电磁影像导航系统在神经外科手术中的应用体会
电磁影像导航系统在神经外科手术中的应用体会
发表者：程彦昊 819人已访问
程彦昊[1] 张健 费昶 郭守忠 宋启民
山东省临沂市人民医院南院微创与功能神经外科，276003
本文修改后发表于
《北京医学》 2014年07期 ，版权归本文作者和北京医学所有。
[摘要] 目的 探讨电磁影像导航系统在神经外科手术中的应用价值。方法 应用Compass电磁影像导航系统辅助显微外科手术治疗颅内病变100例，并对导航系统在手术中定位的准确性，使用的安全性和术后治疗效果进行评估。结果 导航平均注册误差1.77±0.84毫米,术中均能准确定位病灶，系统运行良好，无导航系统相关不良事件发生。病灶全切74例,次全切17例，脓肿准确穿刺完全引流5例，血肿完全引流2例，活检2例。术后神经功能未受明显影响，无手术并发症及死亡。结论 电磁影像导航系统能准确引导定位颅内病灶,有助于减少手术创伤,提高手术效果,降低死亡率、病残率,而且使用安全，可靠，是微侵袭神经外科手术的重要辅助工具。
[关键词] 神经导航;微侵袭神经外科;电磁导航
The usefulness of electromagnetic navigation in the neurosurgery
Cheng Yanhao, Zhang Jian, Fei Chang, Guo Shouzhong, Song Qimin
The minimal invasive and functional neurosurgery department of Linyi People’s Hospital
Abstract OBJECT: To investigate the practicality of electromagnetic neuronavigation in routine clinical use. METHODS: Electromagnetic neuronavigation was performed in 100 caes. The operational accuracy,security and reliability was evaluated. RESULTS: The surgical procedures were successful in all cases. The procedure-related morbidity and mortality rate in the series was zero. Neuronavigated image guidance was evaluated as useful in all patients. The tumors and the surrounding structures were located accurately with mean registration error 1.77±0.84mm. Total resection was achieved in 74 cases, subtotal resection in 17 cases, There are 5 cases of abscess, 2 cases of hematoma treated with puncture and drainage, and 2 patients treated with biopsy. The postoperative neurological functions were not significantly affected. No morbidity and mortality attributed to the use of neuronavigation system.
CONCLUSION: Application of electromagnetic neuronavigation enables safe, accurate surgery, and may ultimately reduce complications and improve outcome. It has security and reliability，and provided useful assistance in minimal invasive neurosurgery.
Key words: neuronavigation minimal invasive neurosurgery electromagnetic neuronavigation
神经导航是微侵袭神经外科的重要组成部分，其能够对病灶进行精确的定位，有助于合理选择最佳手术路径、并提供术中接近于实时的导航，不但利于病灶的全切除，而且有效地减少了手术损伤和术后并发症[1, 2]，从而改变了传统开颅的手术模式。[21] 自2010年3月至2013年2月，我们应用导航辅助显微手术治疗颅内病灶100例，取得较好疗效，现报道如下。
资料与方法
一、一般资料
本组100例，男性42例，女性58例。年龄9～70岁，平均42.1岁。病灶部位:额叶29例，顶叶28例，颞叶24例，枕叶6例，丘脑3例，侧脑室三角区5例，胼胝体2例，眶尖区2例，颅骨板障（颞、枕多发）1例。病理诊断：星形细胞瘤39例，脑膜瘤30例 ，海绵状血管瘤22例 ，嗜酸性肉芽肿1例，骨纤维增殖症1例。另有5例脑脓肿（临床和细胞学诊断）和2例脑内血肿（临床诊断）。病灶直径0.8～5.6厘米，平均3.7厘米。患者主要临床表现有头痛、呕吐、肢体麻木无力及癫痫发作等。
二、手术方法
(1)术前准备 手术前1天或手术当天将4～6枚头皮标志贴(marker)分散贴在头皮不易移动的部位，根据病灶性质选择行头颅CT、MRI扫描，扫描要求连续轴位扫描，层厚0.625～3毫米。影像资料通过光盘导入导航工作站，进行扫描部位的三维重建，形成立体模型，设计个体化的手术方案。
(2)术中注册 病人全麻后头颅用Mayfield头架固定，磁场发射器连接固定在头架。用导航探针逐一注册marker，根据病灶大小和深度控制注册误差在2.5毫米以内。注册后用导航探针点鼻根、眼内眦、外眦、耳廓等解剖标志及marker以检测注册准确性。注册成功后在头皮描出病灶投影，设计切口及路径。然后去除marker、术区消毒、根据手术需要更换无菌电磁信号接收器（吸引器或穿刺针）。
(3)手术方法 根据病灶的大小、位置和深度选择个体化的头皮切口和骨瓣。通过导航引导，显微镜下选择合适的范围切开脑沟或脑皮质，分离显露病灶。较小的病灶从边缘钝性分离予以切除;较大的病灶则先导航下标记出边界，再进行瘤内切除减压，最后从病灶边缘分离予切除。在切除肿瘤的过程中随时用导航来判定手术到达的部位以及与病灶边界的距离，尽可能全切病灶而不伤及周围脑组织。术后严密止血、缝合硬膜、固定骨瓣，结束手术。
(4)对于9例应用局部麻醉的病例（脓肿穿刺5例，血肿穿刺2例，活检2例），术前准备同上，入手术室后用Mayfield头架（头钉更换为海绵垫[2]）固定患者头部。导航注册后选取合适穿刺点，应用我们自行设计并委托美国COMPASS公司生产的导航针作为脑室引流管的管芯进行局麻穿刺手术（图1）或者用活检针实施穿刺取标本。
结果
本组病例导航平均注册误差1.77±0.84毫米，术前计划用时平均14分钟（第1例至第10例术前计划平均用时23.4分钟，第11例至第100例术前计划平均用时13.0分钟）。术中导航定位准确，所有病例均一次性直接找到病灶并有效引导进行切除、引流或取材等操作。本组病例病灶全切74例，次全切17例，脓肿准确穿刺完全引流5例，血肿穿刺引流2例。有2例为活检取标本送检病理，这2例均为额叶深部病变，影像科讨论后仍然不能提供定性诊断，术后病理分别证实为胶质母细胞瘤和星形细胞瘤3级，病理结果回报后一例选择放疗（星形细胞瘤3级的患者），另一例选择姑息治疗。所有病例术后神经功能未受明显影响，无导航相关手术并发症及死亡。
讨论
神经导航技术的临床应用改变了传统的开颅手术模式，使手术更为精确，减少了手术创伤和术后并发症，同时缩短了手术时间。目前神经导航系统已经在国内许多医院应用，我们使用的是美国Compass 公司生产的Cygnus PFS电磁导航系统，其使用简单方便，定位精确度高。本组神经导航系统辅助手术定位颅内病灶的过程中寻找病变成功率为100%，术前导航系统显示病灶的注册误差为1.77±0.84毫米。
我们体会使用导航手术的优点：有助于个体化的开颅切口及骨瓣的设计；避开脑重要的结构和功能区选择最佳的手术路径；快速准确的找到病灶，减少不必要的探查；确定病灶边界，帮助决定切除范围。
导航系统对个体化的设计手术切口和骨瓣有很大的帮助。对于凸面脑膜瘤的病例，导航注册后即可在头皮标记肿瘤的投影(图2)，同时在设计切口和骨瓣时兼顾硬膜尾征。对于脑实质内海绵状血管畸形，由于其位于脑沟的深处，皮层表面往往正常，不能单凭肉眼识别定位。应用导航系统，可以准确定位至病灶所在的脑沟。本组22例海绵状血管畸形病例，均为在导航下定位至相应脑沟，设计头皮直切口，铣圆形骨瓣，显露病变所在脑沟，镜下显微解剖蛛网膜，从脑沟深入显露病变，进行切除（图3）。由于避免了对周围脑组织不必要的暴露和可能的损伤，大大缩短了住院时间，提高了患者术后的生活质量。
对于胶质瘤的病例，由于肿瘤和脑组织边界不清，镜下常常难以准确确认手术边界。应用导航系统，定位至影像学上尤其是T2Flair像上或强化像上的边界，然后根据病变位置的重要性进行取舍。对于位置深在的肿瘤，或者体积较大、颅压高的病例，剪开硬膜或瘤内切除后会造成肿瘤组织和周围脑组织的移位[3]，所以我们一般在剪开硬膜前，先经导航系统在肿瘤周边应用美蓝进行多点标识，以减少脑移位的影响（图4）。导航下定位重要功能区和血管，识别肿瘤的边界，在保护重要功能区的同时尽量全切肿瘤，有助于延长生存期和提高术后生活质量。
本组有7例应用导航系统对血肿和脓肿等囊性病变进行定位，在局部麻醉下进行血肿、脓肿的穿刺外引流，取得了很好的效果。对本组局麻病人，我们将头架的头钉更换成海绵垫后再用于头部的固定，避免了原来应用头钉所需的局部麻醉，有效减少了病人的痛苦。导航注册后，选择发际内穿刺点，避开重要功能区，应用自行设计的导航针作为脑室引流管的管芯，沿血肿或脓肿的长轴进行穿刺置管，手术后复查CT，均获得满意的定位和治疗效果（图1，5）。[22]
临床上常会见到不能明确病变性质的病例，对其冒然进行手术治疗，或者没有病理结果就对患者实施放疗或化疗是极其不合适的。应用导航系统实施脑活检术获得病理结果，为此类患者明确下一步治疗方案提供了有利条件。本组中的其中一例活检患者，因癫痫发作和轻偏瘫在多家医院就诊，终因不能明确病变性质而无法对其进行更进一步的治疗。我科在局部麻醉下对其实施了脑活检术，取出病理组织化验证实了胶质母细胞瘤的诊断，给患者提供了科学合理的治疗建议。
目前，术中脑漂移仍是影响神经导航系统准确性的难题。神经导航系统采用的是病人术前的影像资料，而不是术中的实时资料，随着手术的进行，脑移位是难以避免的[3]，这必然影响神经导航系统的准确性。另外，误差也是客观存在的，如影像资料本身的误差、注册误差、系统硬件和软件的误差、手术人员操作造成的误差等，通常这些误差综合起来会对导航定位的准确性造成影响[4]。我们通过以下方法来减少误差:①头皮标记至少5个，放置于皮肤相对固定、不易滑动之处，如额顶中线、顶结节、眉弓、乳突根部等部位。②开骨瓣前，在骨窗四周用微电钻钻4个孔，用探针定位注册，可纠正因头架、电磁发射器等移动造成的误差。③手术入路应选择最高点，以减少重力作用下的水平移位。④对需要瘤内切除减压的病例，我们一般在剪开硬膜前先在肿瘤周边应用美蓝进行多点定位。当然，对于有些作者[5, 6]提出的尽量不放脑脊液，不放囊液，不用脱水剂，尽量全切肿瘤以减少脑漂移影响的观点，我们持不同意见。对于微侵袭神经外科来说，开颅后首先充分释放脑脊液，瘤内切除，分块切除等观点仍然需要坚持。根据我们的临床体会，即使存在脑组织移位，参考术前影像尤其是3D重建图像，导航靶点与周围解剖结构相互印证（图6），也能[23] 基本满足手术定位的需要。
目前普遍使用的红外线导航由于术中显微镜或者手术医生对光线的阻挡，手术操作常常被导航定位中断。我们应用的Compass cygnus PFS电磁导航系统，电磁发射器固定在头架上，电磁接收器设计成吸引器，导航时无视觉阻挡问题，不需抬升显微镜和其它设备，对手术操作的连续性没有影响。电磁导航对术中电生理监测设备尤其是术中皮层脑电系统有一定的影响，但电磁发射器支持热启动，可以方便的随时关闭或打开，从而避免了系统间的影响。该电磁导航系统的电磁磁场对手术室内的其他设备没有明显的影响[24] ，手术室内的各种仪器对该系统的准确性也没有影响[7]。
总之，Compass电磁影像导航系统能准确引导定位颅内病灶， 通过个性化的切口，最佳位置的骨瓣，用最小的皮层创伤获得直达脑深部病灶的最佳路径，有助于提高手术效果，减少手术创伤， 改善患者的预后，是微侵袭神经外科手术的重要辅助工具。当然，手术医生丰富的解剖知识和精湛的显微外科操作是进行微侵袭神经外科手术的必要条件。
参考文献
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