計算機導航技術(shù)在復合性眼眶骨折整復術(shù)中的應用

劉 炯，禹政鈺，楊 光，富建明，王 京

0 引言

復合性眼眶骨折是指不僅眼眶眶壁發(fā)生骨折，而且眼眶眶緣也出現(xiàn)骨折[1]，常表現(xiàn)為額-眶骨折、鼻-眶-篩骨折、顴-眶-上頜骨骨折及全眶復合性骨折(同時發(fā)生前面描述兩型以上的骨折)等，是顱頜面骨折的一部分。骨折不僅累及眼眶四壁，產(chǎn)生眼球內(nèi)陷和嚴重的視功能障礙，而且造成眼眶周圍臨近骨的塌陷及錯位，導致嚴重的面中部畸形。復合性眼眶骨折手術(shù)難度大、時間長，常涉及頜面外科、口腔科、耳鼻喉科、腦外科等相關學科，其畸形整復是臨床上的難點[2-3]。近年來，計算機導航輔助手術(shù)技術(shù)(computer navigation assisted surgery)迅速發(fā)展，廣泛應用于脊柱外科、關節(jié)置換、腫瘤治療、神經(jīng)外科、頜面外科、耳鼻喉科等領域，使手術(shù)安全性及精確性得以大幅提高，我們也嘗試將其引入輔助復合性眼眶骨折整復手術(shù)中，獲得了一些經(jīng)驗。

1 對象和方法

1.1對象回顧性分析我院2014-01/2018-03收治的復合性眼眶骨折患者19例19眼，其中顴-眶-上頜骨復合骨折9眼，鼻-眶-篩骨折6眼，額-眶骨折2眼，全眶骨折2眼；男14例14眼，女5例5眼；年齡17～49(平均29.73±4.51)歲。所有患者均在計算機導航系統(tǒng)輔助下行眼眶骨折整復及眶內(nèi)填充物植入術(shù)。

術(shù)前所有患者均有眼球內(nèi)陷，其中患眼眼球突出度較健眼低2～3mm者9眼，低4～5mm者8眼，低6mm及以上者2眼。術(shù)前10眼存在眼球運動障礙，其中Ⅰ級6眼，Ⅱ級3眼；Ⅲ級1眼(判別標準[4]：0級：眼球運動完全不受限；Ⅰ級：眼球向一個或多個方向極限運動時受限；Ⅱ級：眼球不固定，向一個或多個方向移動時明顯受限；Ⅲ級：眼球固定)。術(shù)前有13眼存在不同程度復視，其中Ⅰ級5眼，Ⅱ級6眼；Ⅲ級2眼[判別標準[4]：0級：無復視；Ⅰ級：周邊視野復視(>15°)；Ⅱ級：正前方及閱讀位(<15°)無復視，其余方向復視；Ⅲ級：正前方及閱讀位(<15°)復視]。術(shù)前4眼存在眶下神經(jīng)支配區(qū)感覺障礙，表現(xiàn)為傷側(cè)下瞼、面頰、上唇皮膚及牙齦黏膜感覺遲鈍或減退。所有患者均簽署知情同意書,經(jīng)醫(yī)院倫理委員會審批通過。

1.2方法本研究中采用紅外線被動誘導計算機導航系統(tǒng)(Vector Vision Cranial/ENT 系統(tǒng))及iPlan Cranial/ENT導航軟件進行輔助手術(shù)設計及輔助導航手術(shù)操作。

術(shù)前1d采集患者眼眶CT影像資料(水平位及冠狀位)，層厚2mm，輸入導航系統(tǒng)，以健眼為標志，利用鏡面原理對患眼進行三維重建，構(gòu)建患者眼眶及周邊頜面結(jié)構(gòu)的三維立體重建模型，在此模型上進行術(shù)前設計，熟悉骨折形態(tài)及相鄰組織解剖關系，標注重要解剖結(jié)構(gòu)位置及深度，確定手術(shù)入路、預定骨折塊移動復位的方向及固定位置，預設眶內(nèi)填充物植入位置及深度，避免傷及重要神經(jīng)血管，預計恢復眼球突出度程度，進行手術(shù)演練，最終確定手術(shù)方案，并將上述設計及圖像保存于導航系統(tǒng)內(nèi)(圖1)。

圖1 術(shù)前導航設計，以健眼為標志，利用鏡面原理對患眼進行圖像的三維重建，醫(yī)生在導航系統(tǒng)上進行術(shù)前設計，確定手術(shù)入路，預計植入填充物位置及深度，確定手術(shù)方案。

術(shù)中先進行患者示蹤器、手術(shù)工具、眼眶及眶周解剖標志參考點注冊及配準(指將患者的實際解剖結(jié)構(gòu)與虛擬三維影像融合的過程)。患者頭面部消毒鋪單，將導航用顱頂參考架(患者示蹤器)以顱骨釘牢固固定于顱頂，導航系統(tǒng)捕獲并識別其發(fā)射的信號，將其作為基準參考點，進行注冊及配準，建立計算機虛擬圖像和患者實際解剖結(jié)構(gòu)兩個系統(tǒng)之間的聯(lián)系。隨后，注冊手術(shù)工具及手術(shù)探針(注冊后可被導航系統(tǒng)識別并顯示在虛擬圖像上，從而進行實時導航手術(shù)操作)。使用導航探針在患者顏面、眼眶周圍進行多個解剖參考點注冊，導航儀接收到各參考點的位置數(shù)據(jù)并與術(shù)前患者的影像數(shù)據(jù)融合對照，進行點匹配和面匹配，將患者的實時眼眶解剖結(jié)構(gòu)與術(shù)前的三維模型疊加整合。導航系統(tǒng)自動測算誤差范圍，若誤差可接受，則患者解剖結(jié)構(gòu)與虛擬模型融合匹配成功，二者的實時關聯(lián)得以建立，可開始進行導航手術(shù)操作(圖2)。

圖2 A:安裝導航用顱頂參考架(患者示蹤器)，顱骨釘固定，進行患者注冊及配準；B:患者注冊及配準，導航系統(tǒng)自動匹配并計算誤差。

所有手術(shù)均與我院口腔科合作完成，按術(shù)前導航設計，先修復頜面骨折，復位眶緣。術(shù)中充分暴露骨折部位，復位疝出的眶內(nèi)軟組織，暴露骨折斷端，在導航系統(tǒng)引導下，移動骨折塊至術(shù)前設計的預定位置，以鈦釘鈦板牢固固定；對眶緣破碎缺損過大者，使用羥基磷灰石復合多孔聚乙烯人造骨板修復眶緣。頜面骨折復位、固定完成后，若患者骨折塊位置移動較大，則于手術(shù)臺上重新攝片，獲取患者當前影像資料，輸入導航系統(tǒng)，修正手術(shù)設計，再在導航系統(tǒng)引導下植入羥基磷灰石骨板，使用導航系統(tǒng)實時監(jiān)測填充物植入的位置及深度，避免壓迫損傷視神經(jīng)及重要血管，并使用導航系統(tǒng)監(jiān)測術(shù)眼眼球突出度，使其較健眼突出2mm左右[5]。復位滿意后，拆除導航用顱頂參考架，分層關閉手術(shù)切口，加壓包扎。術(shù)后靜脈滴注抗生素和糖皮質(zhì)激素3～5d(圖3)。

圖3 A,B:術(shù)中在導航系統(tǒng)引導下，實時監(jiān)測植入填充物的位置及深度;C:術(shù)中使用導航系統(tǒng)監(jiān)測術(shù)眼眼球突出度，使其高度高于健側(cè)眼2mm左右。

2 結(jié)果

導航系統(tǒng)使用情況：術(shù)前利用導航系統(tǒng)進行手術(shù)方案設計及手術(shù)演練平均用時30min。術(shù)中安裝顱頂參考架、注冊導航系統(tǒng)、配準及術(shù)中實時導航操作等用時30～45(平均35.26±6.12)min。導航系統(tǒng)平均注冊誤差小于1mm(系統(tǒng)自動計算)。所有手術(shù)均在導航系統(tǒng)輔助下順利完成，骨折塊均按術(shù)前設計復位，并牢固固定，眶內(nèi)填充物植入位置及深度符合術(shù)前設計，未出現(xiàn)壓迫視神經(jīng)及眶內(nèi)重要血管、組織等并發(fā)癥。導航系統(tǒng)使用順暢，沒有出現(xiàn)影響手術(shù)操作及增加手術(shù)難度的情況。

術(shù)后隨訪6～18(平均10.82±3.47)mo，所有患者術(shù)后CT均顯示骨折復位滿意，固定牢固，眶內(nèi)填充物位置及深度與術(shù)前設計相符，精確度符合術(shù)前設計。所有患者中，14眼眼球內(nèi)陷完全矯正，5眼殘存眼球內(nèi)陷(其中4眼殘存眼球內(nèi)陷1mm，1眼殘存內(nèi)陷3mm)。術(shù)前存在眼球運動障礙的10眼中，術(shù)后7眼恢復正常，3眼好轉(zhuǎn)(其中2眼殘存Ⅰ級運動障礙，1眼殘存Ⅱ級運動障礙)。術(shù)前有13眼存在不同程度復視，術(shù)后10眼完全矯正，2眼改善，1眼無明顯變化。術(shù)前存在眶下神經(jīng)支配區(qū)感覺障礙的4眼，經(jīng)給以神經(jīng)營養(yǎng)藥物治療后，均于術(shù)后1～6mo內(nèi)恢復；未出現(xiàn)因手術(shù)導致的醫(yī)源性眶下神經(jīng)支配區(qū)感覺障礙病例。所有患者均未出現(xiàn)術(shù)后視力明顯下降或視力喪失、眶內(nèi)出血等嚴重并發(fā)癥。

3 討論

復合性眼眶骨折除眶壁發(fā)生骨折導致眼球內(nèi)陷和復視外，還有眶緣的骨折移位及眶周骨塊的畸形，其治療首先要復位移動的眶周骨塊，重建完整的眶緣，然后修復眶壁，恢復眼眶的解剖外形和正常容積，再還納疝出的眶內(nèi)容物，恢復眼球位置，治療的關鍵在于精確重建眶壁以及正確植入眶內(nèi)填充物。整復手術(shù)難度大、時間長，常涉及頜面外科、口腔科、耳鼻喉科、腦外科等相關學科。同時，由于成人眼眶是一個近似錐形的狹小骨腔，其內(nèi)容納眾多重要組織，包括眼球、眼外肌、密集分布的血管神經(jīng)、軟組織、筋膜等，腔隙狹小、功能重要。眼眶骨折整復術(shù)中術(shù)野暴露困難，手術(shù)器械使用空間受限，術(shù)中眼眶填充材料植入的位置及深度難于估計，容易損傷眶內(nèi)重要血管導致眼眶內(nèi)出血、眶壓升高，直接或間接損傷視神經(jīng)導致視力喪失，損傷或夾持眼外肌導致復視矯正不理想或術(shù)后復視加重以及眶內(nèi)填充物植入位置、容積不當導致眼球內(nèi)陷、眼位矯正不理想等嚴重并發(fā)癥。

如何改進手術(shù)方法，減少并發(fā)癥，提高手術(shù)安全性，是目前急需解決的問題。如果能在術(shù)中擴大術(shù)者可視范圍，使手術(shù)器械能在狹小的空間中靈活應用，引導指示填充物植入位置深度，避開重要組織結(jié)構(gòu)，同時提前預計填充物所增加的眶容積，并于術(shù)中實時監(jiān)測手術(shù)進程及眼球突出度改變等，將能大幅度降低手術(shù)難度，增加手術(shù)安全有效性。而計算機導航輔助手術(shù)恰好可以達到此目的。計算機導航技術(shù)的基本原理與全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)類似：首先需要確定一個或多個位置固定的參考點，然后獲取觀察目標與上述參考點之間的方向及距離的相對關系，通過計算整合，確定觀察目標相對于各個參考點在三維空間中的實際位置及運動軌跡，從而實時追蹤其運動狀態(tài)，引導手術(shù)，達到導航的目的。導航系統(tǒng)可通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，將患者真實解剖結(jié)構(gòu)與虛擬影像模型結(jié)合起來，術(shù)前可進行設計演練，術(shù)中可使原本狹小的手術(shù)空間及復雜的解剖結(jié)構(gòu)清晰顯現(xiàn)，實時引導手術(shù)，提高手術(shù)的精確度及安全性[6-13]。近年來，計算機導航技術(shù)在輔助骨科手術(shù)方面發(fā)展迅速，國內(nèi)外也已逐漸開展將其應用于眼眶骨折手術(shù)的研究，并獲得了良好的療效[6-17]。

我們的研究表明，在復合性眼眶骨折整復術(shù)中，使用計算機導航輔助手術(shù)具有如下優(yōu)點：(1)由于眼眶是一個近似錐形的骨腔，周圍的頜面骨均為堅硬骨質(zhì)，顏面部軟組織相對較少且菲薄，可移動度小，所以眶周及眶內(nèi)組織結(jié)構(gòu)容易被CT、MRI等醫(yī)學影像設備清晰準確地反映，易于三維重建；同時，眼眶及眶周骨組織有多個明確的解剖標志可作為導航定位標記引導導航操作；眼眶及眶周的骨組織結(jié)構(gòu)堅實，不會因手術(shù)操作而發(fā)生形變；術(shù)中固定骨折塊的鈦釘、鈦板以及眶內(nèi)填充物的位置、深度亦可通過眼眶骨骼標志和醫(yī)學影像準確顯現(xiàn)。這些特點均有利于計算機導航系統(tǒng)準確顯像及精準導航引導手術(shù)。(2)術(shù)前可利用導航系統(tǒng)建立患者顏面及眼眶三維模型，各方位立體地顯示復合性眼眶骨折的形態(tài)、骨折塊的位置及與周圍組織的相對關系，標記重要的血管神經(jīng)。術(shù)者可在導航工作站上使用三維重建模型熟悉患者的創(chuàng)傷特點，設計手術(shù)入路，拖動骨折塊復位、確定其固定位置、計算眶內(nèi)填充物的形狀體積、預設填充物植入位置及深度、避免損傷重要神經(jīng)血管，做出手術(shù)方案，進行手術(shù)演練。(3)手術(shù)中可通過導航定位跟蹤系統(tǒng)，將患者實際解剖結(jié)構(gòu)與三維模型匹配融合，在屏幕上多畫面、多角度實時顯示患者解剖結(jié)構(gòu)關系、病變部位以及重要的血管神經(jīng)，擴大術(shù)野，使原本直視手術(shù)中難以暴露的手術(shù)部位清晰顯現(xiàn)；并實時顯示注冊后的手術(shù)器械及眶內(nèi)填充物進入的方位、深度、移動軌跡；同時顯示術(shù)前設計方案，實時對比，引導手術(shù)操作，可有效避免損傷眶內(nèi)重要的血管神經(jīng)，并引導填充物準確定位，提高手術(shù)精度，增加手術(shù)安全性。術(shù)中亦可實時監(jiān)測眼球突出度，使眼球內(nèi)陷的矯正更加理想。

研究中，我們也發(fā)現(xiàn)計算機導航輔助手術(shù)仍存在一些問題：(1)術(shù)中導航系統(tǒng)的安裝、注冊配準過程需耗費一定的時間，導致手術(shù)時間延長；隨著術(shù)者手術(shù)經(jīng)驗的提高，此過程可明顯縮短。(2)導航系統(tǒng)的準確度問題[18-20]：由于導航技術(shù)相對不完善性，導航系統(tǒng)本身存在的誤差、定位的精確性、軟組織變形、可移動結(jié)構(gòu)導航的實時性等都是導航手術(shù)中需要關注的問題。其中，定位精確性可通過選擇更適當?shù)呐錅史椒芭錅蕵酥军c以及導航系統(tǒng)信號采集處理技術(shù)不斷提高而改善。但是，組織形變是一個必須考慮的限制導航手術(shù)應用的重要問題：軟組織由于比較容易被壓縮或發(fā)生水腫或較易移動，而導致術(shù)前獲得的圖像信息并不總能準確表現(xiàn)術(shù)中的組織形態(tài)(即結(jié)構(gòu)圖像漂移)，因此，導航的準確性在軟組織術(shù)中有所降低。但好在眶周及眶內(nèi)軟組織相對較少，可壓縮性不大，眶腔內(nèi)空間有限，軟組織可移動度小，所以我們體會可通過手術(shù)前1d攝片，減少組織水腫變化造成的影響，并且提高影像資料的質(zhì)量，獲得更高清晰度、更準確的影像，同時術(shù)中操作盡量輕柔準確，減少術(shù)中軟組織損傷及移動所導致的結(jié)構(gòu)圖像漂移。對于骨性組織，由于復合性眼眶骨折手術(shù)中頜面骨折復位及眶緣重建完成后，患者的骨性結(jié)構(gòu)位置會與術(shù)前不同，也會導致結(jié)構(gòu)圖像漂移，這就需要在術(shù)前設計時多方位、多角度準確設計骨塊移動的方向位置，標記多個解剖標志點，做好手術(shù)演練；術(shù)中隨時對比設計方案，移動復位骨塊時實時監(jiān)測解剖標志點的移動情況，使之與術(shù)前設計重合，完成準確復位。也可在眶緣重建完成、骨折斷端固定滿意后，行臺上攝片，再將實時影像學資料輸入導航系統(tǒng)，與原手術(shù)設計方案進行對比分析，修正后再進行實時導航操作。目前，國外亦有研究報道[21-23]，可于術(shù)中行實時CT，并以此為基礎進行實時導航，獲得良好效果。通過上述措施，可將導航誤差減至最低，手術(shù)安全精確。另外MRI可良好顯示軟組織形態(tài)，在實時導航中甚至可能解決結(jié)構(gòu)圖像漂移的問題，近年來，有學者在現(xiàn)有手術(shù)導航系統(tǒng)基礎上發(fā)展出一種基于CT或MRI數(shù)據(jù)的三維增強現(xiàn)實系統(tǒng)，精確度極高，運用裸眼立體成像技術(shù)，實現(xiàn)虛擬數(shù)據(jù)與現(xiàn)實場景的高度融合，極大地提高了手術(shù)精度與效率，有著較大的發(fā)展空間[24-25]。

總之，我們的使用經(jīng)驗表明將計算機導航技術(shù)應用于復合性眼眶骨折整復術(shù)，可實現(xiàn)術(shù)前手術(shù)設計演練，術(shù)中動態(tài)跟蹤、實時導航，可以顯著提高手術(shù)的精確性與安全性，降低手術(shù)并發(fā)癥，術(shù)后效果滿意。