影像導航系統在神經外科的應用（application of neuronavigation in neurosurgery）
20世紀中後期，影像引導系統（image guidance）逐漸被引入外科手術過程。由於對高精度的特殊要求，使得影像引導技術被神經外科醫師最早接受並大力發展。20世紀90年代，伴隨現代計算機技術和定位跟蹤技術的發展，連結現代影像技術和顯微神經外科手術技術的橋樑-神經導航系統（neuronavigation）出現，經過短短几年的不斷完善與普及，與同時出現的“鎖孔”手術技術相結合，使神經外科手術觀念發生了質的飛躍，進入了微創手術時代。導航技術使整個手術過程處於影像學資料的虛擬實時監測中，精度在2mm以下，保證以儘可能小的損傷完成病變的切除。
神經導航輔助手術
神經導航系統，全稱為無框架立體定向導航系統，是以強大的計算機技術和圖像處理軟件為核心，利用衛星定位技術的理論，通過紅外線遙感技術獲取術中患者頭部和手術進程的位置信息，對比CT、MR等高清晰度的圖像資料，計算並顯示手術的實時進程、病變準確位置和周圍結構的關係。按照導航設備的物理學原理，可將其分為紅外線導航和電磁導航。神經導航系統是目前最理想的神經外科手術輔助系統。具有以下優點：①在整個手術過程中，導航系統本身一直具有很高的精確性；②由於不斷改進，導航系統的體積不斷縮小，能夠很容易地在手術間擺放；③價格較便宜（相對於術中開放磁共振系統而言）；④可在術前計劃手術入路甚至模擬切除；⑤接口開放。可連接內鏡、雙極、顯微鏡等多種設備；⑥幾乎可應用所有的影像資料，避免術中重複掃描；⑦允許術中影像補償設備（術中開放磁共振、術中超聲波等）提供的影像資料更新；⑧可連接手術機器人及其相應軟件，進行全自動的機器人手術。儘管導航系統仍然是虛擬實時影像跟蹤系統，但由於以上優點，是目前最為理想的神經外科手術輔助系統。
適應證
神經導航系統輔助手術，可廣泛應用於腦血管病、顱腦腫瘤、取病理活組織、異物取出、功能神經外科、脊髓及脊柱病變等。
1、腦血管病
（1）海綿狀血管瘤：是導航的絕對適應證。此種疾病多位於腦實質深部，甚至在腦幹、丘腦等致命部位，有反覆出血史。海綿狀血管瘤在MR及CT平掃資料上多數可清楚顯示。因此，導航系統可精確地引導手術進程，結合“鎖孔”開顱及腦溝入路能最大限度地減少正常腦組織及神經功能的損傷。導航手術的意義在於：制定準確的開顱計劃；確認側裂的位置；最終尋找島葉皮層的確切位置；導航可提供島葉海綿狀血管瘤精確的病灶，以及相關解剖結構的定位，繼而在導航輔助下準確地分離側裂並對島葉皮質進行微創操作，可使病灶安全暴露。值得注意的是：一些非常微小的海綿狀血管瘤出血後，僅殘留機化樣組織，加之手術距出血時間較長，術中鏡下很難與周圍腦組織相區別。因此應以MR作為導航數據，且一定在術前3天內進行CT掃描，以明確出血吸收情況，做到手術時心中有數。
（2）動靜脈畸形（AVM）：是導航的選擇性適應證，其中對於位置較深、體積較小、位於運動區、感覺區、語言區、丘腦及腦幹的AVM，導航可以提供三維影像輔助，減少手術中功能皮層的損傷。對於出血在 1個月內，尚未完全吸收的AVM，應以CT影像作為導航數據。對未出血或出血已經完全吸收的病例，推薦使用強化MR作為導航數據。導航經驗豐富的醫師 可在術前重建出主要的供血及引流血管，對手術有很大幫助。
（3）動靜脈瘻（DAVF）：很多學者認為血管內介入是DAVF的最佳選擇。但介入治療DAVF的可行性和成功率依賴很多因素，如瘻的位置、引流方式以及首發症狀等；並且有相當數量的DAVF，單獨使用血管內介入治療不能取得滿意的治療效果。DAVF的顯微神經外科手術關鍵在於準確辨認病理性血管，隨後小心切除供血動脈和引流靜脈。對小的病灶血管可以電灼，對較大的病灶血管應予以夾閉。近年研究表明，顯微手術治療DAVF 仍然是安全有效的選擇。隨著神經影像學的發展，磁共振動脈造影（MRA）可以很好地顯示 DAVF，特別是對比增強MRA（CEMRA）。應用MRA（TOFMRA）作為掃描影像數據，很容易導入導航工作站，可較好地顯示病理性血管，提供準確定位。影像導航對錶淺DAVF更有意義。
（4）動脈瘤：由於傳統血管造影的圖像不能用於導航系統。因此，導航對於動脈瘤手術的輔助作用受到限制。在對多數動脈瘤的導航手術中，術前計劃的意義大於術中影像引導利用導航系統強大的三維圖像重建功能。將注藥強化後CT及MR資料轉化為立體血管影像，開啟導航系統的模擬切除圖像窗口，可直觀瞭解實際手術視野中動脈瘤與周圍神經、血管的毗鄰關係，分析動脈瘤與載瘤動脈的角度，選擇同側或對側開顱，決定翼點或眶上眉弓人路，在最好、最安全的角度下顯露並夾閉動脈瘤。對位於頸內動脈近段、眼動脈、椎動脈、基底動脈的動脈瘤而言，導航系統輔助下制定詳盡的術前計劃尤其必要。對於複雜性動脈瘤，如巨大動脈瘤、大腦前動脈遠端、小腦後下動脈（PICA）、小腦前下動脈（AICA）的動脈瘤，導航輔助是必要的。意大利的Benvenuti等利用自動三維螺旋CT配合導航系統，成功完成顱內動脈瘤手術。
2、顱腦腫瘤
（1）膠質瘤：膠質瘤特別是低惡性度的星形細胞瘤是導航的絕對適應證。實性I級星形細胞瘤在顯微鏡下很難與正常腦實質相鑑別。皮層表面也無明顯異常，即使經驗豐富的手術醫師也必須在探查中多次取組織進行快速冰凍病理檢查，以確定切除範圍。如果腫瘤位於功能區附近，則易造成不必要的術後神經功能缺失。因此，導航對此類腫瘤很重要。惡性度較高的膠質瘤，應以增強MR數據為導航資料，儘可能地完全切除腫瘤。應注意囊性膠質瘤打開硬腦膜後要先利用導航確定腫瘤的位置及範圍。一旦釋放囊液會出現影像漂移，導航準確性下降。近年來隨著高場強及特殊掃描功能磁共振的推廣應用，使導航獲得了更豐富的數據源，也大大擴展了導航的應用。德國的Nimsky等應用1.5T磁共振的自旋迴波序列進行彌散張量成像磁共振（DTI-MR）掃描並將數據整合至導航工作站，清晰顯示了錐體束。進行多例膠質瘤手術，降低了術後神經功能缺失。澳大利亞醫師在治療運動區膠質瘤時，利用3T功能磁共振描繪患者的上、下肢及語言運動區，術中以導航配合運動皮層電刺激輔助手術切除腫瘤，獲得良好效果。
（2）轉移癌：多位於皮層下，也是導航的絕對適應證。
（3）腦膜瘤：多數腦膜瘤都是導航的絕對適應證。竇旁及凸面腦膜瘤導航可確定手術切口的位置及範圍，確定受壓移位的矢狀竇，最大限度地利用皮瓣及骨窗，避免開顱誤傷引起大出血。對於包繞、鄰近重要血管或神經結構的腦膜瘤，如蝶骨脊內側或小腦橋腦角（CPA）腦膜瘤等，開啟導航的前瞻窗口可時刻顯示距離血管、神經、腦幹的距離，有效地避免損傷。
（4）垂體腺瘤：經蝶垂體腺瘤手術中導航有助於定位。以往經蝶手術必須在C型X光機的監測下進行。由於其操作不便及放射性汙染，已經逐漸被導航系統取代。平掃CT或MR數據均可作為導航資料術中可明確提示鞍底位置，避免誤穿斜坡骨質而引起致命的損傷。近年來，發達國家開始使用低場強（0.2T）術中MR，結合導航系統經蝶切除垂體腺瘤。但低場強MRI僅能較清晰地顯示鞍上部分腫瘤，對於鞍旁及海綿竇的重要結構參考意義不大。因此，利用高場強MRI（3.0T）作為導航系統源數據更有助於垂體腺瘤，特別是侵襲性垂體腺瘤的手術治療，可更清晰地顯示鞍旁及海綿竇重要結構，提高手術導航應用價值。
（5）其他：淋巴瘤、血管網織細胞瘤、神經鞘瘤、生殖細胞瘤、炎性肉芽腫等均為導航的選擇性適應證，尤其是病灶位置較深時。
3、活組織檢查
穿刺活組織檢查是導航的絕對適應證。經典的神經外科活檢是利用有框架立體定向儀進行，患者術前安裝金屬框架有一定痛苦。現代導航系統平均精確度在2mm以內，無須安裝頭顱框架，且可提供穿刺過程的多角度動態圖像，使得穿刺過程更安全、更精確。因此，導航系統必將完全取代有框架立體定向儀，成為穿刺活檢的首選設備。
4、功能神經外科手術
安裝專用的功能神外手術導航軟件及相關附件後，導航系統可完全取代傳統的框架立體定向儀，完成蒼白球損毀術、海馬切除等手術。對於藥物治療無效的頑固性癲癇患者，普遍認為可以採用手術治療。手術方法多為軟膜下橫切、海馬部分切除等。導航輔助手術可顯著提高精確性，降低手術致殘率。瑞典的Rydenhag和Silander報告654例手術，較嚴重併發症僅為3.1％。
5、脊髓及脊柱外科手術
近5年來，新一代導航系統均安裝了脊髓脊柱手術軟件包及專用配件，使導航系統得以應用於脊柱外科手術。有人較早使用此項技術，通過41例手術的分析，認為導航輔助技術可適用於髓內星形細胞瘤、室管膜瘤、神經纖維瘤、海綿狀血管瘤等常見髓內外病變的手術治療，並可引導錐弓釘的固定，可降低手術損傷的概率。
神經導航的發展與問題
1、影像漂移
導航輔助下的手術中組織結構的移位，往往造成導航系統影像與真實位置的較大誤差，即影像漂移，也稱腦漂移（brain shift），是導航系統的最大弊病，在一定程度上影響導航的準確性。目前的導航系統採用的是一種虛擬實時影像跟蹤技術。主要依靠光學數字化感應技術、聯合註冊技術及動態定位技術得以實現。其虛擬實時影像並非術中真實影像。因此，儘管有相對固定的連接方法及高速精確的計算機運算，但仍不可避免地出現導航影像與真實結構的偏差。國外學者利用術中開放式核磁共振技術測量StealthStation導航系統在顯微神經外科手術中的影像漂移，發現其發生率為66％，漂移程度為3～24mm。通過臨床實踐，筆者認為：手術導航系統的最大意義在於確定病變位置及邊界，從而最大限度地減小醫源性創傷。因此，微小的影像漂移或是發現病灶後的影像漂移，對手術的影響有限，可以依靠手術醫師的豐富臨床經驗，加以克服。
2、影像漂移分類
（1）系統性影像漂移：即由於參考環連接支架、頭架的鬆動或定位標記移位所造成的影像漂移。
（2）結構性影像漂移：即手術進行當中，由於腦脊液或病變囊液釋放、病變或腦組織切除導致顱內結構移位所引起的影像漂移，影像漂移誤差是由結構造成的。對於系統性影像漂移，其主要原因在於導航及手術設備穩定性降低。因此通過以下方法可以完全避免或糾正。嚴格按照手術導航操作規範，進行每一步操作，特別是在暴露顱骨後，一定先以微鑽在骨窗範圍外鑽孔4處標記，並進行精確定位點的註冊。實踐證明通過對此4點的再註冊，可以糾正絕大多數的系統性影像漂移。鑽骨孔時切勿用力過大，否則會發生頭架與患者頭部的移位甚至頭架鬆脫。在此推薦使用高速氣鑽，鑽一孔後，以銑刀打開骨瓣。實踐表明採用此方法的手術，無一例因鑽孔而引起系統性影像漂移。安裝頭架時，骨釘不要過於靠近定位標記物，兩者相距應>2cm，否則骨釘旋入時，會牽動頭皮及標記物移位，造成影像漂移。一旦發生此情況，應去除骨釘附近的標記物，並以鼻尖、眼的內外眥作為增加的標記點，重新進行註冊和聯合註冊。為確保此方法的成功，在建立三維模型時，應儘可能地使頭皮模型平滑清晰。國外學者對結構性影像漂移探討較多，並認為其發生與患者體位、腦室系統的開放、病變囊液的釋放以及腫瘤或腦組織切除的體積有關。對於此類影像漂移主要在於預防。因此建議：
①避免術前腰穿或術中腦室穿刺引流腦脊液，腦脊液釋放過多可造成明顯的影像漂移。有些學者認為，避免使用脫水藥物可防止影像漂移。但筆者發現適當使用脫水藥物，暴露顱骨後給予甘露醇250ml快速靜滴，並未發生明顯影響繼續導航的影像漂移；
②對有囊性變的腫瘤，在明確腫瘤位置前，應避免穿刺釋放囊液。儘量在導航下尋找或切除腫瘤實性部分；
③對位置較深的腫瘤，儘量不要切除正常腦組織。
在皮層造瘻時，儘量選擇腦組織的天然腦溝作為造瘻點，以減少組織切除的體積，從而最大限度地減小影像漂移。結構性影像漂移，只能依靠實時影像掃描做影像補償才能糾正。其主要方法有3種：
①三維超聲波系統可很好地探測到定位標記物的影像，有利於發現影像漂移。但其對實質性結構顯像不良。因此，有時不能完全糾正漂移；
②術中CT掃描，可對導航系統提供較為滿意的影像補償信息，但不能提供較小病變的精確數據。並且因為放射線汙染，手術醫護人員須穿戴防護衣，不利於操作；
③術中開放式MRI，此技術近年在發達國家發展較快，可提供十分精確的實時影像補償，是解決影像漂移最為理想的方法，但價格昂貴。國內已有多家醫院擁有術中MRI。導航系統已成為現代神經外科手術不可缺少的輔助設備。
