王正敏

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耳神經(jīng)-顱底影像導(dǎo)向技術(shù)[耳顯微外科2007版(二十)]

王正敏

傳統(tǒng)手術(shù)是以解剖結(jié)構(gòu)作為手術(shù)漸進、深入人體內(nèi)部的標(biāo)志，來達到預(yù)定目標(biāo)的，這就不可避免地要擴大術(shù)野來確識標(biāo)志。此外，對缺乏標(biāo)志和目標(biāo)周圍及其背后重要的又看不到的結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)手術(shù)是憑借手術(shù)者的學(xué)識和經(jīng)驗來完成的。術(shù)前影像學(xué)評估是指導(dǎo)手術(shù)的重要信息，手術(shù)者通過全部影像資料結(jié)合對解剖學(xué)的認識，在腦中建立與手術(shù)目標(biāo)相關(guān)的三維概念。這個過程對手術(shù)入路簡單，正常解剖標(biāo)志變化不大的手術(shù)是適宜的。但是，對存在病變而使正常解剖標(biāo)志變異時，傳統(tǒng)手術(shù)方法的不足就顯而易見了。至于微創(chuàng)手術(shù)，其術(shù)野更小，手術(shù)目標(biāo)的周邊組織更因“一孔之見”而要求手術(shù)者有更精密的解剖知識，以求正確定位，在安全邊界內(nèi)清除病變。

影像學(xué)導(dǎo)向系統(tǒng)(又稱導(dǎo)航系統(tǒng))技術(shù)應(yīng)運而生。腦立體定位手術(shù)和虛擬現(xiàn)實對現(xiàn)代外科醫(yī)師已是相當(dāng)熟悉的名詞。在耳鼻喉科領(lǐng)域，影像導(dǎo)向系統(tǒng)已用于前顱底手術(shù)(如功能性內(nèi)鏡鼻竇外科)和側(cè)顱底手術(shù)。

1 影像導(dǎo)向外科簡史

在CT發(fā)明以前，曾有參考顱內(nèi)外相關(guān)標(biāo)志，利用氣腦造影術(shù)來定位顱內(nèi)外深層結(jié)構(gòu)，并嘗試作腦的部分切除來治療帕金森病。雖然這個方法費時費力，并不實用，但引起了外科醫(yī)師的廣泛注意和興趣。CT和磁共振成像(magnetic resonance image, MRI)技術(shù)發(fā)明以后，才有了現(xiàn)代實用腦立體定位手術(shù)。這一技術(shù)主要特點是利用一種頭部支架完成影像空間對手術(shù)空間的登記。手術(shù)前，通過CT(或MRI)結(jié)合連接頭架上的定位系統(tǒng)獲得數(shù)字影像數(shù)據(jù)。這一頭部支架附帶笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)，在影像檢查前，頭架戴在患者頭上，為定位裝置提供數(shù)個接觸點。數(shù)字影像檢查把各個接觸點的坐標(biāo)值編為影像坐標(biāo)值的數(shù)據(jù)。影像坐標(biāo)值與坐標(biāo)系統(tǒng)相關(guān)，從而確定相對頭架各點的位置，達到導(dǎo)向空間被界定的目的。雖然這種頭架系統(tǒng)顯得有些笨重，使用不便且費事，但能精確對準(zhǔn)顱內(nèi)的目標(biāo)，作腦深部定向活組織取出用。這種頭架系統(tǒng)經(jīng)改進，有兩種手術(shù)計劃， (1)簡單型：利用頭架系統(tǒng)在頭部數(shù)字影像檢查選數(shù)個點，所選各點會轉(zhuǎn)換成定位坐標(biāo)，可作靶向手術(shù)(如取活組織、電凝病變等)用；(2)復(fù)雜型：結(jié)合彈道模擬，為手術(shù)者定方向，以安全引導(dǎo)手術(shù)入路，最小程度損害路周正常組織。

頭架系統(tǒng)必須十分穩(wěn)固地用螺栓與顱骨接觸，會給患者帶來不適。所以，使用頭架系統(tǒng)作術(shù)前影像登記需要全身麻醉。此外，頭架系統(tǒng)戴在患者頭上有礙麻醉和手術(shù)，尤其不適用于顱后窩和其他顱底手術(shù)，所以頭架式腦定向手術(shù)不太受臨床歡迎而未廣泛應(yīng)用。

2 影像導(dǎo)向外科技術(shù)

2.1 無支架腦立體定位外科技術(shù) 無支架腦立體定位外科技術(shù)具有頭部支架腦立體定位外科系統(tǒng)技術(shù)的精確性，而不需要前面提到過的螺栓式支架。無支架腦立體定位外科系統(tǒng)有傳感器和計算機兩個部分。傳感器遞送位置信息，計算機將傳感器位置信息譯成看得見的可確證實時解剖信息的輔助手段。從影像坐標(biāo)值到腦立體定位坐標(biāo)是由這兩個坐標(biāo)系統(tǒng)共有的3個或3個以上非線性點(基準(zhǔn)點)規(guī)定的?；鶞?zhǔn)點含有解剖標(biāo)志或參考標(biāo)簽。參考標(biāo)簽穩(wěn)固地連接在頭部不變動的部位上。

已有數(shù)種數(shù)字轉(zhuǎn)換器或傳感器技術(shù)用在手術(shù)空間和相應(yīng)影像空間的轉(zhuǎn)換上。這類數(shù)字轉(zhuǎn)換器分力學(xué)連鎖系統(tǒng)和非力學(xué)連鎖系統(tǒng)兩類。

2.1.1 力學(xué)連鎖系統(tǒng) 力學(xué)連鎖系統(tǒng)以在手術(shù)臺上裝有機械臂而得名。機械臂在其關(guān)節(jié)裝有靈敏的電位計(或角偵計)。從每點旋轉(zhuǎn)光學(xué)編碼器輸出取樣，由計算機得出機械臂頂端的位置，給出機械臂坐標(biāo)(以機械臂基座為基準(zhǔn))。因為機械臂連接在患者頭部，而患者頭部又作了影像學(xué)登記，這樣就可將兩個坐標(biāo)系統(tǒng)各共用點計算成地形圖的變換。手術(shù)時，機械臂尖端(或指示器)的實時定位可與術(shù)前影像檢查相符合。雖然力學(xué)連鎖系統(tǒng)較之頭架式腦立體定位外科系統(tǒng)來說，可免去影像登記螺栓固定的痛苦，但仍顯得笨重，有阻礙手術(shù)操作的缺點?，F(xiàn)今已很少在耳科和神經(jīng)外科應(yīng)用。

2.1.2 非力學(xué)連鎖系統(tǒng) 非力學(xué)連鎖系統(tǒng)是利用附加在手術(shù)機械上的發(fā)射器發(fā)生信號的偵知系統(tǒng)工作原理設(shè)計的。有主動偵知和被動偵知兩種。實際上，這與現(xiàn)代的衛(wèi)星三角定位相似，非力學(xué)連鎖系統(tǒng)可作三維空間定位和追蹤手術(shù)器械之用。按發(fā)射器種類分，有超聲、電磁和光電三種。

超聲數(shù)字分析儀利用發(fā)射器所發(fā)生聲音的時程，用3只或更多的接收器進行測量定位。超聲數(shù)字分析系統(tǒng)的主要優(yōu)點是發(fā)射器和受感器之間無光學(xué)障礙。但聲速會受溫度和濕度影響導(dǎo)致定位偏差，而且在手術(shù)室里還會受回聲和射頻發(fā)射的干擾，所以凡屬聲參考系統(tǒng)的設(shè)計不受歡迎。

電磁參考系統(tǒng)也有超聲數(shù)字分析儀不受障礙影響的優(yōu)點。這一系統(tǒng)用CT掃描和術(shù)中戴的同一只頭帶作為參考，登記迅速方便。其主要缺點是易受手術(shù)室中其他電磁系統(tǒng)和鐵磁器械的干擾。另外，影像登記的頭帶位置和手術(shù)登記的頭帶位置若有輕微不一致，就會降低定位精確性。這種系統(tǒng)應(yīng)用結(jié)果表明，精確性誤差不大，比較適用于前顱底內(nèi)鏡鼻竇手術(shù)，但不適用于側(cè)顱底手術(shù)。

光電數(shù)字分析器系統(tǒng)要求發(fā)射器和高懸支架上的照相機之間無光線行進障礙。照相機需3只，內(nèi)含1×4096元件線性充電耦合裝置，可確認附加在手術(shù)器械上的紅外線二極管(LEDs)的三維位置。照相機懸在高于手術(shù)野1.5～2.0 m的弧形橫架上，以便于追蹤手術(shù)器械上的LEDs。有多種LEDs設(shè)計，通過計算機軟件可適配各種手術(shù)器械。光電參考系統(tǒng)有主動型和被動型兩種。主動型手術(shù)器械主動傳送紅外信號，而被動型手術(shù)器械被動反射紅外信號。主動型需要在手術(shù)器械上附加線路，而被動型則不需要。

新型光電數(shù)字分析系統(tǒng)配有激光輪廓化解剖登記新方法。這一新方法使用了LEDs接觸激光測距器，并在顱骨解剖差異處上移動激光測距器，就可產(chǎn)生成百個組成輪廓線的點。這一輪廓就可與影像資料中提取到的相應(yīng)頭皮輪廓相配。這一登記方法會大大減少設(shè)置時間和登記差錯。

光電參考系統(tǒng)無疑是3種發(fā)射系統(tǒng)中最理想的一種，尤其適合側(cè)顱底定向。高懸式照相機排列對耳外科和耳神經(jīng)外科多有不便，因為它們都離不開手術(shù)顯微鏡。手術(shù)顯微鏡體積大小及其布局位置會阻礙紅外通信路線，這一點就不及電磁系統(tǒng)。作者設(shè)計的側(cè)顱底天線式二極管主動紅外線發(fā)射系統(tǒng)在相當(dāng)大的程度上克服了這一障礙(圖①～⑤)。

圖1 紅外發(fā)射器釘座刺入頭皮淺表

圖2 紅外發(fā)射器釘座刺入頭皮深部

圖3 用螺旋器將釘座固定在顱骨上

圖4 在釘座上安裝高桿紅外發(fā)射“天線”(紅外二極管)

圖5 紅外照相固定架和紅外發(fā)射“天線”無“盲區(qū)”發(fā)射，手術(shù)顯微鏡在“天線”一旁

2.2 容積式腦立體定位外科技術(shù) 用計算機重建增強的容積常規(guī)程序，可在腦立體定位外科系統(tǒng)中展示和操作，并可在手術(shù)顯微鏡術(shù)野焦平面將影像資料展示，還可沿著視線以推進深度展示顱內(nèi)腫瘤橫切面輪廓線，從而指示手術(shù)者定位在焦平面水平所示的腫瘤邊界，通過手術(shù)和電腦控制的激光將腫瘤安全切除(圖⑥～⑧)。這種系統(tǒng)提高了手術(shù)野和影像資料的相關(guān)性，不過，因手術(shù)造成軟組織移位，此輪廓線會不準(zhǔn)確，這是因為影像資料是手術(shù)前設(shè)定的。

圖6 紅外發(fā)射釘座和側(cè)顱底手術(shù)術(shù)野的位置關(guān)系

圖7 紅外線發(fā)射系統(tǒng)磁共振成像 A.B.分別示不同層面的三維圖像。圖中十字交叉點為紅外發(fā)射指示器尖端的位置

圖8 巖骨膽脂瘤虛擬輪廓線條 白色線條提示迷路后膽脂瘤范圍，虛擬輪廓線為術(shù)者作手術(shù)導(dǎo)航。

2.3 實時術(shù)中成像技術(shù) 所有上述的無支架腦立體定向系統(tǒng)，其計算機規(guī)則系統(tǒng)和圖示影像展示都是手術(shù)前的成像資料。在手術(shù)中，軟組織可因手術(shù)操作、水腫和血腫而移位或變形，原患者解剖三維模式影像登記就無效，失去精確性。這種情況特別容易在切除顱內(nèi)或顱底下軟組織術(shù)野中的腫瘤時發(fā)生。實時術(shù)中成像可解決這一問題，提供即時的真實解剖狀況、手術(shù)器械的位置而無需無支架腦立體定向手術(shù)系統(tǒng)所必需的基準(zhǔn)登記。

X線、超聲圖和CT已被用來顯現(xiàn)經(jīng)皮穿刺活檢和血管介入，但容積影像的空間分辨率不足。MRI因有軟組織對比佳、容積分辨率良好、多層面和函數(shù)演算等優(yōu)點，又無離子放射，故適合用作實時影像導(dǎo)引療法。中等術(shù)野開放布局和垂直磁體足可滿足手術(shù)操作。結(jié)合無支架腦立體定向系統(tǒng)，MRI系統(tǒng)就可追蹤術(shù)中解剖改變，還可用監(jiān)視器展示非鐵磁體器械。術(shù)中MRI系統(tǒng)最適用于位置深匿腫瘤的手術(shù)和能量可控?zé)崆谐煼ā崟r術(shù)中成像手術(shù)又稱為介入性MRI系統(tǒng)，目前還處于研究階段。對于耳外科和耳神經(jīng)外科，介入性MRI系統(tǒng)顯示骨結(jié)構(gòu)不如CT，其應(yīng)用前景尚待探索。

3 影像導(dǎo)向系統(tǒng)在耳外科和耳神經(jīng)外科的應(yīng)用

影像導(dǎo)向系統(tǒng)在耳外科和耳神經(jīng)外科的應(yīng)用還處于探索階段。實時術(shù)中成像技術(shù)會將耳科“漏斗式”手術(shù)概念變換為“隧道式”導(dǎo)航手術(shù)概念?！奥┒肥健笔中g(shù)概念是指傳統(tǒng)手術(shù)方式，進入耳深部時外寬內(nèi)窄，依靠手術(shù)入路沿途的解剖標(biāo)志到達深部的手術(shù)目標(biāo)?！八淼朗健笔中g(shù)概念之意為從一鑰匙孔大小的手術(shù)入路從成像上虛擬地看到重要的解剖標(biāo)志而達到手術(shù)目標(biāo)。實時術(shù)中成像對耳畸形和硬化乳突認識標(biāo)志、顱中窩至內(nèi)聽道及巖尖手術(shù)的狹小入路定向會很有用，節(jié)約手術(shù)時間，提高安全性。在“骨盒子”內(nèi)手術(shù)，可使用無支架立體定位系統(tǒng)。所謂“骨盒子”是指像乳突、巖尖等骨結(jié)構(gòu)解剖部位。移動其內(nèi)部結(jié)構(gòu)仍可保持術(shù)前影像登記信息。在腦橋小腦三角區(qū)或顳下窩區(qū)為腦、肌肉和血管等軟組織，所作手術(shù)會發(fā)生這類結(jié)構(gòu)移動，導(dǎo)航手術(shù)系統(tǒng)就應(yīng)選實時手術(shù)成像為宜。

最后必須強調(diào)，影像導(dǎo)航系統(tǒng)技術(shù)的臨床應(yīng)用要求多學(xué)科的合作，尤其是耳外科、耳神經(jīng)外科臨床和影像學(xué)檢查的互相支持和配合。不論影像導(dǎo)航系統(tǒng)定向有多精密，手術(shù)者的手術(shù)解剖學(xué)知識仍是代替不了的。手術(shù)者要結(jié)合手術(shù)中能發(fā)現(xiàn)的標(biāo)志加以對比，方能做出恰當(dāng)?shù)呐袛唷?/p>

(未完待續(xù))

2010-11-29)

(本文編輯 楊美琴)

復(fù)旦大學(xué)附屬眼耳鼻喉科醫(yī)院耳鼻喉科 上海 200031

王正敏(Email：entuem@yahoo.com.cn)