電磁導航在神經(jīng)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(yī)院，山東 威海)

0 引言

目前神經(jīng)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(fā)癥[1][2]，從而在神經(jīng)外科領域被廣泛使用。神經(jīng)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(tǒng)的導航方式，存在著術中顯微鏡或者手術醫(yī)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(jīng)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(xù)性沒有影響等特點被進一步推廣[3]?；仡櫺钥偨Y(jié)磁導航的原理、與紅外導航的對比及在神經(jīng)外科的主要應用領域，分析其優(yōu)缺點，并進行對未來的展望。

1 電磁導航技術的原理及現(xiàn)狀

電磁導航技術主要由超導磁體系統(tǒng)、立體定向成像系統(tǒng)、人機交互控制系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、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(jù)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(jié)構的具體位置，從而最大限度的避開危險區(qū)，動態(tài)顯示手術進程，在最短的時間內(nèi)到達目標區(qū)域，大大減少病人的失血量與手術創(chuàng)傷以及并發(fā)征，完成真正意義上的微創(chuàng)手術。

1986 年第一臺通過框架確定腦組織結(jié)構的空間位置的神經(jīng)外科手術導航系統(tǒng)誕生，1992 年美國醫(yī)生Dr.Richard 發(fā)明通過紅外線跟蹤定位手術器械的光學導航系統(tǒng)，1996 年最早應用于神經(jīng)外科的電磁導航系統(tǒng)出現(xiàn)。目前比較完善的電磁導航系統(tǒng)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(tǒng)介入手術失敗后需行二次手術的病患，精確定位的優(yōu)點使電磁導航技術在冠狀動脈介入領域上具有明顯的優(yōu)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(jié)節(jié)的診斷價值進行了比較，發(fā)現(xiàn)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(jīng)驗進行總結(jié)分析，在國內(nèi)首先把電磁導航系統(tǒng)應用于顱內(nèi)腫瘤的切除手術。

2 神經(jīng)外科手術中磁導航較光學導航的優(yōu)勢

光學導航作為傳統(tǒng)的神經(jīng)導航方式，擁有許多優(yōu)點。目前的光學導航技術比較成熟，抗干擾能力強，信號穩(wěn)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(tǒng)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(tǒng)較光學導航的優(yōu)勢表現(xiàn)在：①體積小巧、移動方便。單人即可完成設備準備及調(diào)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(qū)均位于磁場中，而不發(fā)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(diào)整器械方向，節(jié)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(tǒng)間的影響。對手術室內(nèi)的其他設備沒有明顯的影響，手術室內(nèi)的各種儀器對該系統(tǒng)的準確性也沒有影響。⑤無需參考環(huán)境安裝及調(diào)試，術中無視野阻隔，降低感染率，最重要的是降低系統(tǒng)性影像漂移的發(fā)生率[9]。

3 磁導航在神經(jīng)外科手術中的應用

3.1 腦血管病變

電磁導航系統(tǒng)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(shù)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(shù)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(jīng)功能，提高患者的生存質(zhì)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(tǒng)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(fā)現(xiàn)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(fā)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(tǒng)在術中可以準確的定位海綿狀血管瘤位置并引導手術，結(jié)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(jīng)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(diào)、三叉神經(jīng)麻痹以及后組顱神經(jīng)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(yōu)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(fā)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(tǒng)對于病灶在顱內(nèi)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(qū)的腦血管等組織的損傷。

3.2 顱內(nèi)占位性病變

電磁導航技術應用于神經(jīng)外科最多的是顱內(nèi)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(tǒng)具有極大的優(yōu)勢。對于位置較深、體積較小的膠質(zhì)瘤、腦轉(zhuǎn)移瘤，以及在顱骨病變?nèi)笔Ч切越馄蕵酥緯r，磁導航系統(tǒng)的應用能確定顱內(nèi)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(jié)果顯示：術中腫瘤偏離手術區(qū)域的發(fā)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(jīng)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(fā)現(xiàn)在導航系統(tǒng)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(jié)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(nèi)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(nèi)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(nèi)占位性切除只要在手術中減少對功能區(qū)腦組織的牽拉，注意操作微創(chuàng)化，并結(jié)合電磁導航系統(tǒng)和術中B 超的充分應用，多數(shù)顱內(nèi)占位性病變切除后神經(jīng)功能都能得到極好的恢復。

3.3 顱腦內(nèi)穿刺

顱腦內(nèi)穿刺在神經(jīng)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(yī)源性損傷的發(fā)生，電磁導航對顱腦內(nèi)穿刺的輔助擁有絕對性的優(yōu)勢，顱腦內(nèi)血腫、膿腫的引流，經(jīng)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(tǒng)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(jié)果顯示在電磁導航輔助下的雙側(cè)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(tǒng)對腦膿腫5 例及腦內(nèi)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(jié)果顯示患者術后完全康復率為93.5%，1 例出現(xiàn)術后腦膿腫復發(fā)，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(jié)：(1)有明顯的占位效應，膿腫直徑＞2.5cm；(2)位于功能區(qū)的腦膿腫；(3)體質(zhì)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(jīng)導航系統(tǒng)下引流術與傳統(tǒng)腦室引流術輔助的精準度，證實了電磁導航系統(tǒng)下?lián)碛懈叩臏蚀_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(nèi)的關鍵的結(jié)構和功能區(qū)域，準確定位穿刺位置，減少術中探查的損傷。

3.4 與神經(jīng)內(nèi)鏡配合

神經(jīng)內(nèi)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(fā)癥少的優(yōu)勢，但也存在局限：①二維圖像缺乏縱深感；②內(nèi)鏡下的解剖結(jié)構與常規(guī)顯微解剖有所不同，經(jīng)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(jīng)內(nèi)鏡與電磁導航結(jié)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(jié)合內(nèi)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(jīng)內(nèi)鏡結(jié)合電磁導航技術，行經(jīng)鼻入路治療顱前窩的腦脊液鼻漏，避免了常規(guī)開顱手術帶來的創(chuàng)傷及并發(fā)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(jié)論：計算機引導內(nèi)鏡下經(jīng)單鼻孔蝶竇人路手術為外科醫(yī)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(jié)

綜上所述，電磁導航手術具有以下優(yōu)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(nèi)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(nèi)的關鍵的結(jié)構和功能區(qū)域，減少探查帶來的損傷；④與神經(jīng)內(nèi)鏡結(jié)合可以擴大手術適應癥，避免常規(guī)開顱手術帶來的創(chuàng)傷及并發(fā)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(xiàn)高精度無遮擋的穩(wěn)定定位是待解決的問題，但隨著磁場發(fā)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(jīng)外科導航的主要手段。