第十六章　导航系统在神经外科手术中的应用

神经外科学发展之初，在解剖学和病理结构的确定方面存在两个方向，即解剖学定位策略和通过使用机械装置来精确确定手术入路及目标病变的策略，它们都不依赖于神经外科医生的个人技术。有框架立体定向是基于影像学信息发展而来的立体定向技术，它通过坐标系系统来确定病变部位。这种机器的定位系统在提高了准确性的同时却减少了技术操作的灵活性。尽管有框架立体定向系统通过计算机导航进行交互式影像传递从而提高术中的灵活性，但并没有适合术中神经外科医生的可视定位标志和装置。无框架交互式计算机辅助外科使用的神经导航系统，包括超声定位、CT定位、MRI定位等，它们的应用原理并不是基于坐标系信息的转换，无框架立体定向系统与有框架立体定向系统，即经典立体定向与交互式计算机定位的主要不同点是“框架”。二者的不同还包括：空间定位装置的不同计算方法，无框架立体定向系统的交互式目标的迅速实时显像。

无框架交互式计算机辅助外科的概念是指该导航系统能够进行实时探头位置的显像，而不需要立体定向头架。20世纪80年代中期，对于实现导航外科的所有数学方法和技术设备都已经发展成熟：①具备了实时影像处理数据库的快速计算机。②具备了能够处理高度精确性工业机器人的技术处理器软硬件。③具备了空间位置研究的高技术影像处理程序。以上3种技术的完美组合满足了外科手术的需要，操纵器、数字转换器、机械臂能够确定它们自身的空间位置并把信息转换成图像。1986年，Roberts等将这种技术引入了神经外科手术，他将改进的显微镜应用于导航外科，这种配备在手术区域内的显微镜配有超声发射器和麦克风。计算机根据麦克风传输的数据计算出麦克风的空间位置。在CT、MR显像上选中的目标会投射在显微镜的目镜中，以此来进行术中定位。后来相继出现了磁共振发射器和红外线发光二极管(LED)发射器等设备。1987年Schlondorff等发明了应用于五官科定位的机械臂导航系统。1988年在瑞士Reinges首次运用超声发射器的无机械臂导航系统。

导航技术应用于神经外科最多的是颅内肿瘤的定位，它决定开颅术的类型，并在打开硬脑膜后避免组织损伤。临床应用频率较高的是体积较小、位置较深的胶质瘤、脑转移瘤、海绵状血管瘤，在进行表面皮质手术时导航系统能够描述出低级别星形细胞瘤的边界，在颅骨病变缺失骨性解剖标志时，导航系统的应用能够有效地确定肿瘤的浸润范围以及其与周围血管结构的关系。Wirtz等研究了导航系统在恶性胶质瘤切除术中的应用，其中52例患者接受了导航辅助定位，研究组提高了肿瘤的切除率，平均生存时间18.13个月，相对于只接受传统手术方法的对照组生存时间10.3个月，明显延长了生存时间。当今越来越多的临床研究表明，导航系统只有与其他临床检查技术相结合，才能进一步提高导航应用的临床价值，如导航系统结合术前脑磁波描记术(MEG)后，有助于肿瘤的定位和全切除，减少手术的病死率，提高患者的术后生存质量。Van Velthoven在比较了374例不同病理级别脑肿瘤的术前CT/MRI及术中超声显像以后，发现导航系统在应用术中超声显像时不仅及时更新了数据，提高应用的准确性，而且还能对肿瘤的内部进行更为详尽的表述，并且对于病理学的分级具有提示意义，这对于肿瘤的定位切除有着重要的意义。

因为不存在术中的移位，所以从技术的角度看颅底外科应用导航系统是比较理想的。耳、鼻、喉科医生因此应用导航系统来辅助定位进行相关的手术。对于颅底肿瘤的切除，因为有足够的解剖标志定位，所以使用导航系统可能是不必要的。但导航系统应用的重要性在于对重要解剖结构、颈动脉、脑神经等位置的估计是有帮助的，尤其当这些组织被肿瘤包绕时。Selesnick等在研究经颏面到达第二颈椎的手术入路时，发现导航辅助能够更安全地通过颞骨岩部，减少对内耳结构的损害。在肿瘤复发且颅底结构改变时，导航系统指导的经颅底钻颅术会更加安全，切除病损会更加彻底。

对于组织活检神经导航比机械臂的定位更加方便。对于适应证，连接固定在手术区域的自动拉钩可以把探测器固定。通过光学跟踪器来使用探测器，LED固定器通过移动探测器的金属部分以适应活检的需求。另一适应证并不使用探测器，而是使用带有专门探针固定器的LED。Dorward等为适应活检改进了光学导航探测器。相对于框架定位的计算法来说，无框架导航的优越之处是在视觉控制下实现快速轨道定位和在全身麻醉之前实现影像学数据的采集。

内镜检查的操作多数是根据手术的需要来进行的。如果操作路线需要精心制订，那么导航系统的应用是十分必要的，在第三脑室内，Muacevic等应用导航来选择最佳通过室间孔(Monro孔)的路径以便进行脑室引流术。Schroeder等应用导航选择最佳路径进入导水管。在进行第三脑室壁上囊肿的活组织检查时，导航系统可以通过内镜观察到第三脑室后壁的结构信息，通过它可以选择钻孔或切除样本的最佳位置。行骨窗开颅术时，利用导航可以设计出最佳的手术路线，以期尽量减少皮质功能区的损害。

进行此种操作的概念是运用导航系统对重要皮质功能区的确定和描述，并将信息在CT/MR上形成影像。这对于切除接近语言功能皮质区及皮下区的病损是很有帮助的。应用神经放射学标准对皮质区域进行传统的CT/MR检查时可以发现，如：代表手的中央前回局部解剖图，中央前回较中央后回宽厚。然而，在肿瘤造成的脑水肿和皮质移位情况下，定位是比较困难的。在这种情况下经典的定位方法是进行术中皮质刺激。1909年，Cushing对意识清楚的患者进行了中央后回的感应电刺激。后来，Penfield将这种方法运用于癫痫外科。患者在全身麻醉时可以进行皮质定位，但是在进行语言功能相关区域定位时，患者必须是清醒的。近来，能够采集功能信息的CT/MR运用于导航系统，例如功能性磁共振成像(fMRI)、MEG。Gugino描述配有LED颅内磁共振刺激装置在注册后可以形成具有功能信息的MR影像。应用几个刺激点，就可确定broca区(运动性语言中枢)和中央前回。fMRI是不应用对比剂的影像技术，它把去氧血红蛋白作为内源性参照物来观察脑皮质的活动。脑毛细血管中血液的流动和去氧血红蛋白的集中影响了MRI信号的强度，间接反映了特定脑区域的活动。与传统的磁共振成像相比，fMRI的主要优势是能够研究脑的不同区域并具有认知功能，而且其空间分辨力越高，对于功能区的定位越准确。

应用导航系统进行脑神经的外科手术治疗，典型的适应证包括涉及脑深部结构的疼痛、锥体外系运动紊乱症、特发性癫痫。它运用于癫痫神经外科，可辅助定位，指导硬脑膜下的剥离，在海马内植入脑深部电极，或在导航定位下控制海马回切除的范围。对于多发病损引起的癫痫，联合应用导航系统、脑皮质电流描记法和促发性脑电图会提高手术的准确性和安全性。

应用导航系统引导可进行颅内脓肿引流术、颅内血肿的清除术，经导管病灶内注入抗生素进行局部抗感染治疗，病灶内注入核素进行局部放射治疗。一般来说，应用导航引导的血肿清除术，血肿量的范围在20～40ml。

相对于颅脑外科的应用，导航系统在脊柱外科的应用更有特色。脊髓是非常柔软易移位的，并依赖于患者的体位，因此皮肤标记定位是不可靠的。只有在准备好脊椎骨的特殊解剖标志(包括对称技术和表面对照)时，才能进行注册。坐标系被固定于手术区内，对工作区内的任何移动进行注册，例如螺丝刀等工具必须装备在LED发射源上。导航系统在使用了术中CT或超声显像等技术之后，脊柱导航系统的精确度得到了明显的改善。计算机辅助导航脊柱外科适用于C_1-2关节螺钉固定术，颈椎椎体固定及胸腰椎椎体固定术等，其主要临床应用是胸腰段的螺丝植入术。Merloz等证实，应用导航辅助在体内植入螺丝的误差是9%，无导航辅助的螺丝植入误差是44%。

导航系统的准确度包括：技术准确度、注册准确度、应用准确度。导航的错误包括：计算其自身空间位置的技术错误；由于在导航和立体成像之间信号转换的不准确所导致的注册错误；在手术中由于脑组织的解剖移位所造成的应用错误。关于精确导航的总结，技术设备的错误较低，一般来说在0.1～0.6mm。依赖于影像分辨力和成像可信度的注册错误一般在0.2～0.3mm。应用的准确度是最不可预知的，这依赖于实时显像、脑脊液的泄漏、手术定位等，一般来说在0.6～1.1mm。为减少靶点的漂移程度，通常术前减少甘露醇的用量，术中避免脑脊液的过多丢失，但是术中实时更新导航系统的数据对于神经外科手术是最适合的，超声、MRI/CT提供的即时影像信息可以及时更新导航系统的数据，提高应用的准确度。术中超声显像的缺点是分辨力和影像质量较差，成像模式不适合导航系统的数据更新，但同时也具有及时发现术中的脑移位、低耗时、低成本的优点。术中MRI相对于术中CT分辨力较高，但后者具有移动性好，费用较低等优点，相比较术中MRI，术中CT可以及时发现术中出血。神经导航的应用使神经外科从显微外科发展到微侵袭外科成为可能，使得神经外科手术更加安全、可靠、精确、科学。随着新型科学技术的大量产生，导航设备会进一步发展、完善和成熟，其必将成为神经外科领域中不可或缺的技术设备。

(廉治刚)