MRI-CT影像融合导航技术在神经外科手术中的应用

李丽娟，王峥赢，孙艳杰

有调查显示[1]，神经导航技术在神经外科切除半球肿瘤、颅底肿瘤、垂体瘤(经蝶手术)、血管畸形等手术中的应用率分别可达92.3%、50.0%、42.3%和42.3%。其对于神经外科领域是新的飞跃，实现了准确性、灵活性、微创性及快速性的高度统一，集影像-导向-手术为一体，完成术中的精准定位。随着医学影像融合技术在当前技术研究领域的日渐发热，多模态影像融合导航技术成为当今神经外科进一步常规手术精准化、开放手术微创化、复杂手术简单化的必备工具[2]，统一将对象在不同成像原理下得到的多幅图像经过空间配准和叠加后合成一幅图像，从而达到多个影像数据优势互补，综合利用的目的。其中多源影像数据叠加技术，可以同时对CT、CTA、MR_T1、MR_T2、MRA、fMRI、PET及脑磁图等任意2种以上影像数据进行自动或手动融合[3]。解放军总医院第六医学中心(原海军总医院)自2012年引进由德国BrainLAB AG公司产Kolibri 2.0型外科手术导航系统，自2016年6月至2017年12月该院开展导航技术辅助下神经外科手术351例，术中均采用MRI-CT影像融合导航技术，导航效果满意，手术成功。基于多模态影响融合导航技术对提高手术成功率的突出优势，其在神经外科手术中的应用也越来越广泛，为更好完成此类手术的医护娴熟配合，进一步提高手术精准率，本文通过回顾性分析351例手术资料，结合临床工作中的实际应用问题，对手术前准备，导航计划规划，术中精、准、轻、稳的操作要求，术后设备及导航器械清洗消毒、维护保养和归置安放等内容进行总结，提出相关问题思考。现报道如下。

1 资料与方法

1.1 临床资料

选取解放军总医院第六医学中心(原海军总医院)神经外科2016年6月至2017年12月开展的351例MRI-CT影像融合导航技术辅助的手术资料，其中男性228 例，女性123 例，年龄21～77岁，平均年龄43.5 岁；脑胶质瘤138 例，脑膜瘤114例，海绵状血管瘤38 例，垂体腺瘤29 例，其他32 例；额叶深部63例，颞叶深部77例，基底节区96例，侧脑室37 例，三角区22 例，其余56 例。

1.2 方法

1.2.1 MRI-CT影像融合技术

目前我国神经导航技术使用最多的影像资料是MRI和CT图像，约占80%以上[4-5]。由于MRI对软组织和神经结构分辨率高，可准确显示病变形态、大小、位置、血供，但对骨性结构显示欠佳，而CT成像则很好地提供了骨结构和钙化的详细影像，该院自2012年引进导航设备并开展神经导航技术以来，多采用MRI-CT影像的融合，从而实现个体化、最优化的术前规划和术中应变。即术前1 d患者常规剃头并做好头皮清洁，根据患者病变部位及导航要求确定基本手术入路，在患者头皮上做4～5个MARK标记点，提前与MRI和CT影像室预约，做好手术需求序列的MRI和CT影像扫描，并将相关序列的MRI和CT影像资料传输至导航系统工作站，采用计算机软件自动融合功能，完成图像融合，并注意调节2种序列的上下前后左右位置关系、对比度及透明度从而使其达到最佳视觉效果。由电脑软件完成三维图像重建以此标定病灶及坐标，将数据资料存入导航专用U盘。

1.2.2 手术导航技术

患者入手术室常规麻醉完毕后安装神经外科头部固定架，做好手术体位的约束固定保证安全。接通电源打开并进入导航系统工作站，将U盘数据导入系统，建立模拟头颅三维立体模型，固定清洁三角参考架，安装红外线信号反射球，打开红外线扫描注册仪，根据患者病变扫描要求，合理布局系统工作站与红外线发射器之间的距离、位置、角度，以保证信号源和信号器之间相对位置的稳定，其空间避免走动和障碍物，用注册仪完成逐层的扫描注册，计算机接收相应位置坐标，若吻合程度误差大于4 mm，需重新注册[6]，注册完成后，用导航棒确定颅内病变在头皮表面的投影位置，根据病灶解剖及其毗邻的结构关系，选择最佳手术路径，包括皮瓣切口、骨瓣大小及病灶距离[7]。

1.3 手术配合

1.3.1 术前全面准备计划

1.3.1.1 患者准备 术前1 d完成剃头，做好头皮清洁。根据导航要求，术者需要提前在患者头皮粘贴4～5个MARK标记物，患者应注意做好保护，尽量减少触碰，切忌随意取下再粘贴，若有脱落或移位及时通知医生处理，切忌自行安放，防止标记物移位影响扫描图像效果。导航序列的MRI和CT影像扫描时间较长，并需要患者的主动配合，这就要求患者提前做好心理和体力的准备。

1.3.1.2 医生准备 要求对手术患者病情资料熟记于心，认真做好术前讨论、术前小结、术前谈话，详尽阐述手术安全系数及风险得到患者及家属的知情同意，术前1 d，根据病变导航需求做好患者头部MARK标记点，与MRI和CT室提前预约做好影像扫描和数据传输，提前阅览扫描图像，选取可用序列保证图像质量标准，完成图像的融合和三维重建，并将融合数据存入U盘，保证次日手术顺利进行。

1.3.1.3 护士准备 手术护士按照手术要求，提前熟悉导航手术流程，准备导航手术专用无菌敷料，检查导航系统是否备用，两套导航器械(清洁和无菌)是否完好，并提前放置手术间，轻拿轻放，妥善管理，避免损坏。术前1 d认真做好术前访视，详细了解手术患者病情状态，参与术前讨论及手术医生导航计划的制定，知晓手术入路，病灶大小位置及相邻重要解剖结构，做到手术用物准备齐全，术中配合积极主动。

1.3.2 术中娴熟精稳操作

1.3.2.1 医护操作培训 该院神经外科有专科手术医生20余名，专科手术护士18名。导航设备引进初期，诚邀公司技术人员做设备器械的使用规范培训，包括MRI和CT室相关技术人员，采用理论讲解和实操演示相结合的培训方式，包括设备的日常管理，用后清洁，器械的清洗消毒，保养维护原则等，重点强调规范操作程序和使用注意事项，并有公司技术人员专项负责定期维护和检测。同时要求科室人员做好设备器械操作使用原则的帮、带、教，并列为科室业务学习内容之仪器设备使用管理规范板块，科室全员定期复习操作原则标准，做到理论人人知晓，仪器人人熟悉，程序人人可操作。

1.3.2.2 手术医生操作 手术医生必须熟悉导航技术的操作要求，包括MRI-CT图像的融合操作，手术导航计划的制定，导航系统工作站的使用步骤，导航器械的使用规范等。消毒铺单后将安装灭菌信号反射球的导航参考架固定于头架的对应位置，逐步铣除颅骨瓣暴露硬脑膜后，使用灭菌导航棒硬脑膜及脑皮层外进行病灶的定位，再次确认病灶位置及邻近结构关系，避开重要大血管做好功能区的保护，由于导航棒前端较尖锐，使用过程中操作要轻柔，避免损伤脑膜。根据手术进程随时导航辅助，从而指导术者很好地做到对手术进度的主观把控，病灶切除后，再次导航观察切除范围及程度，尽可能完全切除病灶的同时避免重要机体功能的损伤。彻底止血后，常规关颅，依次缝合切口。

1.3.2.3 手术护士操作 导航设备及导航器械属精细仪器、价格昂贵，应与常规开颅器械分开放置，使用时轻拿轻放，防止磕碰，避免人为因素影响导航的精确度。术前30 min刷手整理手术器械，提前将术中无菌导航器械准备好，检查器械性能处于备用，尤其注意5～6个低温灭菌的红外线信号反射球的妥善保存，提前安装于参考架和导航棒上，并注意查看反射球面磨砂度是否受损，以免影响导航信号的接收，术中及时用湿纱布擦净使用后留下的血迹。术中使用的参考架，提醒医生勿暴力折压，防止损坏，导航结束及时撤出，并做好术区无菌状态维护。

1.3.3 术后细致维护保养

1.3.3.1 导航设备 该院引进的是德国BrainLAB AG公司产Kolibri 2.0型外科手术导航系统，其组成：计算机工作站(处理影像图像的融合和完成图像的三维重建)、定位装置(包括红外线发射的人工智能关节臂和定位器械包括导航棒、参考架、固定底座及固定架、红外线扫描注册仪等)以及连接上述2部分的信号传递系统。导航设备使用后，先按照系统提示步骤逐步关掉主机部分，再关掉总开关，后拔掉电源并整理电源线和信号传导线，保持红外线反射智能臂处于功能位并缩至原位后再移动，用干湿抹布清洁设备表面污渍，有明显血迹时做好消毒处理，盖好防尘罩后定位归原。设备设专人管理，做好使用登记，定期保养维护，确保良好使用状态。计算机工作站仅限于进行手术计划和导航使用，严禁进行其他无关操作，防止病毒侵犯，破坏系统功能，存储数据资料的U盘，专盘专用。

1.3.3.2 导航器械 导航器械属精密仪器，须轻拿轻放，妥善保管。术前使用的清洁参考架、导航棒和红外线扫描注册仪及反射球妥善存放于整理箱内，尤其导航棒探针部分及时安装保护套防止受损磕碰；术中使用的灭菌参考架和导航棒及反射球术毕及时清洁，清洗时要轻柔，避免清洗过度损坏反射球的磨砂面，参考架和导航棒采用高压消毒灭菌，应放置于配套器械盒内以保证固定稳妥，防止灭菌过程中碰撞损坏；反射球置于塑封袋内采用低温消毒灭菌。

2 结果

351例手术导航效果满意，成功完成了病灶切除，术中定位精准，血管神经保护完好，术后无1例意外神经功能受损，患者恢复良好。手术导航计划零失误，导航设备及导航器械零毁损，零维修，应用良好。

3 讨论

多模态影像融合神经导航技术可有效提高颅脑手术的病灶切除率，降低术后伤残率，有效改善患者术后远期生活质量，间接减轻社会和家庭负担，具有良好的社会经济效益[8]。有研究显示[9-10]，导航技术的优越性主要体现在“提高手术成功率降低并发症”(92.0%)、“缩短手术时间”(56.0%)和“缩短住院时间”(64.0%)等方面；在提高手术成功率方面，主要为“病变精确定位”和“实时跟踪手术进程”，有助于优化手术入路，保护重要功能区和神经结构。MRI和CT图像的融合功能，可以更精确显露病灶位置及毗邻结构，同时骨性结构的CT成像则更有助于手术切口及骨瓣大小的设定，不仅可实现影像数据的优化互补，还可以根据术者的要求调配两者的对比度，客观显示病灶与周边组织结构的位置关系，实时引导手术进程，为手术的准确性和安全性提供更有利的保障[11]。尤其2次手术导致解剖结构紊乱及先天解剖结构异常的手术患者，导航技术的使用变得更为重要。

神经导航及时把现代神经外科影像诊断技术、立体定向外科及显微神经外科通过高性能计算机结合起来，能准确、动态和实时显示神经系统解剖和病灶的3D、空间、位置及毗邻关系[12]，而MRI和CT模态影像的融合仅是其中一种导航技术模式，随着各项技术的日趋完善，多模态神经导航联合神经电生理、术中唤醒、脑磁图以及弥散张量成像(diffusion densorimaging，DTI)、血氧水平依赖功能磁共振(blood oxygen level dependent functional magnetic resonance imaging，BOLD-fMRI)等影像融合技术的应用也将会越来越被神经外科医生接纳和采用。

综上所述，神经导航技术的发展日益纵深多元化，这就要求医护人员紧跟医疗技术发展前沿，不断接受、学习并掌握新技术，更新自身知识储备，尤其神经导航设备操作系统均为英文提示，也要求医护人员必须具备一定的英文水平，才能保证基本操作程序的完成。而导航设备和器械的“高精尖贵”也要求操作者必须谨慎轻柔使用，做到专人专管，专册登记，定点放置，定期检测，定期维护，定期保养，以延长使用寿命。另外，导航技术的高要求，高标准也预示了技术操作的高收费，对于手术患者而言增加手术安全系数的同时不免加重了经济负担，这也是导航技术在神经外科手术中推广普及受限的一项重要因素，所以加快我国自主知识产权导航设备的研发，真正做到仪器自主、技术自主显得更为紧迫。