1986年美国Roberts发明了首台安装在手术显微镜上、运用超声定位的无框架立体定位系统，几乎在同时，德国的Schlondorff和日本的Wanatabe发明了关节臂定位系统，并由后者首次将其命名为“神经导航系统”（neuronavigator）。
神经导航系统把病人术前或术时的影像资料与术中病人手术部位的实际位置通过高性能计算机紧密地联系起来，能准确地显示神经系统解剖结构及病灶三维空间位置与毗邻关系。因此，与有框架的立体定向神经外科相比，神经导航系统不但可用于包括活检在内的所有手术，而且还具有以下优点：a.术前设计手术方案 （选择最便捷、安全的手术入路）；b.准确定出手术实时的三维位置（现在到了什么地方）；c.显示术野周围的结构（周围有什么结构）；d.指出目前手术位置与靶灶的空间关系（应向什么方向前进）；e.术中实时调整手术入路（应如何达到靶灶）；f.显示手术入路可能遇到的结构（沿途有什么）；g.显示重要结构（应回避的结构）；h.显示病灶切除范围。
（一）神经导航基本原理
1.工作站 由于需快速处理大量数据图像资料，神经导航系统一般采用UNIX操作系统，并配备高清晰度显示器。
2.定位装置 包括三维数字转换器和定位工具（如定位探头）。各种运用不同原理的三维数字转换器均要求能提供连续、实时的定位信息。目前主要的定位装置有：
(1)关节臂定位装置 具有6个有位置觉的关节，通过应用三角学原理经计算机算出每个关节的角度位置,从而计算出探头尖的位置和角度，确定其空间位置。
(2)主动红外线定位装置 包括定位工具（如探头、标准手术器械如双极等）、发射红外线的二极管（infrared lighting-emitting diodes ，IRED），以及位置感觉装置（position sensor unit，PSU）。IRED小巧，可安装于探头及标准手术器械上，因此较关节臂更灵活轻巧，而且使手术器械起到多功能作用。把IRED安装在参考头架（reference arc）上，并把后者固定于头架上，可监测手术中头部与头架之间难以察觉的移动并可及时纠正，即所谓动态跟踪（dynamic referencing）。
(3)被动红外线定位装置 基本原理和方法与主动红外线定位装置相同。所不同的是定位工具无须连接电缆，而安装几个能反射红外线的铝合金小球。红外线发射装置和接收装置安装在手术野附近，由前者发出的红外线经小球反射后被接收器接收，再经工作站处理从而确定定位工具的空间位置。
(4)手术显微镜定位装置 把上述定位装置如红外线或关节臂感受器安装在手术显微镜上，通过激光测量镜片焦点的长度来确定手术显微镜的位置，即可将手术显微镜的焦点中心看作手持定位装置的探头尖，在显示器上同步显示出显微镜焦点的三维位置和动态跟踪。
（二）神经导航的方法
根据病灶部位，在头部粘贴皮肤坐标后，行CT或MRI扫描。病人进入手术室后，在手术床上摆妥体位，麻醉后头部以头架固定。然后进行注册，所谓注册是把病人的影像资料（如CT、MRI）与手术床上病人术野准确地联接起来。注册成功后即可使用定位工具进行手术入路设计以及术中实时导航。
（三）神经导航准确性
神经导航的模型实验准确性已能与传统的立体定向装置媲美，关节臂及红外线定位装置的注册准确性为1～2mm。
（四）临床应用
神经导航系统的应用是神经外科从显微外科发展到微侵袭神经外科的一个重要标志。目前神经导航系统主要应用于：
1.术前手术方案的设计和手术操作训练。
2.青年医生形象化教学和培训。
3.术中用于指导手术操作，包括靶灶定位、重要结构（如神经、血管、半规管等）的寻找或回避，肿瘤切除程度的科学判断。
4.靶灶或手术入路处位于无解剖标志或复杂结构的区域。
5.靶灶或手术入路区域的正常解剖标志被病变或过去手术破坏或干扰，无法识别。
6.靶灶或手术入路位于重要神经血管结构毗邻。
7.靶灶边界在影像图上清晰，但在术野与正常组织分界不清。
8.靶灶位于颅内中线（如胼胝体等）或颅底，术中无明显移位。
（五）神经导航今后的发展
1.导航系统的计算机和软件方面
(1)随着计算机快速处理系统的不断开发和应用，将使计算机为基础的应用技术达到先前难以想象的水平。个人计算机性能的进一步提高有可能取代目前使用的工作站，不仅能使导航系统体积大大缩小，售价也可降低。
(2)高分辨率的立体显示器的开发，将有利于对脑深部复杂结构的显示。
(3)软件开发使神经导航的应用更简便容易，设备的高度自动化和智能化可以自动注册和校正偏差。
(4)除了CT和MRI外，DSA、CTA、MRA、fMRI等定位软件的开发以及多种影像资料的相互重叠技术的开发应用，不仅可用于定位和导航，而且由于标准的解剖影像与功能定位资料的融合，有利于开展功能导航神经外科。
2.定位工具
(1)导航棒已从关节臂发展到带电缆（如主动红外线定位装置）和不带电缆（如被动红外线定位装置）的导航工具及标准手术工具。随着技术的发展，可望进一步提高它们的准确性，使神经导航临床应用的准确性与传统立体定向外科相媲美。
(2)显微内镜：近来已有导航系统与内镜结合应用的报道，使内镜的定位导向更加准确，把内镜所见的术野与CT和MRI照片同步显示，使外科医生得到更多信息，更有利于指导手术。
3.术中实时超声、CT及MRI扫描
近年已有应用报道，不仅可发现术中脑移位，发现颅内出血防止术后并发症的发生，而且实时超声扫描与术前资料结合能容易识别颅内结构。
4.机器人和遥控外科（telesurgery）
近来已有机器人控制的导航手术显微镜系统，它们可在人的指令下自动移动手术显微镜自动聚焦、导航等。机械臂可握持牵拉器、磨钻、电极、内窥镜等，不会发生人手抖动等缺点。在不久的将来，机器人在人的控制下进行一些外科手术遥控外科，可能成为现实。
