導航手術在頭頸腫瘤切除及重建中的臨床應用*

閆志偉，李歡，楊子檜，孫楊，楊向明，王維戚，楊新杰，楊耀武，魏建華

710032 西安，空軍軍醫(yī)大學 軍事口腔醫(yī)學國家重點實驗室(閆志偉、李歡、楊子檜、孫楊、楊向明、王維戚、楊新杰、楊耀武、魏建華);710032 西安，空軍軍醫(yī)大學第三附屬醫(yī)院 口腔疾病國家臨床醫(yī)學研究中心(閆志偉、李歡、楊子檜、孫楊、楊向明、王維戚、楊新杰、楊耀武、魏建華);710032 西安，空軍軍醫(yī)大學第三附屬醫(yī)院 陜西省口腔疾病臨床醫(yī)學研究中心(閆志偉、李歡、楊子檜、孫楊、楊向明、王維戚、楊新杰、楊耀武、魏建華);710032 西安，空軍軍醫(yī)大學第三附屬醫(yī)院 頜面外科(閆志偉、李歡、楊子檜、孫楊、楊向明、王維戚、楊新杰、楊耀武、魏建華)

手術切緣是影響腫瘤復發(fā)的重要因素之一，盡可能徹底地切除腫瘤是治療成功的關鍵[1]。頭頸部涉及多個解剖區(qū)域，組織結構復雜，毗鄰或涉及重要的神經、血管等，且與呼吸、吞咽及發(fā)音等多種功能密切相關。頭頸部腫瘤往往引發(fā)患者功能障礙及外貌畸形，而傳統(tǒng)治療視野的局限導致手術難度大、功能影響廣、挑戰(zhàn)性高，任何不當處理都可造成嚴重的并發(fā)癥，甚至危及患者的生命[2]。因此，為了減小手術創(chuàng)傷，加快頭頸部功能及外形的恢復，術區(qū)邊界準確定位對頭頸部腫瘤手術效果起著關鍵性的作用[3-4]。達到手術精確、微創(chuàng)、直觀和恢復理想的功能與外形，就需要精細的術前設計、準確的術中控制和可期的術后預測。

隨著科技進步，計算機輔助外科技術為外科手術的發(fā)展開辟了一個嶄新的領域。計算機輔助導航手術(computer assisted navigation surgery,CANS)可在術中隨時了解手術器械、病變及與患者解剖結構的關系，突破傳統(tǒng)外科手術在三維空間及手術視野上的局限性，幫助術者更精確、更安全地進行多種復雜手術，CANS在外科手術方面具有許多不可替代的優(yōu)越性，因其精準、安全、低輻射等特點使其在臨床實踐中逐漸得到廣泛應用[5]。

CANS是術前醫(yī)學影像與計算機輔助定位的完美結合，可為外科醫(yī)師提供術前規(guī)劃標記，術中立體可視化定位和器械位置實時顯示。術者可據(jù)此盡可能地追蹤病變，嚴格遵從腫瘤切除原則及術前設計，提高手術操作的精確度，在安全的邊界內切除病變組織，以減少重要神經、血管的損傷，進而降低手術創(chuàng)傷及風險，達到術后快速康復，降低術后并發(fā)癥發(fā)生率[6]。本文主要回顧CANS在我院頭頸部腫瘤切除及重建治療中的應用，將其臨床作用及現(xiàn)階段面臨的問題進行分析。

1 病例資料與方法

1.1 病例來源

本文所述病例均收集自空軍軍醫(yī)大學口腔醫(yī)院頜面腫瘤外科2014～2017年收治的9例頭頸腫瘤患者，其中男性6例，女性3例;顱底腫瘤3例，骨纖維異常增殖癥2例，骨瓣重建4例。所有病例術中均釆用計算機輔助導航技術輔助手術。

1.2 方法

獲取患者影像資料經計算機輔助描記后，三維評估，術中通過導航引導手術切除，術中評估腫瘤實際位置、范圍與術前標記的符合程度，術中以冰凍切片檢測切緣，術后對所有患者進行出血量、并發(fā)癥、術后住院時間及隨訪，評估治療效果。

1.3 導航設備組成

導航設備由下列組件構成(圖1)：1)Kolibri工作站：用于完成CT或MRI圖像處理的計算機與相關軟件；2)頭部定位設備：固定于患者頭部，在手術過程中保持定位頭部位置，保證系統(tǒng)精度的前提；3)攝像頭及移動式攝像支架：導航系統(tǒng)的核心部分，用于快速準確地測量手術器械與結構解剖的關系；4)Kolibri推車：實時顯示手術器械在圖像模型上的位置。

圖1 手術使用的BrainlabKolibri導航系統(tǒng)*

1.4 原理

CANS通過術前CT或MRI圖像，形成二維、三維組織及腫瘤圖像模型，術中建立患者頭頸坐標系、影像構建圖像坐標系、測量的器械位置坐標系的聯(lián)系[7]，實時顯示手術器械和頭頸部解剖的關系，輔助術者準確完成手術預案及操作[8]。導航系統(tǒng)顯示界面除了功能鍵和菜單外,顯示屏幕包括4個主要窗口(圖2)。前3個窗口分別顯示冠狀面、矢狀面和軸位面3個剖面圖像。以十字線表示探針位置。窗口可以根據(jù)實際需要顯示立體模型，或顯示內窺鏡圖像。

圖2 導航系統(tǒng)顯示界面的4個主要窗口

1.5 頭頸腫瘤手術導航基本流程

頭頸腫瘤手術導航基本流程如下(圖3)：1)得到術前CT(層厚0.5 mm)、MRI(層厚0.625 mm) 等影像學信息，存為DICOM格式；2)導入工作站，處理后得到頭頸部及術區(qū)的 2D、3D 模型圖像；3)旋轉及透明化模型圖像，制定優(yōu)化手術路徑；4)全麻起效，全冠切口準備，消毒鋪巾；5)參考架固定于顱骨上，確認反光球陣列與紅外傳感互通；6)按系統(tǒng)提示注冊，實現(xiàn)模型圖像和術區(qū)的交互；7)利用解剖明顯易于定位的結構如切牙近中切點、鼻根等完成點配準；8)將器械相對于術區(qū)解剖的現(xiàn)實坐標與虛擬模型坐標匹配，完成配準；9)誤差在1～4 mm以內完成配準；10)在導航輔助下確定腫瘤的安全切除邊界；11)在導航引導下高效進入術區(qū)；12)進入術區(qū)后術中二次配準；13)在導航輔助下避免重要組織損傷同期完整切除腫瘤及可疑的侵及范圍；14)對切除范圍和設計邊界進行驗證及評價。

圖3 頭頸部腫瘤手術導航流程*

1.6 典型導航驗證病例

1.6.1 骨纖維異常增殖癥導航手術 頜面部骨纖維異常增殖癥患者，將術前影像數(shù)據(jù)，如CT等導入計算機導航系統(tǒng)中，根據(jù)鏡像原理，參考兩側軟組織厚度，進行術前骨切除位置及范圍設計，模擬術后形態(tài)后術中驗證(圖4)。

圖4 骨纖維異常增殖癥患者

1.6.2 顱底腫瘤導航手術 顱底腫瘤患者，為避免腦膜暴露、大出血、重要神經損傷等，將術前影像數(shù)據(jù)，如CT等導入計算機導航系統(tǒng)中，對顱底腫瘤進行細致的定位、了解腫瘤與周圍重要比鄰結構的關系，特別是關于腫瘤邊緣與重要解剖結構間的空間關系，進行術前腫瘤位置及危險區(qū)切除范圍的設計，術中實時對器械到達位置進行三維顯示(圖5)。

圖5 顱底腫瘤患者

1.6.3 骨瓣修復重建恢復咬合導航手術 下頜骨病變患者，為加速患者康復，重建正常的咬合關系，將術前影像數(shù)據(jù)，如CT等導入計算機導航系統(tǒng)中，利用計算機虛擬手術計劃：截骨范圍、與上頜對應咬合關系的下頜位置及下頜升支的正常位置，以咬合為目標，對移植骨段的三維空間關系進行定位，術中實時驗證骨段的位置，并以張閉口及咬合作為最終驗證標準(圖6)。

圖6 骨瓣修復重建下頜骨同期恢復咬合患者

2 結 果

所有患者均按照術前設計順利完成腫瘤切除，術中評估腫瘤實際位置與影像學提示一致，術前多平面標記范圍與術中腫瘤一致。

顱底腫瘤組術中出血量可控，冰凍病例提示1例切緣陽性，其余邊緣皆為陰性，標本切緣顯示僅 3.3% 陽性率。術后正?；謴蜁r間出院，無明顯并發(fā)癥。2例術后2年隨訪未見復發(fā)。

骨纖維異常增殖癥組手術時間及出血量并無顯著減少，但術中磨改標準明確，手術時間可控，術后腫脹可快速消退，術后患者對治療效果及面型改善質量感到滿意。

骨瓣修復重建平均出血最多，1例出現(xiàn)局限性感染，余未出現(xiàn)影響功能及外形的嚴重并發(fā)癥，導航引導下骨瓣精確就位可同期種植義齒，并重建咬合功能成功，節(jié)省患者花費，縮短患者治療時間，患者滿意度極高。

所有患者均正?；謴停樌鲈?表1)。患者隨訪均對治療效果及生存質量感到滿意，達到了較好的治療效果。結果提示導航手術在頭頸腫瘤切除方面有優(yōu)勢，這種差異在深部近重要結構的腫瘤切除術中及精確的組織復位方面表現(xiàn)得尤為明顯。

表1 計算機輔助導航手術患者信息

3 討 論

頭頸部因其特殊的解剖部位，解剖結構復雜多樣，手術治療風險較大，而患者對保留功能和正常外觀的需求較高，臨床治療面臨巨大挑戰(zhàn)[9]。因此,頭頸部腫瘤手術需要對腫瘤進行細致的定位，了解腫瘤與周圍重要比鄰結構的關系，特別是關于腫瘤邊緣與重要解剖結構間的空間關系[10]，以滿足頭頸部腫瘤治療的精度要求。

頭頸部傳統(tǒng)診療模式通過B超、CT、MRI等來確定腫瘤的病變范圍、侵犯程度及與周圍重要組織結構的關系，術前手術規(guī)劃要依靠醫(yī)生的臨床經驗來完成。由于患者個體之間差異，體位移動、腫瘤形變、軟組織牽拉移位等特點，術中難以完全避免對重要組織及周圍血管神經的傷害。同時醫(yī)生術中判斷腫瘤切緣的主要方法是通過觸診、視診及術中冰凍病理，切除過程中難以精確定位腫瘤的邊界，而術中陽性切緣會影響患者的預后，而盲目擴大切除可嚴重影響頭頸部正常的功能，這是腫瘤術后復發(fā)及患者預后不良的原因之一[11]，因此術中客觀評估腫瘤邊緣的方法具有極大的價值。

基于圖像引導的手術導航系統(tǒng)應運而生。導航的概念最早起源于“立體定向神經外科技術”。與常規(guī)手術相比，CANS是數(shù)字化外科的一部分，它通過空間立體導航的精確匹配定位，實現(xiàn)了患者術前影像如 CT、MRI、PET 所得到圖像數(shù)據(jù)資料與人體解剖結構的實時吻合，實現(xiàn)了臨床操作與患者三維重建圖像的交互、實時應用，使術者隨時了解手術器械的位置及與鄰近組織的關系，能夠準確按照術前規(guī)劃完成手術，使以往治療困難的疾病能夠治療，并降低手術風險，有助于提高手術的精確性、減少損傷[12]。

頭頸腫瘤外科則運用其原理對腫瘤區(qū)域復雜的解剖和高風險切除過程進行立體可視化的術中定位操作，以便術者隨時了解手術器械、腫瘤病變范圍與患者解剖結構的關系，能有效降低手術創(chuàng)傷，最大限度地保留患者的功能和外形。近年來多名學者已將導航應用于頭頸部的多種術式中，證明其臨床適用及有效性[13]。意大利學者發(fā)現(xiàn)，腫瘤手術前標記切除范圍輪廓，術者可根據(jù)導航的實時圖像控制切除范圍[14]；而同時切除后的術區(qū)可與標記切除范圍輪廓重疊，可驗證實操手術是否與術前計劃符合。

我們將CANS應用于部分頭頸腫瘤外科手術如骨纖維異常增殖癥、顱底腫瘤、游離骨瓣移植同期種植體修復等的精確定位。醫(yī)生在術中借助手術導航技術，為腫瘤手術、截骨術和缺損修復創(chuàng)造更好的條件和視野，為腫瘤切除、缺損修復重建手術提供了可靠的依據(jù)，結果顯示可顯著提高手術安全性及精確性。

顱底腫瘤治療難點在于顱底包括入顱血管、神經等重要解剖結構，惡性程度較高的腫瘤，其局部浸潤性很強，與正常的周圍組織相比，腫瘤沒有明顯的界限，且易于沿神經擴散。孫國文團隊[5]開展了 15 例導航輔助鄰近顱底腫瘤手術，其利用導航確定腫瘤與顱底的距離，并觀測進入翼腭管內的神經血管束與腫瘤關系。我們認為顱底腫瘤手術有暴露硬腦膜、神經損傷及腦脊液瘺等風險。實時導航可以測量出腫瘤與重要組織結構的距離，可客觀保持足夠的手術安全邊緣，指導對一定范圍內可疑的神經、肌肉進行術中冰凍活檢，達到安全陰性切緣，進而根據(jù)術前三維標記的位置精確定位截骨線位置，導航引導下分別精確定位每一個截骨平面的位置，保證手術的安全性的同時徹底切除腫瘤，彌補傳統(tǒng)手術中醫(yī)生完全依靠主觀的臨床經驗和外科技能進行手術方案的制定和實施手術，從而提高手術精度，縮短手術時間，實施相對安全的手術。

骨纖維異常增殖癥通常為單側，手術治療以恢復外形為主要目的，因此術前設計可以利用鏡像技術，以通過中線矢狀面作為對稱平面，將健側組織結構及形態(tài)對稱到患側，明確患側解剖結構及其輪廓，從而恢復患側的結構及形態(tài)，達到精確塑形，實現(xiàn)面部對稱。

頭頸部腫瘤切除常導致骨缺損，可引起功能障礙和畸形，需要骨瓣移植修復。導航技術還可輔助骨移植和就位等。頭頸部骨瓣修復手術有利于患者恢復外形，重建咬合功能，但是靠傳統(tǒng)的經驗手術或者導板技術因為無法實時術中驗證，常導致骨位置欠佳影響術后功能及外形恢復。在導航檢查和引導下可將骨段精確復位于術前設計的位置，進行堅固內固定，使得移植骨的實際位置與術前設計完全吻合，精確重建設計目標[15]。彭欣團隊[16]對常規(guī)術式與 BrainLab 導航引導下腓骨瓣修復術之間進行對比，發(fā)現(xiàn)后者術后與術前骨計劃位置更符合，效果更滿意。我們采用導航引導腓骨瓣就位，同期植入種植體，保證了骨瓣修復后上下頜對應的位置，為同期種植義齒的精確就位創(chuàng)造了良好的條件。

我們體會，CANS技術在頭頸-頜面腫瘤外科中可用于：1)術前規(guī)劃模擬，制定手術計劃，便于溝通交流；2)重建術區(qū)病變和術區(qū)解剖結構(如異物、腫瘤、 骨骼等)，顯示適宜的手術路徑；3)實時顯示手術器械與腫瘤的空間位置關系，引導手術器械進路及方向；4)對重要器官和結構識別和保護，及時回避，避免誤傷；5)有效控制腫瘤切除的邊界，在切緣不足和盲目擴大間合理選擇治療范圍；6)重建移植骨或植入物的形態(tài)和空間位置的檢驗和調整，精準復位。

目前的手術導航技術在臨床應用中尚存在以下不足：1)術中精確度誤差尚難達到腫瘤外科醫(yī)生的要求；2)軟組織腫瘤存在結構性漂移，術中的精確度與詳細的參照間存有差異，術中的應用需要一定經驗；3)系統(tǒng)坐標與患者位置相匹配對應時耗時較長(30～40 min)；4)無論何種定位模式，均易受到阻擋，與手術操作相互干擾；5)隨著手術的進行，血液以及唾液等污染參考架上的熒光小球，影響導航的準確性和實時性；6)腫瘤邊界信息的準確與否將嚴重影響導航系統(tǒng)的精度，手工方式勾畫過程的精度受醫(yī)生經驗豐富程度的影響。

頭頸部腫瘤的治療需要涉及診斷、治療和隨訪的多個階段、多個專業(yè)，各時段、專業(yè)間的優(yōu)化協(xié)調和信息自由流動是改善頭頸部腫瘤管理的有效途徑。導航輔助外科已成為頭頸部領域的一種成熟技術[17-18]，導航圖像除了在腫瘤切除中提供一層額外的安全和準確性，后續(xù)重建過程也允許最佳骨移植和組織植入[19-20]，并在后續(xù)的放療規(guī)劃中發(fā)揮作用[21]，如切緣或術中活檢在空間中精確繪制，感興趣區(qū)域屏幕截圖或未來利用特定的空間坐標來定義，使外科醫(yī)生能夠繪制具有臨床意義的危險區(qū)域，允許術后對特定風險區(qū)域進行密切的監(jiān)測，并讓后續(xù)治療方案高效、直觀。

總之，CANS作為上帝視角，突破了術者有限的視覺范圍，可視化腫瘤術區(qū)局部解剖的層層結構。CANS有利于頭頸部腫瘤的安全切除及精確復位，使數(shù)字化技術完美應用于嚴格的手術程序，未來有助于頭頸腫瘤的遠程操作輔助，將在頭頸腫瘤的手術應用中具有越來越大的優(yōu)勢。

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