。这样的系统还有Philips Medizin2 System的Easy Guide Neuro系统（两个面阵像机）、United Detector Technology Instrument Group的Op-Eye系统（两个面阵像机）、Log-Insrl的COSTEL系统（三个线阵像机）、Selcom AB的SELSPO T系统等。该种系统的优点是手术器械更换方便、体积小、易操作、可跟踪多个目标、速度快，缺点是易受手术室背景光线和其他反射物的干扰、价格昂贵。该定位技术在骨科应用最多（图2-16）。

光学定位技术仍是目前应用最广的技术。目前有用于定位示踪患者解剖位置的各种不同种类的定位方式，包括主动、被动、有线和无线示踪器。所有的被动示踪器都是无线的，通过他们的反射球面与导航臂之间交流信息而无须电源。除少数公司的产品外，所有的主动示踪器都是有线的。其优点在于示踪器和示踪器不断的发送讯息，两者双向讯息交流，以便定位。这样主动示踪器在术中可充当导航软件的局部控制者。无线主动示踪器由于没有导线干扰，在术中可提供更大的灵活性，但其需要电源驱动，1节电池仅能维持几台手术，故常需要检查和更换电池。被动示踪器却不需电源驱动，不会出现术中导线干扰问题；缺点是在手术中若反射球面被体液污染，则会影响定位示踪质量。而且，为了定位示踪准确其常被设计成球状，这不利于器械的配套设计。

光学定位法的一项新技术是激光技术。它可以随时测量出发射激光探头与被照射的皮肤或骨骼间的距离，手术中医生移动探头用激光照遍目标骨表面，同时跟踪器跟踪激光探头的位置，将激光获得的骨表面地图与术前的三维图像进行比对分析计算就可以实现定位与注册。

图2-16　光学定位导航

超声波定位法的原理就是超声测距。这类系统一般由发射器、接收器、手术器械和计算机组成。发射器和接收器分别安装在标架和手术器械上。两种结构都是记录声波在发生器和接收器之间不同的传播时间，以固定声速计算发射器和接收器的相对距离。然后以发射器为中心，相对距离为半径做球面，球面的交点就是接收器的空间位置。由Horstmann等研制的系统很有代表性：3个超声发射器安装在与头固定环相连的支架上，顺序发射超声；头固定环上的接收器可用来术前校准；手术棒上间隔100 mm有两个接收麦克风，经放大和24 K高通滤波传回计算机，与发射器的信号进行时间匹配，计算手术棒位置。该系统精度在严格控制的实验室条件下据称可达0.14 mm，一般精度为5 mm，但目前未见临床报道使用情况。因为系统假设超声波在空气中的传播速度是已知的且为常数，所以空气温度、空气位移和空气非均匀性均会影响系统精度。该类系统具有价格便宜、校准方便的优点，但易受环境影响，精度差，存在遮挡干扰现象。

电磁定位法及电磁定位系统早在20世纪80年代就出现了，该系统由磁场发射器和检测器组成。在手术台下安置一个磁场发生器，磁场覆盖整个手术区域，检测器检测磁场的强度和相位，由此解算出空间位置和方向。磁场放射器有交流电系统和脉冲直流电系统，后者的适用性更广泛一些。电磁定位系统的精度一般为3 mm，但系统对工作空间中任何金属物体的引入都很敏感，这在手术室中是不可回避的问题。这样的系统有Ascension Technology公司的Flock of Birds系统、Polhemus公司的Fas Trak系统、Biosense公司的Magellan TM系统等。电磁定位系统的定位精度一般为3 mm，优点是价格相对较低，体积小，不会被遮挡，缺点是工作范围小，易受铁磁性物质干扰。目前市售的外科导航系统已开发出不同的定位技术。但使用光学红外线的全球定位系统和电磁技术是目前的主流。使用光学和电磁技术定位手术部位和器械各有其优缺点。与光学定位不同，电磁定位示踪技术不会产生由于使用光学示踪器而引起的视线受限，这使得某些设备如显微镜可在整个手术过程中使用而不影响导航。这种示踪不需要相机和示踪器，即不需要摄像或通过液晶显示步骤，从而节约了手术时间。电磁定位示踪技术也可用于示踪颅脑外科和耳鼻喉科手术中某些弹性的易折弯的手术器械末端。然而，由于术中未注意到手术室内金属设备的干扰，使得电磁示踪的准确性常常产生偏差。骨科手术中常有许多金属器械和内植物，这点在手术中尤为重要。为了将系统的偏差降到最低，常常需要特殊设计的金属材质少的手术室并使用特制的手术床和塑料性器械等。生产商目前开发的电磁波定位技术仅适用于耳鼻喉、神经、脊柱和创伤手术等。

在电磁定位中也有线控的主动传送和接收装置，它们要比同类光学装置纤巧，能同时支持多个示踪器的系统，便于医生在一个手术步骤中使用多个器械。这也使得医生术前可对多个手术器械进行校准。手术室中每一个相机系统对应的传感器数量和相机系统数量可分别影响定位的准确性和视野的大小。一些导航系统使用每个相机系统对应两个传感器来确定物体在三维空间中的位置，其第三维通常是基于计算的预测或估算。每个相机系统对应三个传感器的导航系统从理论上来讲会更精确些，但是通常情况下手术室的空间有限，试图使用一个相机系统监控整个手术室非常困难，甚至不可能。这点对于光学定位系统尤为突出，因为视野很容易被手术器械和手术室人员所遮挡。有些系统支持多相机系统，将它们放置于手术室的不同位置，扩大了视野，为手术提供便利。另外当其中的一个相机视野被遮蔽时，系统会自动转到另一个相机系统。否则用户需在手术中不断调整相机系统位置来观察液晶屏。一些公司正向市场推出具备这一功能的导航系统。电磁定位在示踪中不需要相机系统和示踪器来进行导航，其电磁波主动发射装置置于患者身上，接收装置置于示踪设备上，与光学示踪装置相比更加节省空间。

（三）图像注册技术

医学图像注册是利用信息融合技术将多模图像进行融合的方法，其目的是利用各模图像的信息优势，在一幅图像上表达来自人体的多方面信息，使人体内部结构和功能状况通过影像更直观地表达出来。注册前扫描图像质量、数据模式都会给注册的精度造成影响，而匹配算法本身的误差也是系统精度受影响的参数。20世纪80年代后期以来，医学图像的注册（registration，coregistration）技术在世界范围内广泛展开。医学图像注册是用计算机图像处理技术将各种影像模式投影在一个坐标系下，并融合成一个新的医学模式显示在计算机屏幕上。在计算机辅助手术中，注册工作可分为术前、术中医学图像注册和术中医学图像、患者、手术器械之间的注册。前者是注册单模图像，如MRI数据序列图像或多模图像，如CT图像和DSA图像，使高分辨率图像与反映人体代谢信息的图像结合起来，提供更全面的诊断信息。后者指通过立体定位系统，在手术中确定手术器械与患者的相对关系，并与医学图像整合显示在一起。注册方法按操作可以分为两大类。

1.基于外部特征的注册　外部特征指成像时固定在患者身上（皮肤或骨骼表面）的标记物，标记物在所有模态图像中都能清晰可视和精确检测。这种方法中标志物易于识别，算法简单，只要确定两个坐标系中至少三个不共线点的坐标就可以完成注册。将外部标记物与其他解剖界标结合起来，获取图像之后，外标记物的位置由追踪器持续跟踪。通过这种方式，术中外标记物的位置可以与其术前注册图像中的位置进行比对。基于外部特征的图像注册是手术导航系统采用的最多的注册方法，这种方法所求参数可以联立方程组直接计算得到，无须复杂的优化算法。常用的人工标记物有：铬合金珠、明胶球等，将若干标记贴于病人皮肤表面或固定在骨骼上，先行C形臂机、CT或MRI扫描，术中将X线图像、CT或MRI影像上的标记与病人身上的标记进行注册。由于皮肤标记可能发生移动，人们利用一些有创的器械，如：带有超声波发射器立体定位框架（stereotacticframe）、带有可识别标记的立体定位框架或螺钉（fiducial screw）等，来提高标记稳定性。目前，临床上常用的侵入性标记物注册方法有基于立体框架和基于置入式螺丝两种，都具有很高的临床精度。这种注册法精确度很高但步骤比较麻烦，而且它无法实现图像的回溯式注册，如果成像后标记移动，则不可能将其替换，同时不能利用以前用于诊断的未做标记的图像，并且大多数标记物的安装都是有创的，由于标记物的固定对人体是侵入性的，给患者造成了很大的不适。

2.基于内部特征的注册　基于内部特征的图像注册方法仅取决于患者本身产生的图像信息，主要是求解身体或放射变换，在优化参数空间时，会陷入局部最小解，造成较大注册误差，临床上常采用人工交互识别一些解剖标记点来限制参数的搜索空间，可明显地加快优化过程，减少注册误差。内部特征是人体图像自身的特征，这种方法对人体比较友好，注册通过对准不同图像的内部特征点集完成，具体方法主要包括配对点法与表面轮廓法两种。

（1）配对点注册法就是术中一台三维定位器持续跟踪目标骨表面已预设好的骨性标记，将这些标记与术前图像上的标记联系起来分析计算。利用人体解剖标志点或图像几何点如图像的质心，将多幅图像对准。一旦对准这些标志点，两幅图像注册就转化为刚体变换问题了。注册需要选择注册点，并对配对点进行匹配。例如，在脊柱手术中，将示踪器安放在患者近端椎体的棘突上，图像可以通过C形臂X线机或已有的图像获得。从图像中可以很容易地确定五个特征性的注册点，如两个横突的中点、棘突中点及双侧上、下关节突。以往常使用放置在椎板上的小螺帽辅助导航。由于东方人椎体较小，该技术比较困难。在目前使用的高级系统中可以从图像中选择注册点，通过使用注册指示器接触与图像相对应的解剖标志，完成对应点的匹配。注册错误可以通过工作站调整。当错误被控制在一定范围时，可以认为匹配是精确的，否则必须重复以上步骤直到计算机确认为止。

（2）表面轮廓法的原理是在图像中找到同一组织器官的曲线，再将对应曲线做局部最佳拟合，从而注册图像。表面法与曲线法类似，基于表面注册的典型算法是Pelizzari和Chen提出的“头帽法”（head-hat method）。“头帽法”是将一幅图像中提取的点为“帽”，一幅图像中提取的点为“头”，当“头”与“帽”最佳匹配时，即完成图像注册。导航手术中，从病人特定皮肤表面区域提取的点集“帽子”，以这一特定区域为基础产生的一系列影像，经过重建而形成的三维表面模型称为“头”，计算机采用Powell搜索算法寻求所需的几何变换，由病人表面选择足够多的点或线与三维模型上的表面轮廓吻合，以使“帽子”和“头”表面间的距离均方值最小。许多学者对该算法做了改进，如用多分辨金字塔技术克服局部极值问题、用距离变换拟合两幅影像的边缘点（edge points），斜面匹配技术（cham-fering method）有效地计算距离变换等。目前最常用的表面注册的算法（图2-17）是由Besl和Mckay提出的最近点迭代算法（iterative closest point，ICP）。先将其中一个实体定为“数据”，而将另一个定为“模块”，然后通过搜索各“数据”点在“模板”上的最近点，调整坐标变换矩阵并用其对“数据”点进行变换，同时对变换的结果进行评估，重复以上步骤直到满足条件为止。从病人特定皮肤表面区域提取点集，可以由操作者使用手控定位探针完成，但是探针与皮肤必须接触从而产生误差。BrainAB公司研发了一种激光定位装置，用激光扫描选定区域，避免了皮肤接触，降低接触产生的误差，但仍不能避免肌肉颤动等产生的小偏差。要获得更好的注册效果，则需要在骨质表面选取点集注册。基于点和面特征结合的方法是近年来主要由Maurer和Maciunas等在改善最近点迭代法、特征点法的基础上所提出的一种方法。该方法用表面点集和特征点集的加权来计算两幅影像间的相关点集的距离，可以减少所使用的特征点。通过实验和临床验证，这种方法比单独使用特征点或表面点的方法具有更高的精度。此外，这种加权方法可以退化为基于面的方法或点的方法，在实际应用中可以由医生方便地进行控制。在骨科手术中，表面注册是采用一群标记点用来取代特定骨性标记。计算机采用排除法将手术目标骨与术前的三维重建CT或MR片对应起来从而实现定位。因为不需要寻找特定骨性标志，该方法比配对点法速度更快。而且由于表面注册法参照的定位点更多，它也比配对点法更精确。但该方法也有缺点，它不适用于非常扁平或近似球形的表面。这样的表面由于缺乏特定的定位点使计算机对照难以进行。

图2-17　表面注册法

现实空间实体与虚拟空间三维模型之间对应点的吻合程度可以用准确率（Accuracy）来表示，准确率越高，说明空间实体与三维模型吻合得越好，误差越小，术中定位越可靠。但遗憾的是，在已发表的各种导航系统的准确率之间，因注册方法、测量和统计方法不同，很难进行比较。Giunert将注册准确率分为三种。①设备准确率：取决于导航设备空间辨别能力，反映设备的可靠性，一般在实验室中测得，误差与所测的空间大小及发送、接受装置之间的距离有关；②注册准确率：取决于数据传输及转换的能力，实验室中和手术中的测量数据可能差别很大；③应用准确率：反映出整个注册过程的总误差，包括设备准确率、注册准确率和手术过程中因解剖结构的改变造成的误差，这些误差会随着探测距离和手术时间的增加而增加。实验室中和手术中的测量数据之间差别也很大。影响注册准确率的因素包括定位装置本身的误差、标记点类型与性质、皮肤标记点放置位置、探针指定基准点中心的偏差、指定显微镜焦距中心的偏差等。注册准确率往往用注册误差表示，目前常用的注册误差有以下三种。①基准点注册误差（fiducial registration error，FRE）：是全部基准偏差的均方根误差（RMSE），其产生是由于不能在现实和虚拟空间正确判断基准点的位置；②基准点定位误差（fiduciallocalization error，FLE）：是定位装置（探针等）与基准点之间不可避免地移位，既可以产生在现实空间一也可以产生在虚拟空间；③靶点注册误差（target registration error，TRE）：是由注册造成的目标点偏差，产生在虚拟空间。许多导航系统提供FRE（RMSE），尽管FRE可以作为一种总误差的快速检测指标，但FRE并不能全面地反映注册误差，有时降低FRE而移动基准标记后，还相应增加了其他点的误差。举一个例子说明注册方法与注册误差。采用皮肤标记，术前在皮肤上粘贴4～6个标记点，行2～3 mm层厚CT扫描，导航手术中的RMSE为1.5～4 mm。如果用螺钉将基准点固定于颅骨上，其准确率有所提高，行l mm层厚CT扫描，测得RMSE为0.23～10.03 mm。而Maurer将上述两者结合，在术前用皮肤标记，在术中用螺钉固定注册，术中注册误差可达到0.7 mm，而单用皮肤标记时则注册误差升至1.4 mm。用解剖标记注册似乎误差最大，因为准确地指出影像上及患者身体上同一对应点很困难。Villalobos发现术中用解剖标记注册的误差比基准面的注册高出约1倍，值分别为：（3.4±0.4）mm和（1.61±0.l）mma。Brisker的尸体试验也表明置入螺钉标记点，比用解剖点注册效果更好，值分别为：（0.23±0.03）mm和（0.67±0.2）mm。基于表面的注册方法无须粘贴皮肤标记点，扫描区域轮廓特征越明显，注册率越高。不过这种方法检验起来也比其他方法麻烦。Bucholz采用光学式导航系统，用表面注册，准确率在临床和实验室分别为：1.7 mm和0.5 mm。Maure发现点对点注册比表面注册更准确。理论上讲：准确性应该是由带标记的骨性螺钉置入、皮肤粘贴标记法、基于表面的注册、解剖标志点注册依次递减。但是，实际操作中并不能机械的运用，还要考虑到手术的部位、时间、注册方法的创伤。再说说基准与注册误差。基准中心的确认过程影响着注册的精度。通常基准中心的确认是由导航系统自动完成。由于基准点具有一定几何形状，确认过程要比使用观察棒的有框架立体定向方法困难很多。然而，依照冠状和矢状位影像手动调节基准中心，以及改进自动确认基准中心的算法均可以提高注册精确性。目前常见的导航系统如：ItLStaTrak（GE公司）、IandmarX（Xomed公司）、VectorVision（BrainLAB公司）都具有手动调节基准中心的功能。还有影像扫描与注册误差。注册准确率还取决于影像类型（CT，MRI，DSA）、影像分辨率、像素、层厚；扫描时是否轻微活动等因素。CT扫描的层厚是影响准确率的关键因素。一般CT扫描层距为5 mm，这种厚度给后续的注册造成很大误差。Brinke用CT 3 mm层厚扫描两具尸头标本，采用光学式导航系统，测试体表及骨性标记注册的准确率，在颅底测到最小RMSE分别是（0.23±0.03）mm和（0.19±0.27）mm。Dorward发现2 mm比3 mm层厚更精确，CT比MRI更准确。因此导航手术前扫描的切片厚度应该尽量小一些，当然随着切片的厚度变小，采集、存储和处理影像的代价越大。另外，MR影像有空间扭曲现象，会影响指定基准的准确性。采用MR影像纠正方法，可明显提高MR影像的准确性：几何误差从（3.833±0.992）mm降为（1.986±0.605）mm；使点对点转换注册的准确率从1.15 mm提高到0.76 mm；基于表面的注册则从2.20 mm提高到1.19 mm。其他因素包括导航注册精确度受学习效应曲线的影响，有一个由低向高转变的过程。Rossler研究发现：应用显微镜导航系统25例后，注册的准确度从开始时的（4.8±3.36）mm提高到了（2.2±0.86）mm。导航装置对注册精确度的影响并不像注册本身误差那样重要。Wirtz发现用机械臂系统、光学式系统和MKM显微镜系统，注册 RMSE基本相同，分别为（2.9±1.2）mm，（3.3±0.9）mm和（3.1±1.0）mm。光学式系统结合用皮肤标记法及2～3 mm层厚扫描影像，术中注册均方根可达到（1.5±0.3）mm。

另外，立体定位系统的精度不能等同于手术导航系统的精度。手术导航是一个复杂的过程，整个系统的精度受所有误差的集成影响，除了定位系统的精度外，系统精度中还要考虑到术前和术中空间改变给注册所带来的误差。有些情况下，注册误差对整个系统精度的影响比定位系统精度的影响更大。