孫偉 孫夢熊 韓倞 蔡鄭東

雖然導航系統(tǒng)在骨科的手術中已經使用了 20 余年，但在骨腫瘤外科的應用較少且存在爭議，因為耗時、設備昂貴且并沒有明確的證據證實其在骨腫瘤外科中的作用。新型的 O-Arm 導航于 2000 年引入國內，最多應用于脊柱外科尤其是脊柱畸形手術中，應用于骨腫瘤手術的鮮有報道，現(xiàn)就 O-Arm 導航應用于骨腫瘤外科的現(xiàn)狀、問題及應用前景展望述評如下。

一、O-Arm 導航原理及其在骨科的應用歷史

O-Arm 導航系統(tǒng)是通過紅外線的發(fā)射與接收從而實現(xiàn)對不同幾何排列的反射小球的追蹤。通過網線將O-Arm 影像采集系統(tǒng)與導航儀連接，將配有反射球的參考架牢固放置于容易被導航的紅外攝像頭看到的骨頭上，在整個手術過程中都不可移動。在手術操作前，用 O-Arm 對手術區(qū)域進行掃描，需要注意的是：O-Arm機架配備有主動發(fā)射紅外線的追蹤器。O-Arm 追蹤器及固定于患者骨組織參考架上的反射球均需要被導航的紅外攝像頭所追蹤到，從而獲得三維影像與實際患者空間位置的關系。在手術中，配有反射球的導航探針以及安裝上反射球的手術工具將被導航儀實時追蹤并體現(xiàn)于導航屏幕上，從而實現(xiàn)手術操作的實時可視。

在骨科領域，O-Arm 導航系統(tǒng)最先也是最廣泛被應用于脊柱外科，基于 O-Arm 導航引導下的術中置釘及精準切除和減壓有效提高了復雜脊柱手術中術野的可視度，使手術操作更加微創(chuàng)、安全、精準。此外，O-Arm 導航系統(tǒng)與脊柱內鏡技術的有機結合極大推進了脊柱微創(chuàng)外科的發(fā)展，一定程度上擴大了適應證，保障了手術經皮置釘?shù)臏蚀_性以及內窺鏡下減壓的安全性。直到 2004 年，Krettek 等和 Hüfner 等首次將導航技術應用于骨腫瘤的外科治療并得出結論，導航系統(tǒng)可以提高具有解剖和手術復雜性的骨盆腫瘤切除的準確性。自此，導航技術在骨腫瘤手術中的應用進入了新紀元。

二、O-Arm 導航在骨腫瘤外科中的應用現(xiàn)狀

骨腫瘤手術的目的是在獲得良好的外科邊界及不切除多余正常組織情況下，盡可能完全切除腫瘤，以獲得更好的功能恢復。近年來，伴隨骨腫瘤疾病診斷及治療模式的不斷進步，越來越多的保肢方法孕育而生，而這也從另一方面促使骨腫瘤科醫(yī)師們進行更復雜，更具挑戰(zhàn)性的外科手術，如靠近關節(jié)的骨骺內截骨術、對于已經侵犯鄰近骨的軟組織肉瘤進行精確截骨術，或是在復雜解剖區(qū)域 (如骨盆) 的截骨術，這些操作都要求嚴格且仔細的術前規(guī)劃和精確的術中執(zhí)行。

1.O-Arm 相比傳統(tǒng)基于 CT 導航的優(yōu)勢：正如同計算機導航系統(tǒng)在脊柱手術、關節(jié)成形術、創(chuàng)傷手術和畸形矯正中通過提供詳細的術中信息和指導大大提高了手術精度，近些年的一些報道亦都在推崇或鼓勵將導航系統(tǒng)應用于臨床的骨腫瘤切除術中。在這部分研究中，絕大多數(shù)所應用的計算機斷層掃描 (CT) 導航系統(tǒng)需依賴于患者仰臥位時獲得的術前 CT 數(shù)據。然而，在實際情況下，不同部位的骨與軟組織腫瘤手術需要對目標切除骨區(qū)域進行額外的點對點匹配，從而導致手術時間的延長。O-Arm 導航 (Medtronic，USA) 是現(xiàn)代影像引導外科手術被臨床最廣泛應用的典范，可為外科手術提供高分辨率的三維 (3D) 和多平面圖像。與傳統(tǒng)的基于 CT 的導航系統(tǒng)相比，O-Arm 導航具有一定的優(yōu)勢。首先，外科醫(yī)師無需再依賴術前的 CT 掃描，而是通過患者不同手術體位下進行術中實時更新的 CT 掃描影像。其次，O-Arm 導航系統(tǒng)可敏感識別 O-Arm 的光學追蹤器和已連接到腫瘤負載骨的參考架，以高效的方式自動注冊配準 (誤差約 0.20 mm，可以認為該結果準確且可靠)，不需要與術前 CT 數(shù)據進行點對點匹配，從而節(jié)約手術時間并可以避免由于手術位置引起的誤差。整個 O-Arm 導航過程操作簡單，大約只需要 14 min，便可幫助術者實現(xiàn)精確的截骨。O-Arm 術中實時導航是結合了 O-Arm 及導航設備的實時導航系統(tǒng)。即使 O-Arm 輻射量遠遠超過 C 型臂，但是術中導航地圖的獲取只需要一次掃描即可完成，相比較反復多次 C 型臂 X 線透視仍無法獲得精確圖像仍具有很大優(yōu)勢。而導航系統(tǒng)的參與，相比較手術室中的三維 CT 掃描，具有直接指導手術的意義，仍然值得推廣。

2.O-Arm 導航應用于骨腫瘤手術后的療效：既往的文獻亦報道了 O-Arm 導航在四肢、骨盆、骶骨腫瘤切除中的應用，展現(xiàn)了較傳統(tǒng)切除方式更為精準的優(yōu)勢。2016 年，Ould-Slimane 等在 6 例骨盆腫瘤中應用了O-Arm，發(fā)現(xiàn) O-Arm 導航有助于減少術中出血量及局部復發(fā)率；2017 年，Drazin 等進行了 6 例 O-Arm 導航下骶骨腫瘤切除術，得到了類似的結果，同時在惡性和侵襲性良性骶骨腫瘤中均取得了良好的功能學結果；2018 年，Abraham 等回顧性分析了 23 例應用 O-Arm 導航進行腫瘤切除的骨盆及骶骨腫瘤患者及對應切除邊緣情況，結果顯示所有患者的骨性切緣均為陰性，其中 2 例骶骨切除患者的軟組織邊緣呈陽性。在并發(fā)癥方面，2 例患者術后出現(xiàn)短暫的股神經麻痹，這可能是由于在恥骨支放置參考陣列后股神經拉伸所致；2018年，Tomohiro 等報道了 6 例在 O-Arm 導航下切除的四肢及軀干骨與軟組織腫瘤，評估后發(fā)現(xiàn)，經 O-Arm導航輔助下的截骨角度的平均差異為 (2.8±1.2) mm，組織學結果顯示所有患者的手術邊緣均清晰，并在平均 30.6 個月的隨訪期間，沒有出現(xiàn)與導航相關的并發(fā)癥及局部復發(fā)；2019 年，F(xiàn)ujiwara 等在 5 例骨樣骨瘤中應用 O-Arm 導航進行了迷你開放切除，術后經病理證實，所有患者均獲得完全切除，平均皮膚切口為2.1 cm，無與導航相關的并發(fā)癥及局部復發(fā)。以上結果均證實了 O-Arm 導航在骨腫瘤切除手術中的精準度及安全性。然而，目前國內外關于在骨腫瘤手術中應用 O-Arm 導航鮮有報道。

三、筆者團隊應用 O-Arm 導航進行骨腫瘤切除的經驗分享

1.在高位骶骨腫瘤切除術中的應用：原發(fā)惡性骶骨腫瘤臨床發(fā)病率低，主要的病理類型是：脊索瘤、軟骨肉瘤及骨肉瘤，良好的外科邊界的手術切除是治愈的關鍵。作為長期致力于臨床一線骨腫瘤診治的醫(yī)務工作者，筆者發(fā)現(xiàn)累及高位的骶骨腫瘤整塊切除后，經常面臨著神經功能的缺失，極大影響患者術后生活質量。自我院引入 O-Arm 導航系統(tǒng)以來，在顱腦外科及脊柱外科廣泛應用，基于高位骶骨腫瘤的外科手術切除與神經功能保留的精準要求，創(chuàng)新性的將這套先進的導航系統(tǒng)應用與骶骨腫瘤整塊切除手術及保留 S神經根的切除，以期在良好外科邊界的前提下，最大可能的保留骶神經功能。

2020 年 4 月至 2020 年 12 月，共對 4 例原發(fā)骶骨惡性腫瘤患者實施了 O-Arm 導航引導下的高位骶骨腫瘤切除。經分析，4 例平均導航掃描和驗證截骨計劃所需時間平均 15 min，術中 O-Arm 掃描時間與傳統(tǒng)手術切除時反復 X 線透視驗證截骨平面耗時相仿，并不增加手術時間，術中出血量與圍術期并發(fā)癥發(fā)生率均在既往文獻報道范圍內，且均未出現(xiàn)導航相關的并發(fā)癥。術后病理證實，骨性切緣均陰性 (圖1)。術中驗證，導航可精準的引導術者執(zhí)行術前計劃，在安全的外科邊界前提下，盡量保留雙側 S神經根，在不影響腫瘤局部控制的情況下，減少了術后神經功能缺失的范圍。這種保留 S神經根的高位骶骨腫瘤切除術對于患者術后保留完整的行走及括約肌功能的部分恢復有著巨大意義。

圖1 患者，女，75 歲，骶骨脊索瘤 a：術前 X線片提示骶骨腫瘤；b～f：術前 CT、MRI 掃描提示骶骨腫瘤，累及 S2～5；g、h：術中導航提示縱向和橫向截骨面；i：腫瘤切除后術野，S1 神經根保留；j、k：腫瘤標本，截面無腫瘤累及及殘留；l：導航下骶骨腫瘤切除后，鏡下顯示切緣陰性Fig.1 Patient,female,75years old, sacral chordoma a: Preoperative X-ray showed sacraltumor; b- f: Preoperative CT and MRI scans showed sacral tumors involving S2-5; g - h: Intraoperative navigation prompted longitudinal and transverse osteotomy surfaces;i: After tumor resection, the sacral 1 nerve root was preserved; j - k: Tumor specimen, no tumor involvement and residue on the cross section;l: After sacrum tumor resection under O-Arm navigation, the cutting edge was negative under microscope

2.在骨盆腫瘤切除重建中的應用：髖臼腫瘤是骨盆腫瘤中最具有挑戰(zhàn)的一種類型，結構復雜，累及髖臼的腫瘤常常需要精準的切除及重建來保證肢體功能，定制金屬假體重建是目前重要的重建方法。而 O-Arm 導航系統(tǒng)可為腫瘤的精準切除及精準重建提供實時的指導，最大限度地減少誤差。

筆者回顧分析了 2019 年 1 月至 2020 年 9 月，我院收治的 22 例于我科行外科手術治療的髖臼惡性腫瘤患者 (骨肉瘤 8 例，軟骨肉瘤 12 例，UPS 2 例)，其中導航下切除及重建 14 例 (導航組)，通過術前影像截骨及重建 8 例 (對照組)，所有患者均接受骨盆腫瘤切除及定制骨盆假體重建手術 (圖2)。結果顯示所有患者均順利完成手術，圍術期無意外并發(fā)癥發(fā)生，導航組患者手術時間、術中出血量、術后住院時間、疼痛評分與對照組差異無統(tǒng)計學意義，導航組患者術后雙下肢不等長 (leg length discrepancy，LLD) 發(fā)生率明顯低于對照組(0 / 14，2 / 8，＜ 0.05)，所有患者術后均達到了 R0 切緣，此外，導航組術中旋轉中心誤差率明顯低于對照組，術后早期 MSTS 評分導航組稍高于對照組。初步結果顯示，利用新型實時 O-Arm 導航系統(tǒng)可輔助進行精準腫瘤切除及精準重建，能更大限度地減少下肢不等長的發(fā)生，未使用導航組患者截骨范圍往往難以與術前計劃達到一致，下肢等長更利于恢復自身旋轉中心，進而助于下肢功能恢復。

圖2 患者，女，48 歲，髖臼去分化軟骨肉瘤 a～d：術前 X 線、CT 和 MRI 提示右側髖臼腫瘤；e～g：術中截骨平面導航圖；h、i：切除后腫瘤標本大體圖片；j～m：術中導航下驗證旋轉中心，實現(xiàn)精準重建；n：精準重建后術野照片；o：術后透視圖片F(xiàn)ig.2 Patient, female, 48 years old, acetabular dedifferentiatedchondrosarcoma a - d:Preoperative X-ray, CT and MRI showed rightacetabulartumor; e-g: Intraoperative osteotomyplanenavigation map;h -i: Generalpictureoftumor specimen after resection; j - m:Verifythe rotationcenter under intraoperativenavigationto achieve accurate reconstruction; n: Photos of surgical fieldafter accurate reconstruction;o:Postoperativefluoroscopy image

3.在四肢骨腫瘤外科手術中的應用：膝關節(jié)周圍是原發(fā)性惡性骨腫瘤的好發(fā)部位。目前成年患者臨床采用腫瘤切除合并組配式關節(jié)假體重建的保肢方案應用已較為成熟。在骨骼發(fā)育未成熟的青少年患者中仍面臨諸多瓶頸和挑戰(zhàn)，包括 LLD，假體無菌性松動、感染、軟組織失敗等。保留骨骺假體能有效解決 LLD、假體松動、短期和晚期功能問題，然而手術中的精確截骨卻是一個較大的困難。將 O-Arm 導航系統(tǒng)用于膝關節(jié)腫瘤切除手術，以期在精確控制腫瘤切除邊界的同時，保留足夠的骨骺。

筆者收集了 2019 年 1 月至 2021 年 9 月，我院收治的 12 例原發(fā)于膝關節(jié)周圍的青少年惡性骨腫瘤患者(骨肉瘤 9 例，尤文肉瘤 3 例)，隨機分為實驗組 (導航截骨 6 例) 和對照組 (導板截骨 6 例)，在全麻下行腫瘤切除并假體重建術 (圖3)。結果顯示，實驗組實際截骨線與計劃截骨線差距為 (1.6±0.2) mm，對照組差距為(5.3±1.8) mm (＜ 0.05)；所有實驗組均為 R0 邊界，對照組有 2 例為 R1 邊界；兩組在 MSTS 評分、步態(tài)、視覺模擬評分 (visual analogue scale，VAS) 等均無統(tǒng)計學差異，未觀察到假體失敗、深部感染、腫瘤復發(fā)等并發(fā)癥。結果證實 O-Arm 導航系統(tǒng)進行保留骨骺的組配式假體重建對于骨關節(jié)發(fā)育不完全的青少年患者來說具有一定優(yōu)勢。筆者的體會是：導航與導板相結合，使得導航的“點精確”變成導航加導板的“面精確”。

圖3 患者，女，16 歲，左股骨骨肉瘤a～d：術前 X 線、CT 和 MRI 提示右側股骨遠端腫瘤；e～h：術前規(guī)劃及術中截骨平面導航圖；i：切除后腫瘤標本大體圖片；j、k：術后透視影像圖片F(xiàn)ig.3 Patient, female, 16 years old, left femoral osteosarcoma a - d: Preoperative X-ray, CT and MRIshowedrightdistal femoraltumor; e - h: Preoperative planningand intraoperative osteotomy plane navigation map;i:General picture oftumorspecimen after resection;j- k:Postoperative fluoroscopy image

四、O-Arm 導航在骨腫瘤外科中應用前景的展望

迄今為止，O-Arm 導航技術在骨腫瘤治療領域的應用已取得了迅猛的發(fā)展，并被越來越多骨腫瘤專家所認可，工作流程也日趨成熟，其在骨腫瘤外科治療精準性上的優(yōu)勢亦無須贅述。從現(xiàn)有的文獻報道及筆者的經驗提示，應用 O-Arm 導航進行骨腫瘤手術不會影響手術持續(xù)時間和失血量，特別是因為手術區(qū)域的縮小，在很大程度上彌補了準備和實施手術以及 CT 采集所需的時間。該設備的大小也與絕大多數(shù)類型骨腫瘤的手術兼容，具有部分適應性。此外，仍有部分患者對 O-Arm 導航過程中的輻射暴露心存顧慮。最新的一份報告顯示，患者在兩次 O-Arm 掃描期間接受的輻射劑量為 40 mGy，而在一次 O-Arm 掃描期間接受的總輻射劑量僅為涉及同一身體部位的常規(guī) 64 層 CT 掃描的一半，因此與其帶來的治療優(yōu)勢相比，O-Arm 輻射暴露的危害似乎也是相對的。

目前，限制 O-Arm 導航發(fā)展的主要因素首先在于其相對高昂的成本。O-Arm 設備引進費用較高，國內醫(yī)院較少配備，且國內市場缺少專門針對骨腫瘤外科的器械，需要合理運用脊柱、創(chuàng)傷的導航工具，同時適配的碳纖維手術床。僅對于一些具有一定規(guī)模的骨腫瘤中心來說，引進 O-Arm 導航的費用以及每年的維護費雖然高昂，但可以降低患者因再次手術而產生的費用，從而節(jié)省醫(yī)療成本，產生社會效益。其次，必須承認術中 O-Arm 在軟組織切緣的判斷中存在一定缺陷，導航的使用并不能指導或幫助獲得更充分的軟組織邊緣。受累的軟組織邊緣被認為是一個不良的獨立預后因素，大多數(shù)局部復發(fā)發(fā)生在軟組織 (邊緣)，而不是截骨緣。因此仍需要術者根據術前 MRI 的影像，詳細分析并結合術中的掃描數(shù)據綜合判斷。再者，需注意雖然 O-Arm導航僅存在約 2 mm 的精度誤差，但在術前計劃時仍需將它考慮其中，并且在手術操作時間較長時，建議再次驗證導航精度。此外，目前已報道的關于 O-Arm 導航在骨腫瘤外科應用的臨床研究大多存在樣本量小，隨訪時間較短，且缺少對照組的缺陷，未來需要進行更多長期隨訪的前瞻性多中心臨床研究，以進一步驗證及評估 O-Arm 導航技術在骨腫瘤手術中的可行性及潛在效益。

O-Arm 導航技術的興起無疑為骨腫瘤外科手術保駕護航，如虎添翼。期待未來 O-Arm 導航能與更多如骨科機器人等這樣的新興技術擦出火花，為將來實現(xiàn)骨腫瘤的個體化切除與重建提供更精準的解決方案，使更多的骨腫瘤患者獲益其中。