现应用较多的导航系统有无框架机械臂导航系统、无框架无臂的红外线导航系统、电磁导航系统、超声导航系统等。其原理基本相同，均是在虚拟的数字化影像与实际神经系统解剖结构之间建立动态的联系。计算机导航系统通常都是由计算机图像处理和图形显示系统、信号接受传递系统、信号源等部分组成，信号接受器接受到信号源发出的信号，并输送到计算机，计算机可随时计算出信号源在术野的方位，显示在计算机屏幕的图像上。
计算机导航系统的应用包括三部分：1、影像学资料的获得与输入。2、术前计划的制定。3、术中定位及计划实施。为获得完整的影像学资料，病人术前应先行头颅CT或MRI轴位薄层扫描，层厚要求在l—3mm；扫描前，根据病变的大致位置在病人头部放置7—lO枚基准标记物(Fiducial)，这些标记物将作为术前和术中影像配准(Registration)的基准点。CT或MRI影像学资料输入系统的计算机工作站，计算机将所获得的影像学资料分析的数码化处理后进行二维图像及三维立体图像的重建和柔顺化处理，并运用其复杂的影像显示功能，在计算机屏幕上显示出轴位、冠位、状位二维及三维的立体图像。立体图像的头皮、颅骨、脑皮质、脑室系统、病变等可配以不同的色和透明度，并可在不同方向、角度对三维的立体图像进行“楔形剖切”，去除一部分结构以突出病变与周围组织结构的相互关系。在三维立体图像及病变透视图上设计各种头皮切口、颅骨骨瓣的位置和大小，模拟各种手术入路和病变切除范围。由于神经系统解剖及神经外
科手术的复杂性，术前的计算机辅助模拟手术技术无论对于有经验的医师还是新手都是很有益的。手术时，先以病人头部标记物作为配准的基准点，计算机鼠标依次认正上述基准点，这些标记后的基准点与病人头部的实了示标记物相一致，使误差控制大计算机可以接受的水平，标记配准的完成意味着术前的影像学资料与病人的手术空间相互关联在一起。当导航系统的探针手术器械或显微镜等在病人头部移动时，病变与探针等之间的关系将动态的显示在计算机屏幕的影像学资料上。并且在不同的平面计算出探针等与病变之间的三维距离。从而帮助手术医师确定病变的界限和方向，选择手术入路，术中明确病变切除的范围，从而更精确、快速地切除病变组织，避开功能区，尽可能地保护正常的神经血管组织，达到微侵袭治疗的效果。
临床应用
原则上讲，计算机导航系统可用于各种神经系统病变的手术治疗。但由于该系统较复杂，价格昂贵，所至普及面不广，现在其主要用于颅内肿瘤、脑血管病、颅底手术、脑室内手术、脊髓外科、功能神经外科等。临床上应用最广泛的是颅内肿瘤(包括炎性病灶)的切除。特别是颅内深部、体积较小肿瘤以及与正常组织肉眼无法分辨的肿瘤。对于脑深部肿瘤(如脑干、丘脑及其它中线附近肿瘤)，导航系统的术前应用有助于切口和骨瓣的设计，选择最佳的手术入路，入路既可以设计成直线，也可以设计非直线。手术中应用可为肿瘤定位定向，指导手术迅速找到肿瘤，同时避开脑的重要结构和功能区。对于颅内小肿瘤，特别是位置表浅的(如面脑膜瘤，炎性肉芽肿、脑脓肿)，主要在于精确定位和小切口术式的选择。我们对多例这样的病变采取直线切口、环钻开颅，均定位准确、创伤极小。而对肉眼无法分辨的肿瘤主要在于确定肿瘤的边界，尽量在减少损伤正常组织的同时完整切除肿瘤。
系统精确度
良好的精确度是导航系统准确定位的保证，影响精确度的原因主要有以下几个方面：(1)影像设备的机械误差；(2)导航系统的机械误差，如金属对磁场的影响可以影响磁场导航系统的精确度，机械噪音可能影响超声导航系统的精确度；(3)配准误差，如基准标记物在头皮上的移动也可以形成误差，把标记物固定在额顶或乳突等头皮与颅骨附着相对紧密处可以减少该项误差；同时标记物配准完成后，辅以头皮多点配准可以进一步提高精确度。据我院使用的美国Stealthstation导航系统经验，标记物配准完成时，精确度在4mm以内，补充头皮多点配准可以把精确度提高到2mm以内；(4)影像飘移也是影响精确度的一重要原因，术中颅骨开瓣、肿瘤的部分切除、脑脊液的释放等不可避免地造成术中脑内结构相对位置与术前影像学之间的偏差。尽管手术医师术中可以采取——系统列措施来减少该项误差，但是完全消除其影响还有待进一步发展新技术与现有的导航系统配合(如术中B超或术中CT等)，从而实现真正意义上的动态检测。此外，术中病人头部的固定也相当重要，患者头部与手术床或头架的位置发生变化时，虽然大多数导航系统有自动校正功能，但校正后其精确度会下降。计算机导航系统自临床应用到现在短短十几年内，其精确度已经得以大大的提高，由最早的声波—显微镜导航系统的6mm左右的精确度已经发展到现在的无框无臂导航系统的2mm以内的精确度。基本达到传统立体定向系统的精确度水平，可以用于功能神经外科手术。
