電磁導航在神經外科手術中應用的研究進展

田偉，韋毅，劉濤，王志浩，叢海波

(威海市中心醫院，山東 威海)

0 引言

目前神經導航因為其可對病灶進行精確的定位、有助于合理選擇最佳手術路徑、有效地減少了手術損傷和術后并發癥[1][2]，從而在神經外科領域被廣泛使用。神經導航主要分為紅外導航及電磁導航兩種。紅外導航作為傳統的導航方式，存在著術中顯微鏡或者手術醫生對光線的阻擋，手術操作常常被導航定位中斷的顯著問題。然而電磁導航作為新生的神經導航技術在導航時無視覺阻擋問題，不需抬升顯微鏡和其他設備，對手術操作的連續性沒有影響等特點被進一步推廣[3]?；仡櫺钥偨Y磁導航的原理、與紅外導航的對比及在神經外科的主要應用領域，分析其優缺點，并進行對未來的展望。

1 電磁導航技術的原理及現狀

電磁導航技術主要由超導磁體系統、立體定向成像系統、人機交互控制系統、供電系統、介入式手術器械等部分組成。術前將病人的影像信息(CT、MRI 等)輸入到工作站中，工作站重建出病人的三維模型影像，術中依據GPS 定位原理，通過電磁跟蹤精確定位手術器械相對病人解剖結構的具體位置，從而最大限度的避開危險區，動態顯示手術進程，在最短的時間內到達目標區域，大大減少病人的失血量與手術創傷以及并發征，完成真正意義上的微創手術。

1986 年第一臺通過框架確定腦組織結構的空間位置的神經外科手術導航系統誕生，1992 年美國醫生Dr.Richard 發明通過紅外線跟蹤定位手術器械的光學導航系統，1996 年最早應用于神經外科的電磁導航系統出現。目前比較完善的電磁導航系統主要有：美國GE 公司的InstaTrakENTrak 3000 電磁影像導航、德國富德Fiagon 電磁導航、加拿大NDI 公司Aurora 電磁定位導航等。

電磁導航技術已在心血管介入、支氣管鏡、脊柱外科手術等方面頗有建樹。Mischke 等[4]報道了對于具有復雜冠狀動脈血管病變或傳統介入手術失敗后需行二次手術的病患，精確定位的優點使電磁導航技術在冠狀動脈介入領域上具有明顯的優勢。EBERHARDT 等[5]對電磁導航支氣管鏡和支氣管鉗夾活檢對孤立性肺外周結節的診斷價值進行了比較，發現電磁導航可以提高支氣管穿刺診斷率。PatrickHahn 等[6]利用電磁導航技術放置椎弓根螺釘，對椎弓根鏍釘植入表示滿意。彭玉平等在2002 年對12 例顱腦腫瘤患者應用電磁導航手術治療的經驗進行總結分析，在國內首先把電磁導航系統應用于顱內腫瘤的切除手術。

2 神經外科手術中磁導航較光學導航的優勢

光學導航作為傳統的神經導航方式，擁有許多優點。目前的光學導航技術比較成熟，抗干擾能力強，信號穩定，對手術室的其他設備沒有明顯影響，且成本較低[7]，然而光學導航系統具有體積龐大、設備笨重、視覺阻擋等不利因素，電磁導航系統較光學導航的優勢表現在：①體積小巧、移動方便。單人即可完成設備準備及調試工作，大大緩解手術室空間不足的壓力，便于手術間設備傳遞。②整個術區均位于磁場中，而不發射磁場信號的物體不成像，無信號阻擋，術中使用方便。術中不需反復調整器械方向，節省了手術時間。③精確性較好，以計算機控制代替人工手動控制，提升了操作的簡易性和準確性[8]。④支持熱啟動，可以隨時關閉或打開，從而避免了系統間的影響。對手術室內的其他設備沒有明顯的影響，手術室內的各種儀器對該系統的準確性也沒有影響。⑤無需參考環境安裝及調試，術中無視野阻隔，降低感染率，最重要的是降低系統性影像漂移的發生率[9]。

3 磁導航在神經外科手術中的應用

3.1 腦血管病變

電磁導航系統在腦血管病變中主要用于腦動靜脈畸形、海綿狀血管瘤及腦動脈瘤等病變中。多數AVM、腦動脈瘤等腦血管病的都是電磁導航輔助手術適應癥。腦動脈靜畸形擁有極高的出血風險，其出血死亡率占15%[10,11]。因此對于腦動靜脈畸形需要及時的予以治療，目前手術切除為大多數腦動靜脈畸形治療的首選方案。電磁導航輔助下的腦動靜脈畸形手術能夠最大限度地切除畸形團，盡可能地保護神經功能，提高患者的生存質量，同時確保順利尋找病灶，減輕病灶周圍的腦組織損傷，提高手術療效。李冰等人在將采用電磁導航系統以及術中B 超輔助下的腦動靜脈畸形患者23 例與未使用相關設備的患者18 例進行對比。發現輔助組的患者畸形全切除率都較未輔助組得到提升，而且術后障礙發生率也有效降低[12]。楊立斌等人利用電磁導航對9 例動靜脈畸形患者行病灶切除手術，術中病變定位成功率達100%，術后利用證實病灶被完全切除，所有患者術后3 月皆完全恢復，證實了電磁導航對腦靜脈畸形病灶切除的準確性[13]。電磁導航系統在術中可以準確的定位海綿狀血管瘤位置并引導手術，結合腦溝入路“以及鎖孔”開顱能極大限度的降低正常腦部血管、神經及其他軟組織的損傷概率[14]。黨俊濤等在導航下對對12 例腦干海綿狀血管瘤進行手術治療，術后病灶全切率達83.3%，長期對其中9 例進行隨訪，其中肢體癱瘓、感覺障礙、共濟失調、三叉神經麻痹以及后組顱神經麻痹等癥狀得到改善明顯。電磁導航對于腦動脈瘤的切除也擁有優勢，在導航輔助下快速定位供血動脈，降低了術中腦動脈瘤破裂的發生率，減少了腦組織缺血壞死的風險，保證了腦動脈瘤切除的安全性[15]。張挺等人在導航的輔助下對大腦前遠端動脈瘤4 例進行夾閉，術后康復率達100%[16]。電磁導航系統對于病灶在顱內的三維空間位置可以進行準確的定位，確保手術中精準的切除病灶，極大地減輕病灶周圍的腦組織損傷，提高手術療效，并能充分減少功能區的腦血管等組織的損傷。

3.2 顱內占位性病變

電磁導航技術應用于神經外科最多的是顱內占位的定位，它能有效的在手術中避免組織的損傷。尤其對于腫瘤的切除電磁導航系統具有極大的優勢。對于位置較深、體積較小的膠質瘤、腦轉移瘤，以及在顱骨病變缺失骨性解剖標志時，磁導航系統的應用能確定顱內病變與周圍血管等軟組織的位置關系以及其的浸潤范圍[17]。孫祥冬等人運用電磁導航及術中實時超聲下對53 例幕上腫瘤進行切除，結果顯示：術中腫瘤偏離手術區域的發生率為0，病灶全切除46 例(86.8%)，次全切加部分切除7 例(13.2%)，除有3 例(5.7%)神經功能較術前惡化，余患者恢復良好[18]。Vanvelthoven 等對374 例腦腫瘤的術前CT、MRI 以及術中超聲顯像進行比較，發現在導航系統配合術中超聲不僅提高對腫瘤定位的準確性，還顯示出腫瘤的結構，對手術切除有重要的意義[19]。郭振宇等在電磁導航的輔助下對37 例顱內腫瘤進行手術，病灶全切除達68%，次切除率為29.7%，一例腦膜瘤病人因顱內出血行二次手術治療。其余病人術后恢復良好[20]。電磁導航輔助下的顱內占位性切除只要在手術中減少對功能區腦組織的牽拉，注意操作微創化，并結合電磁導航系統和術中B 超的充分應用，多數顱內占位性病變切除后神經功能都能得到極好的恢復。

3.3 顱腦內穿刺

顱腦內穿刺在神經外科中應用廣泛，但對穿刺的準確率有很高的要求，穿刺部位及穿刺方向的細微變化都會導致醫源性損傷的發生，電磁導航對顱腦內穿刺的輔助擁有絕對性的優勢，顱腦內血腫、膿腫的引流，經皮穿刺射頻溫控熱凝術(RFT)術中的卵圓孔的穿刺等都是電磁導航系統使用的適應癥。其中卵圓孔的穿刺十分難以掌握。卵圓孔的穿刺通路僅為上下頜骨間的窄小間隙，造成對穿刺精度有著極高的需求。陳敏潔等對卵圓孔穿刺準確性進行對比性研究，結果顯示在電磁導航輔助下的雙側卵圓孔穿刺對比盲穿組的準確性得到明顯提高[21]。程彥昊等應用電磁影像導航系統對腦膿腫5 例及腦內血腫2 例進行穿刺引流，全部患者成功引流，術后恢復良好[22]。馮世宇等回顧性的分析了31 例在導航輔助下進行穿刺引流的腦膿腫病例，術后1 月運用復查MRI 的方法進行評估，并隨訪3 年。結果顯示患者術后完全康復率為93.5%，1 例出現術后腦膿腫復發，1 例術后2 月死亡。從而對腦膿腫病變中導航的適應癥進行了總結：(1)有明顯的占位效應，膿腫直徑＞2.5cm；(2)位于功能區的腦膿腫；(3)體質弱難以接受手術者[23]。李顯偉等在電磁導航下對比性分析了神經導航系統下引流術與傳統腦室引流術輔助的精準度，證實了電磁導航系統下擁有更高的準確性[24]。因此電磁導航的輔助有利于個體化的穿刺口設計，能夠避開顱內的關鍵的結構和功能區域，準確定位穿刺位置，減少術中探查的損傷。

3.4 與神經內鏡配合

神經內鏡具有術野明亮清晰、沒有視野死角、腫瘤切除精確和術后并發癥少的優勢，但也存在局限：①二維圖像缺乏縱深感；②內鏡下的解剖結構與常規顯微解剖有所不同，經驗不足易致定位偏差；③操作空間狹小器械易相互干擾；④鏡頭不易始終保持潔凈影響觀察；⑤止血困難。神經內鏡與電磁導航結合可以避免上述情況給手術帶來的困難，并能擴大手術適應癥[25]。Schroeder 等報道當腦室狹小，病變位于第三腦室后部且室間孔狹窄，采用導航結合內鏡手術取得了良好的手術效果，提高了手術安全[26]。MKosteljanetz等報道采用神經內鏡結合電磁導航技術，行經鼻入路治療顱前窩的腦脊液鼻漏，避免了常規開顱手術帶來的創傷及并發癥[27]。Patel在對比了70 例垂體病變患者的計算機輔助手術后得出結論：計算機引導內鏡下經單鼻孔蝶竇人路手術為外科醫生提供了三維圖像、更大的視覺精度和手術精度、更短的手術時間[28]。

4 總結

綜上所述，電磁導航手術具有以下優點：①提高顱腦手術的安全性，提升切除病灶的準確率，有利于患者的術后恢復；②能確定顱內病變與周圍血管等軟組織的位置關系及其浸潤范圍，有效避免正常組織的損傷；③有利于個體化的穿刺口設計，避開顱內的關鍵的結構和功能區域，減少探查帶來的損傷；④與神經內鏡結合可以擴大手術適應癥，避免常規開顱手術帶來的創傷及并發癥。目前電磁導航雖然具有更高的安全性，但定位精度仍然偏低且容易受到干擾。因此，如何實現高精度無遮擋的穩定定位是待解決的問題，但隨著磁場發射器的小型化、微型化，探測器的自動識別和注冊的精度提高，電磁導航有望成為神經外科導航的主要手段。