导航系统主要分为主动式和被动式,目前应用最广泛的主要是被动式导航系统，包括CT或MRI导航系统(CT or MRI based system)、C型臂X线机导航系统(2-D，3-D Fluoroscopy—based system)和通过运动学或解剖学标志获取数据的非影像学导航系统(image—free navigation)(7) ,但无论哪种导航方式，基本途径都包括对手术器械与解剖结构的实时追踪，而最常用的追踪技术是基于发射红外线的二极管（LEDs）或者反射红外线的球体的光学追踪(8)，手术操作则需要依靠术者来完成。主动式的导航系统，主要是机器人辅助导航系统(robot-assisted system)，主要依赖机器人来完成手术操作。
3．1 CT或MRI导航系统
以CT图像为基础的导航技术首先开始应用于腰椎椎弓根螺钉置入手术，随后打开了计算机辅助骨科手术的导航技术的大门(9)。这项技术主要是，术前进行CT扫描，然后通过DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine)和PACS(Picture Archive and Communication Systems)技术将影像学资料与导航系统进行数据交换，其优点在于CT图像质量好，特别是在颈椎，上胸椎等解剖结构比较特别的区域，并且可以进行术前计划（10），然后在术中利用匹配或者注册技术，将CT图像与病人实际解剖结构相结合（8）（表16-1）。典型的系统有DiGioia等开发的HipNav系统、Langlotz等开发的脊柱导航系统（图16-2）。匹配或者注册技术是CT导航系统术中应用的最关键的步骤（11），主要有两种最常用的技术---点匹配或者表面注册（12）。所有的注册方式都是依赖骨表面结构和术前影像学资料相应特征的确认（8）,这个过程需要术者操作计算机来进行（13） ，而目前这种技术还存在着匹配不精确的缺陷.
以三维MRI影像为基础的技术也是一种应用广泛且比较成熟的脊柱手术导航方法，它以三维重建数据为基础进行导航。术中MRI导航可以解决导航存在的最大弊端—影像漂移问题。目前制约该系统在脊柱手术中推广的因素有：①价格昂贵，一般病人难以接受；②要求手术麻醉等所用金属器械必须防磁，必须有专用手术室，这在一般医院很难做到；③MRI限制了手术医生的操作空间，给手术带来不便；④MRI对骨性结构的显示不理想。
3．2 C型臂X线机导航系统
这种导航系统不需术前采集影像学资料，不需要进行术前计划（14） ，而是术中利用c臂机获得影像学资料，通过c臂机的定标来完成注册过程，其匹配的准确性也直接影响到手术的成败（表16-2）。但是如果将这台笨重的器械在不同手术室中移动的话，这种机械性的定标错误也是在所难免的（8）。典型的系统有瑞士Medvision系统、美国Medtronic系统、德国OrthoPilot系统等。这种技术优点在于可以提供实时导航，还可以减少手术室中全体人员接受辐射的程度（15）。但其缺点是在某些脊柱区域，例如上胸椎，其图像质量会受到限制（10）。C臂机导航系统利用的是二维的影像学资料，不能提供手术器械的三维空间定位，所以就需要一种新型的、能够提供近似ct图像质量影像学资料的技术（16）。1999年，Siemens Medical Solutions (Erlangen, Germany)制造了世界上第一台移动c臂机三维影像设备，随后被命名为Siremobil ISO C（3-D），（图16-3）其旋转角度达到近180度，并利用一种特定的锥形束重建法则获得高分辨率的三维影像学资料，从而能够应用于从C0—S2的所有椎体水平（10）。但是在经过多年的临床应用之后，发现其图像质量仍然不及CT图像（7）.
3．3非影像学导航系统
这种技术也被称作以术者分辨解剖结构为基础的计算机辅助导航系统，其最先被引入是用来进行前交叉韧带移植手术（17），不需要术前或者术中的影像学资料，而是术者在术中利用追踪系统来分辨各种各样的解剖结构和参考坐标，从而确立手术对象虚拟代表的关键性特征。而且这种导航系统可以进行旋转，这样就可以测定一些关节的特殊动力学特征。最近引进的非影像学导航系统，大部分都是利用一种所谓的骨形态技术（
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