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

·教育園地·

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(jìn)、深入人體內(nèi)部的標(biāo)志，來(lái)達(dá)到預(yù)定目標(biāo)的，這就不可避免地要擴(kuò)大術(shù)野來(lái)確識(shí)標(biāo)志。此外，對(duì)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(shí)和經(jīng)驗(yàn)來(lái)完成的。術(shù)前影像學(xué)評(píng)估是指導(dǎo)手術(shù)的重要信息，手術(shù)者通過(guò)全部影像資料結(jié)合對(duì)解剖學(xué)的認(rèn)識(shí)，在腦中建立與手術(shù)目標(biāo)相關(guān)的三維概念。這個(gè)過(guò)程對(duì)手術(shù)入路簡(jiǎn)單，正常解剖標(biāo)志變化不大的手術(shù)是適宜的。但是，對(duì)存在病變而使正常解剖標(biāo)志變異時(shí)，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(shí)，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(yùn)而生。腦立體定位手術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)對(duì)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(jiǎn)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(lái)定位顱內(nèi)外深層結(jié)構(gòu)，并嘗試作腦的部分切除來(lái)治療帕金森病。雖然這個(gè)方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，并不實(shí)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(shí)用腦立體定位手術(shù)。這一技術(shù)主要特點(diǎn)是利用一種頭部支架完成影像空間對(duì)手術(shù)空間的登記。手術(shù)前，通過(guò)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(gè)接觸點(diǎn)。數(shù)字影像檢查把各個(gè)接觸點(diǎn)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(duì)頭架各點(diǎn)的位置，達(dá)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(fèi)事，但能精確對(duì)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(jìn)，有兩種手術(shù)計(jì)劃， (1)簡(jiǎn)單型：利用頭架系統(tǒng)在頭部數(shù)字影像檢查選數(shù)個(gè)點(diǎn)，所選各點(diǎn)會(huì)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(huì)給患者帶來(lái)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(wú)支架腦立體定位外科技術(shù) 無(wú)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(guò)的螺栓式支架。無(wú)支架腦立體定位外科系統(tǒng)有傳感器和計(jì)算機(jī)兩個(gè)部分。傳感器遞送位置信息，計(jì)算機(jī)將傳感器位置信息譯成看得見的可確證實(shí)時(shí)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(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)共有的3個(gè)或3個(gè)以上非線性點(diǎn)(基準(zhǔn)點(diǎn))規(guī)定的。基準(zhǔn)點(diǎn)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(dòng)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(tái)上裝有機(jī)械臂而得名。機(jī)械臂在其關(guān)節(jié)裝有靈敏的電位計(jì)(或角偵計(jì))。從每點(diǎn)旋轉(zhuǎn)光學(xué)編碼器輸出取樣，由計(jì)算機(jī)得出機(jī)械臂頂端的位置，給出機(jī)械臂坐標(biāo)(以機(jī)械臂基座為基準(zhǔn))。因?yàn)闄C(jī)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(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)各共用點(diǎn)計(jì)算成地形圖的變換。手術(shù)時(shí)，機(jī)械臂尖端(或指示器)的實(shí)時(shí)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(lái)說(shuō)，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(diǎn)。現(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(jī)械上的發(fā)射器發(fā)生信號(hào)的偵知系統(tǒng)工作原理設(shè)計(jì)的。有主動(dòng)偵知和被動(dòng)偵知兩種。實(shí)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(shí)程，用3只或更多的接收器進(jìn)行測(cè)量定位。超聲數(shù)字分析系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是發(fā)射器和受感器之間無(wú)光學(xué)障礙。但聲速會(huì)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(huì)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(jì)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(diǎn)。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(diǎn)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(huì)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(jī)之間無(wú)光線行進(jìn)障礙。照相機(jī)需3只，內(nèi)含1×4096元件線性充電耦合裝置，可確認(rèn)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(jī)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(jì)，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件可適配各種手術(shù)器械。光電參考系統(tǒng)有主動(dòng)型和被動(dòng)型兩種。主動(dòng)型手術(shù)器械主動(dòng)傳送紅外信號(hào)，而被動(dòng)型手術(shù)器械被動(dòng)反射紅外信號(hào)。主動(dòng)型需要在手術(shù)器械上附加線路，而被動(dòng)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(cè)距器，并在顱骨解剖差異處上移動(dòng)激光測(cè)距器，就可產(chǎn)生成百個(gè)組成輪廓線的點(diǎn)。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(huì)大大減少設(shè)置時(shí)間和登記差錯(cuò)。

光電參考系統(tǒng)無(wú)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(jī)排列對(duì)耳外科和耳神經(jīng)外科多有不便，因?yàn)樗鼈兌茧x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(huì)阻礙紅外通信路線，這一點(diǎn)就不及電磁系統(tǒng)。作者設(shè)計(jì)的側(cè)顱底天線式二極管主動(dòng)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(wú)“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(jì)算機(jī)重建增強(qiáng)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(jìn)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(guò)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(guò)，因手術(shù)造成軟組織移位，此輪廓線會(huì)不準(zhǔn)確，這是因?yàn)橛跋褓Y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(diǎn)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(shí)時(shí)術(shù)中成像技術(shù) 所有上述的無(wú)支架腦立體定向系統(tǒng)，其計(jì)算機(jī)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(wú)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(shí)發(fā)生。實(shí)時(shí)術(shù)中成像可解決這一問(wèn)題，提供即時(shí)的真實(shí)解剖狀況、手術(shù)器械的位置而無(wú)需無(wú)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(lái)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(duì)比佳、容積分辨率良好、多層面和函數(shù)演算等優(yōu)點(diǎn)，又無(wú)離子放射，故適合用作實(shí)時(shí)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(wú)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?shí)時(shí)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(duì)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(shí)時(shí)術(shù)中成像技術(shù)會(huì)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。“漏斗式”手術(shù)概念是指?jìng)鹘y(tǒng)手術(shù)方式，進(jìn)入耳深部時(shí)外寬內(nèi)窄，依靠手術(shù)入路沿途的解剖標(biāo)志到達(dá)深部的手術(shù)目標(biāo)。“隧道式”手術(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(dá)到手術(shù)目標(biāo)。實(shí)時(shí)術(shù)中成像對(duì)耳畸形和硬化乳突認(rèn)識(shí)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(huì)很有用，節(jié)約手術(shù)時(shí)間，提高安全性。在“骨盒子”內(nèi)手術(shù)，可使用無(wú)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(dòng)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(huì)發(fā)生這類結(jié)構(gòu)移動(dòng)，導(dǎo)航手術(shù)系統(tǒng)就應(yīng)選實(shí)時(shí)手術(shù)成像為宜。

最后必須強(qiáng)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(shí)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(duì)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)