技术与设备篇

神经外科是研究和手术治疗神经系统（包括脑、脊髓、周围神经）及相关支持结构的学科。经过漫长的历史经验的积累，特别是近代以来的快速发展，神经外科不仅建立了独立的学科，还在不断拓展其外沿和内涵上逐渐成型，并依据其所关注的疾病分类，衍化出明确的分支学科，如肿瘤神经外科、脑血管病神经外科和功能神经外科。功能神经外科关注运动障碍病、癫痫、慢性疼痛、神经脊柱和精神紊乱的研究和手术治疗。

依据手术技术，神经外科又划分为显微神经外科、立体定向神经外科、血管介入神经外科和内镜神经外科等。在早期肉眼直视下的神经外科手术基础上，立体定向手术是发展最早的神经外科技术之一。

立体定向技术是通过微小的开放颅孔，经大脑皮层的功能“哑区”穿刺，实施深部脑组织的手术干预达到治疗的目的。立体定向技术对脑组织的干扰轻微，典型地体现了微创的理念，是神经外科领域历史悠久和最为成功的微创神经外科案例。

先哲亚里士多德说，万物之先有混沌，然后才产生宽阔的大地。

立体定向技术的发展始于帕金森病和精神疾病等的外科治疗，其中以帕金森病最为典型。20世纪50年代之前，帕金森病的有效药物治疗几乎空白，在疾病造成的巨大肉体折磨面前，现代人看来“不可思议”的外科手术治疗方案，在患者和医生之间不难达成“知情同意”的约定。

人体解剖学是西方医学发展较早的基础性科学，由此开启了现代医学的发展之路。那时的西方医学家已经认识到了“锥体系与运动功能的直接关系”，外科医生沿袭这个逻辑，在锥体系的解剖通路上尝试了各种开放性手术，包括运动皮层切除，内囊和锥体束离断，以及脊髓前角的毁损等（图5-1-1）。

100多年前，先驱者Horsley开始尝试部分或全部切除运动皮质的手术治疗帕金森病、手足徐动症和震颤症，多数患者的症状术后得到改善（图5-1-2）。20世纪40年代，著名的Meyers医生尝试针对基底核区结构的手术，包括经脑室入路尾状核及其周围结构切除术，经半球间、颞下和脑室入路的豆状核袢切除术等，脑深部的开放性手术与技术条件的局限，导致手术的死亡率高达17%，Meyers的工作不久后终止（图5-1-3）。但他的工作的意义在于，证明了基底核区结构在运动障碍疾病发病及治疗中扮演的重要角色，这在功能神经外科的发展史具有划时代的意义。1947年Browder通过切除内囊前肢和尾状核头部治疗帕金森病，但是手术的并发症率和死亡率仍然很高（图5-1-4）。

Cooper是这个领域值得尊敬和纪念的神经外科大师，他的一生中实施了上万例的脑手术，他的著作翔实地记载了许多病例，有些知识在当代人看来习以为常的，但从历史的角度来看，是非常了不起的细致观察和真实记录。1953年，Cooper在对一例脑炎后帕金森综合征的患者做大脑脚切开术时，意外地损伤了邻近的动脉，导致术中大量出血。Cooper夹闭了出血的血管，患者术后陷入昏迷伴随对侧肢体的偏瘫。若干天后患者苏醒了，不仅如此，随着偏瘫肢体的功能恢复，患者对侧肢体的震颤和僵直却没有复发。这个现象引起Cooper的强烈好奇，因为在此之前，针对锥体系的手术从来都是症状的消失是以对侧肢体的偏瘫为代价的，而偏瘫的恢复也同时伴随着症状的复发。此时的Cooper表现出了一位科学家型医生的素养和天赋，他紧抓不放，通过血管造影的办法，确认术中夹闭的是脉络膜前动脉。一种新的术式诞生了——脉络膜前动脉夹闭术治疗运动障碍病，这种术式很快得到多数医生的接受和效仿。开放性手术治疗运动障碍病由此达到安全性与有效性的最高境界，即保留皮质脊髓术功能完整性的同时，有效地改善运动障碍病的症状。

传统神经外科在渡过了从脑表面切除病变的发展阶段后，所面临的最为严峻的问题，是怎样安全地实施皮层下基底核区的手术，而后者的神经核团是调控脑功能的重要结构。

“立体定向”这一概念最早由Horsley和Clarke提出的，称之为“stereotaxic”。“stereo”在希腊语中是三维的意思，“taxic”是装置的意思。后来神经外科医师为了更准确地描述立体定向技术，将其改为“stereotactic”，“tactic”在拉丁语中是战术或者策略的意思。1906年，科学家采用笛卡尔坐标系统，首次设计了一种可用于动物的立体定向装置——Horsley-Clarke立体定向装置，同时制作了猴脑的立体定位图谱，在小脑齿状核内植入电极，研究猴子的小脑功能。尽管是动物实验研究，但这仍是人类历史上第一次进行立体定向外科手术，他们的这一研究成果在1908年发表后，被广泛运用于动物的脑功能和神经电生理学实验研究，成为当时神经电生理学研究领域的里程碑。据此进行的动物实验研究推动了神经解剖学、神经电生理学的发展，使得人们对锥体外系的组成，以及导致运动障碍疾病的神经通路传导异常有了长足的认识。

1947年，Spiegel和Wycis将神经生理学实验室中用于动物脑定位的技术，发展成为用于人类脑立体定向的技术，并采用这种技术实施运动障碍病的手术。他们是有记载的现代意义上第一个立体定向仪的发明者。不仅如此，他们还是第一部人类脑立体定向图谱的作者，他们也是立体定向技术运用到神经系统众多疾病的率先报道者。1958年，Spiegel和Wycis报道了立体定向手术的死亡率仅为2.8%，与之相比，开颅手术的死亡风险要高得多。对于基底核区的手术，神经外科医生们逐渐放弃了开放性手术，转向立体定向技术，包括德国的Mundinger和Talairach，以及后来大名鼎鼎，影响至今的瑞典医生Leksell等人。随后的几年，他们根据自己的理解和术中需要，先后推出自己设计的用于人的脑立体定向仪（图5-1-6）。

作为历史上转化医学最成功的案例之一，商用Leksell定向仪被世界各地的同行广泛使用，至今不衰。不仅如此，还由立体定向的原理，研发了Leksell放射治疗设备——伽马刀。

靶点（target）是欲进行手术干预的脑组织，其空间几何的坐标值T（x，y，z）在向立体定向仪的刻度得到表达的过程，称之为解剖定位。

大脑内各个核团和纤维束的位置，通过尸体脑标本的切片呈现出来，最为著名的是德国科学家于20世纪70年代出版的Schaltenbrand & Wahren图谱，它是人类脑结构的标准图谱，被功能神经外科医生奉为经典。前联合（anterior commissure，AC）和后联合（posterior commissure，PC）是脑深部的标志性结构，其连线ACPC被认为是个体差异最小的部位，连线的中点被称之为大脑的原点，左右为x轴，前后为y轴，上下为z轴，构成大脑自身的空间几何系统。脑组织的任何部位都可以通过在这个系统中的坐标（x ₁，y ₁，z ₁）标明其准确位置。

这样就出现了两个坐标系，立体定向仪是一个坐标系，脑本身又是一个坐标系，前者可视，后者不可见，手术需要在可见的坐标系下操作。脑组织的靶点在立体定向仪上的坐标必须依靠第三者的辅助来完成坐标系的转换，即影像学技术。

解剖定位经历了比较明显的五个发展时期：①骨性结构参照系时期：早期患者的脑组织不可视，通过X线成像技术，显示颅骨的体表标志，如鼻根点和枕外粗隆等，对照脑图谱的靶点与参照点位置，转化成立体定向仪上的靶点坐标T（x，y，z）。②脑室造影参照系时期：包括气脑造影成像技术和造影剂脑室成像技术。③计算机断层扫描技术（CT）时期：由于CT颅脑扫描成像可以直视脑内结构，20世纪80年代前后应用于临床后，很快取代脑室造影成为立体定向的标准解剖定位技术。④核磁共振成像（MRI）技术时期：MRI对脑组织的分辨率高，在20世纪90年代为大部分医生认可而逐渐成为主流的立体定向技术。⑤CT/MRI影像融合技术：MRI闭环磁力线成像原理必然带来空间位置的变形，而且磁场强度越高，变形的程度越大，准确性越差，导致以毫米级别的误差。医生们的实践中发现的问题和难题，是计算机工程技术人员发明的驱动力，CT/MRI影像融合技术既保留了CT的线性准确性和MRI对软组织的分辨率，又避免了后者的空间变形问题，因此，这项出现在20年前的技术，在近些年日趋成熟并得到广泛的临床运用。⑥神经导航技术：此技术在CT/MRI影像融合技术的基础上，在直视下选取脑影像上的靶点，计算机自动计算坐标，而不必通过ACPC线的转换。

运动障碍疾病的外科治疗自此进入了立体定向微创手术的时代。

1968年，左旋多巴诞生，迅速成为治疗帕金森病的特效药物，接受立体定向手术治疗的帕金森病患者迅速减少，大量帕金森病患者改用药物治疗。虽然立体定向手术仍是控制震颤的最好方法，但是在随后数十年间，仅有少数原发性震颤的患者接受了立体定向手术治疗，从事功能神经外科的医生锐减。运动障碍病的手术治疗大范围地陷入低谷，停滞不前几十年。

随后的20多年，虽然在左旋多巴的基础上又有多种抗帕金森病的新药出现，但经过长期药物治疗的临床观察，人们终于认识到药物治疗帕金森病的局限性。随着病情的进展，抗帕金森病药物的疗效下降，副作用逐渐增加和严重，例如“开-关”现象、剂末现象、异动症等。这些问题促使临床医师反思治疗策略，手术治疗再次受到关注。

1992年，Leksell工作的继承者，瑞典神经外科医生Laitinen（图5-1-7）报道了腹外侧苍白球切开术（posterior ventral pallidotomy，PVP）对帕金森病患者的全面改善作用，患者的僵直、运动迟缓、震颤及左旋多巴引起的异动症术后都得到了明显改善。以此为标志点，手术治疗帕金森病全面“复兴”。

美国Loma Linda大学的Iacono医生（图5-1-8）是苍白球切开术的坚定信仰者，在近20年的时间里，他实施了以苍白球切开术为主的近万例手术。他认为怀疑其疗效的临床医生大都没有真正理解Laitinen倡导的苍白球切开术的真谛，那就是“紧贴内囊，直抵视束”。Iacono教授聪明、勤奋、执着、鲜明的个性，培养和影响了诸多后来者。惜天嫉英才，故人早逝，思之忆之，每每不胜唏嘘！Laitinen和Iacono是世界级的大师，是手术治疗运动障碍病“复兴”的重要推动者。

手术治疗“复兴”的背后原因，是治疗方法变革时机的成熟：①左旋多巴治疗的局限性和副作用困扰医患。②影像学与电生理技术的发展极大地提高了靶点的定位精度，手术更加安全可靠。③手术治疗的靶点有了新的改进，苍白球切开术备受推崇。④帕金森病量表（UPDRS）的广泛采用，为手术的有效性提供了循证医学的证据。

立体定向手术治疗运动障碍病聚焦三个最为重要的核团，即丘脑腹外侧核（VL）、苍白球（GPi）和丘脑底核（STN），依据Schaltenbrand & Wahren标准脑图谱靶点的坐标值见表5-1-1。

以ACPC线的中点为原点，X代表左右旁开，Y代表前（+）后（-）距离，Z代表标准平面上（+）下（+），单位为毫米。如果患者的第三脑室扩大，VL的X值个体化地增加。患者的大脑脚较大时，PVP的X值也需根据个体差异稍作调整。

现代神经外科认为，通过降低GPi、Vim和STN核团的兴奋性可达到治疗运动障碍病的目的，包括核团切开和脑深部电刺激（deep brain stimulation，DBS）两种方法，前者通过毁损达到，后者通过高频电脉冲抑制神经细胞的兴奋性，亦称之为功能性毁损（functional lesioning）。

切开术是在靶点制造一个准确的毁损灶，是局部核团部分毁损的形象说法，而毁损术可能带给人的歧义是整个核团或组织的破坏，其内涵存在差异，如丘脑毁损术，或扣带回毁损术。切开术和毁损术在英文的表述上是同样一个名词（-tomy），但目前在国内还未走向统一。

现代脑组织切开技术均采用电脑程序化的射频（radiofrequency）热凝方法，利用高频电磁波产生的局部温度破坏神经细胞和纤维。与早年的冷冻法、化学法和电凝法相比，射频热凝不仅使用方便，更重要的是容易控制毁损温度和毁损时间，从而控制毁损灶的大小。射频毁损电极有不同的规格，常用电极的直径1.0～1.6mm，尖端裸露2～5mm，通过调节射频波的时间和输出功率，使毁损灶的大小和范围达到可控的要求。毁损的温度一般为65～85℃，临床上一般首先以45℃的温度测试30～60秒，在此期间观测患者对侧肢体感觉、运动及语言的情况，明确无误时，逐步增加到85℃维持60～90秒。整个过程术者都必须密切关注患者的主诉，对侧肢体的活动，以及语言的变化。

毁损灶的大小尚无统一的标准，也可以在一个或多个针道上制造多个毁损灶来扩大范围。Lozano等提供的术后GPi术后早期的MRI显示，切开灶容积44～127mm ³不等，直径6～8mm。术后3个月水肿消失后，我们的测量结果是直径3～4mm。

20世纪60年代初期，Albe-Fessard在实施立体定向手术过程中，将微电极记录技术首次用于人类大脑深部的细胞电活动的探测。随后外科医生在进行VL切开术治疗帕金森病时发现，低频电刺激（为电生理定位的需要）会导致震颤的幅度加大，而高频电刺激则能抑制患者的震颤，而且一旦刺激停止震颤会重新出现，提示高频电刺激可以起到与切开术同样的效果。

此现象的深入研究，结合电子工程学和材料学的进步成果，转化为商用可植入性DBS装置的出现。DBS疗法第一次直接地证明了外源性电脉冲与人脑的相互作用，是人类历史上在脑机界面（brain-machine interface）领域应用最早、也是最为成功的案例，是医生与工程技术人员成功合作的典型。在此过程中，做出了卓越贡献的是法国的Benabid医生。

VL、GP以及STN核团位置深、现状不规则，与视束、内囊以及中脑等重要结构相邻，它们的损害将导致严重并发症和功能损害。切开术是对靶点脑组织的部分毁损，是“一锤定音”的事情，效果“立竿见影”，而意外或操作不当造成的功能缺失是不可逆的。DBS疗法的最大优点是不破坏神经组织，通过外源性电刺激达到改善症状的目的，通过刺激参数的调节取得最佳的治疗效果，体现了功能重建的意义，以及可逆性和可调节性优势。从技术上讲，切开术对手术医生的要求更高，压力也更大。准确的DBS电极植入，能够以较低强度的电刺激获得较好的疗效，而一定程度的位置偏差，以及刺激引起的并发症，可通过变换电极的刺激点和刺激强度弥补定位技术的不足，以及纠正刺激并发症。

1998年，DBS技术治疗原发性震颤首先通过了美国FDA的审查，成为推荐方法。之后在运动障碍病，特别是在帕金森病的手术治疗中得到了越来越普遍的应用。在北京功能神经外科研究所近5年的立体定向手术中，DBS占比约90%，而毁损术从20年前的100%下降到了10%左右，趋势十分明显。

近20年世界范围的临床实践证明，DBS是治疗帕金森病安全和有效的手段，有关其作用机制的研究也从未停止。Filali等直接利用微电极记录高频刺激下STN的单细胞电活动，证实多数细胞（13/15）的放电活动被抑制，表明高频电刺激会导致神经元活动的抑制。然而潜在的机制更为复杂多样，有待进一步阐明。理论上的思考是，电脉冲对邻近细胞的作用可通过“去极化”兴奋，也可通过“超极化”抑制；对过路纤维的作用可能是顺行的，又可能是逆行的。通过DBS或核团毁损，均可阻止生物电信号的发放或传递，达到治疗之目的，但治疗的机制是否一致还有待证明。几年前，STN的DBS疗法在美国通过了严格的FDA审查，其可逆性和可调节性优势受到医患双方的青睐。由于回避了组织破坏的环节，DBS也更容易掌握，更安全，是目前帕金森病手术治疗又一种比较理想的选择。值得指出的是，切开术已经有半个多世纪的历史，除DBS亦可发生的并发症之外，至今尚未见到额外的“功能缺失”的报道。在门诊中，我们见到2例10多年接受丘脑切开术的患者，其手术对侧的震颤症状稳定地得到控制，无任何相关的“功能缺失”之主诉和体征。Laitinen随访了1例双侧苍白球切开术后33年的患者，其“神经系统功能状态良好”。

毁损手术和DBS都是症状学治疗，人们在细胞移植和基因治疗方面所抱有的对因治疗期望已经很久了。已经尝试过的手术方法有肾上腺髓质移植、猪的异体移植、胚胎的多巴胺能神经细胞移植。但在实际应用中，目前这些方法都很难取得核团毁损或DBS一样的效果。

外科治疗帕金森病的发展轨迹，展现了历代杰出神经外科医生的勇气、智慧和追求。从最初采用的皮层切除、皮质造瘘锥体束破坏、锥体外系切开等传统的神经外科手术方式，到应用立体定向技术安全地实施脑深部核团手术，奠定了立体定向手术治疗帕金森病的微创基础。电生理技术的应用，特别是微电极记录技术使手术达到“精确制导”的效果。我们持续地期待着干细胞和基因研究呈现出成功曙光。因为，手术从开放走向微创，治疗必将从症状学治疗迈向功能的修复和重建。

立体定向脑图谱（stereotactic atlases）是由大脑沿不同解剖平面（标准平面或者斜面）的系列截面图构成，特定脑结构在其中分配有坐标参数用来确定其形状、边界或者体积。数世纪以来，医生依靠脑图谱学习神经解剖和指导神经外科特别是立体定向手术。医学影像学的技术进步使得人们看到了脑内复杂而精细的构成，然而即使分辨率较高的CT或MRI也难以完全区分彼此临近的许多皮层下结构。因此在人类尸脑中应用组织学、组织化学或免疫组化方法得到的脑图谱仍具不可替代的价值。

精准定位脑组织（特别是脑深部结构）需要依赖与其有恒定相对位置关系的可见参考标记。在早期Horsley和Clarke的动物实验中，他们选择的是颅骨标记，因为当时仅有X线显影术。这种方法的误差显然比较大，因此无法安全地用于人类手术。1918年，Harvey Cushing的学生Walter Dandy发明了气脑造影（pneumoencephalography）和脑室充气造影术（pneumoventriculography）。此方法在约30年后被Ernst Adolf Spiegel和Henry T.Wycis用来确定第三脑室的轮廓，并以室间孔后缘与松果体前界之间的连线作为参考线绘制图谱。这样定位的精准度得以提高，但是因X线片上室间孔后缘常很模糊且松果体位置变异较大而受局限。后来，法国医生Jean Talairach选择白质前联合（anterior commissure，AC）与后联合（posterior commissure，PC）的连线（AC-PC线）作为参考系并描绘脑图谱。因为AC-PC线（一般长20.5～28.5mm，平均23mm，据Schaltenbrand和Bailey图谱）的个体差异比其他脑内参考线都小，所以成为脑立体定向技术的标准参考沿用至今。值得提醒的是，AC-PC线并不平行于法兰克福平面（Frankfurt plane，也叫眼耳平面，指由左、右侧耳门上点和左侧眶下缘点三点所确定的一个平面），而是较之上仰15°。

1952年，Spiegel和Wycis编写的“Stereoencephalotomy”中发表了一系列层厚为5mm的三个平面的大脑截面图。该书作为第一部立体定向脑图谱为许多脑内深部核团的坐标确定及切开术奠定了基础。图谱以后联合（脑室充气造影可见）和松果体（钙化征象在X线片上可见）为参考，其中冠状面平行于经过PC与桥延沟的平面。由于PC变异度较大且仅不到一半的患者有松果体钙化，因此图谱精准性有所欠缺。1957年，Talairach发表了以AC和PC的连线为参考的立体定向图谱。为减少个体差异之影响，Talairach利用两个互相垂直的栅状网格进行脑结构定位，主要用于决定颞叶深处组织的三维坐标。1959年，Shaltenbrand与Bailey发表了全面详细的立体定向脑图谱。他们使用ACPC线作为参考系，研究了111例大脑标本的冠状面、矢状面和水平面图像。1962年，Spiegel和Wycis也使用联合间线（intercommissural line）为参考更新了他们之前发表的脑图谱，精准度得以提高。在以往研究的基础上，Shaltenbrand和Wahren联合编写了第2版“Atlas for stereotaxy of the human brain（人脑立体定向图谱）”（图5-2-1、图5-2-2）。该书后来在全球范围内被广泛应用，成为本领域的标准脑图谱。

有的图谱着重于丘脑和临近结构的研究。特别是随着组织化学、免疫组化的进展以及新的神经化学标记物的出现，丘脑内部精细结构的认识得到推进。这些体现在1997年及2007年出版的Morel图谱，后者还将组织染色的结果和MRI的图像加以比较。

中国自20世纪80年代起也相继出版了数本脑图谱，其中有代表性的是姚家庆主编的《人脑立体定向应用解剖》和陈玉敏主编的《人脑主要核团立体定向图谱》。

传统的人脑图谱是脑的二维平面印刷图集。它们在工作中发挥重要价值的同时也有诸多局限性，单一的二维平面图形形式难以使读者建立对脑内解剖结构的三维认识和精准掌握。而且，固定的纸质内容不能进行电子化加工、处理或存储，更严重限制个体患者的具体数据进行对准校正。

计算机技术的进步使纸质图谱得以通过电子格式保存、浏览、处理和加工。最早的计算机化图谱只是简单地将纸质图谱扫描，后来逐渐发展到将图形数字化，可以加工、处理和定量测量。现代的三维化数字脑图谱主要基于3D的CT或MRI体数据构建，将过去平面的解剖关系立体可视化，使用直观方便，提高了解剖定位的精准性和客观性。医生还能够将标准图谱叠加到某一患者的个体脑影像中加以分析比较，将“标准大脑”与个体变异融合考虑，个体化计算脑结构的坐标。

目前比较著名的计算机化脑图谱包括加拿大蒙特利尔神经研究所的分类脑图谱、美国哈佛大学医学院的全脑图谱、美国约翰霍普金斯大学与新加坡国立大学基于Talairach脑图谱建立的电子图谱。

近些年还出现了概率图谱（probabilistic atlas），它可以描绘个体的脑皮层和皮层下结构的范围、形状和拓扑（topography）关系，能融合细胞结构学、化学结构学、血流分布、代谢率、电生理特性、行为学和病理学等诸多信息。重要的是，它利用统计学信息，个体化处理结构位置的变异。

获得靶点坐标的难点，在于如何运用影像学数据，在脑标准图谱的参照下，克服个体差异寻找精准的靶点位置。脑的个体差异表现在诸多方面，例如脑室轮廓线就在不同个体就可能呈现不同的形态（图5-2-3）。此外，多项研究显示皮层下结构具有较大的形态学变异性。1962年，Van Buren与McCubbin研究了16例大脑的旁正中矢状位切面图（距离正中线5mm）。结果显示皮层下结构的大小差异达到10～12mm之多。几乎不可能找到任何两个在某一平面形态学完全重叠的大脑。脑回、脑沟与皮层下结构的相对位置差异同样巨大。并且，皮层下结构（例如尾状核、新纹状体）的体积也存在明显个体差异。

李勇杰团队对820例中国帕金森病患者核磁影像测量显示，AC-PC线长度平均23.5±1.4mm（最大值29.0mm、最小值19.0mm），数值与西方人相当；然而在脑标本测量所得的AC-PC值上，中国人的数据低于西方人（图5-2-4），分析可能与标本制作方法有关。

按照标准图谱操作，医生在多数情况下能够到达靶点，但有时也许并不是组织的中心。这能够解释同样的操作在有的病例中临床效果欠满意。减少因个体差异所致误差的一个方法是使用纠正系数。计算手术患者与“标准大脑”在AC-PC线上的长度差异，将此差异按照比例作为纠偏系数用在靶点坐标的微调中，一般纠偏不超过1～2mm。在过去20年的工作中，李勇杰团队计算每例患者的ACPC线长度，一般在23～24mm。当数值超出这个范围时，以Vim核为例，我们选择PC前ACPC长度的四分之一作为坐标y值，而非恒定不变的PC前6mm。

立体定向仪是一个带有三维刻度的金属装置，即空间几何系统，通过颅钉与人的颅骨紧密连成一体，从而将人脑置于一个外源性的坐标体系之内。

脑立体定向这一概念的出现已逾一世纪。它的发展和应用经历了漫长的历史演变。早于1873年，Dittmar就在探针穿刺动物延髓的实验中提出了立体定向的概念雏形，之后，俄国学者Zernov、Altukhov（Zermov的学生）以及Rossolimo先后实施了一些开创性工作。他们的设计中出现了耳杆、基底环和极坐标系。这些后来立体定向仪的主要部分并应用于零星手术。1906年，Horsley和Clarke正式发明了世界上第一套使用直角坐标系的Horsley-Clark立体定向仪，用于动物的神经电生理研究。三个互相垂直的平面构成坐标系，其中冠状面穿过外耳道连线中心，水平面位于眶下缘，而矢状面经过颅骨正中线。三个平面的交点即为坐标系的圆点。Horsley和Clarke使用五个固定杆将定位仪固定于动物头部，其中两个插入外耳道，两个位于眶窝下缘，一个固定在枕部。他们制作了动物脑的第一部立体定向图谱并开展了许多有趣的研究，还第一次使用“stereotactic”来描述自己的实验。Horsley-Clarke仪经历了后续不断改进，至今仍应用于神经科学的动物实验中，但并未用于人类的临床治疗。

与动物颅骨标志和脑内结构相对位置关系比较恒定的特点不同，人脑手术要求的高精度使得无法简单应用人颅骨标志来定位脑内组织。1918年，Dandy发明的气脑造影和脑室充气造影术使得人类颅内解剖标志点在X线片上由不可见变为可见，从而也为同年Aubrey Mussen提出的人脑立体定向仪的概念提供了基础。1936年，德国外科医生Kirschner使用自制的立体定向仪成功实施了三叉神经半月节穿刺和电凝。大部分早期的立体定向手术是以松果体和室间孔为解剖标志，后来白质前联合（anterior commissure，AC）和后联合（posterior commissure，PC）因变异度小而被最常用作颅内标志点和参考。医生利用这些解剖标记和脑图谱来推算X线下不可见的脑深部结构位置。

在1947-1949年间，两位美国医生Spiegel和Wycis以及一位瑞典外科医生Lars Leksell发明出最早的现代意义上的立体定向仪并且首先应用于人类的多项临床手术。前者在文献中第一次提出“stereoencephalatome（立体脑定向仪）”这个词汇。它使用的是笛卡尔坐标系（Cartesian coordinate system），将松果体设为原点。这套仪器由于较为笨重且安装费时在临床上已不再使用。Leksell系统采用的是计算和使用都更为简便的极坐标系（polar coordinate system），该系统后来还作为基础应用于大脑的放射治疗。

20世纪50年代，Riechert等人发明的立体定向仪使用的是极坐标系，构成包括基底环（basal ring）、放置电极的导向弓以及模拟架。其中模拟架（phantom frame）的应用保证了手术精准性。Guiot和Gillingham设计的立体定向仪则是平行于正中矢状位固定在患者头部，需要钻孔固定穿刺器，其优点是便于到达后头部靶点。

同时期，Talairach设计的立体定向仪则使用直角坐标系。它在患者头部两侧固定有布满均匀孔洞（彼此间隔1mm）的平板。在完成影像学扫描后，医生选择靶点对应的小孔水平插入器械，即垂直插入法。在此基础上，Talairach还实施了改进，使得其他穿刺角度成为可能。Talairach头架最常应用在癫痫领域中植入脑深部电极以研究致痫灶（epileptogenic zone）的起源和传播路径。

大多数立体定向仪都是依靠器械的移动寻找靶点，而Rand和Wells头架的最大特点是通过移动头部靶点的位置来使之与穿刺器械的目标点重合。1971年发明的Laitinen头架和Riechert-Mundinger头架相似，但是不包括模拟架。它的活动度较大，因此除了能用于基底核区手术，还可以到达后颅窝靶点或实现经鼻的垂体入路。

此外，还曾出过许多其他形式的立体定向仪，例如Van Buren与McCubbin系统、Kandel系统、Anichkov系统、Olivier-Bertrand-Tipal系统、Carol系统等等。20世纪60年代，我国复旦大学附属华山医院蒋大介医生、安徽省立医院许建平医生先后推出自主设计的立体定向仪，当时使用的是气脑造影、脑室充气造影以及碘剂脑室造影等方法。

1978年，美国医生Brown发明了N型定位器（N-localizer），可以借助CT、MRI或PET图像定位。由于CT、MRI或PET可以准确显示颅内解剖位置，N型定位器使得立体定向手术的精度大大提高，并被Brown-Roberts-Wells、Leksell、Kelly-Goerss以及Cosman-Roberts-Wells等立体定向仪广泛使用。

现今使用最广泛的弧形弓型立体定向定向仪可具体分为外置弧弓型和内置弧弓型。前者的弧形弓固定在头部框架的外轴上，例如Leksell系统；后者的弧形弓则锁定在头部基环内，代表产品为Brown-Roberts-Wells（BRW）、Cosman-Roberts-Well（CRW）和Riechert系统。

近年来，随着神经导航技术的出现，可以省去安装头框而通过术前影像与术中实际位置的注册、对应和引导进行实时穿刺，这样的技术称之为无框架（frameless）立体定向。接下来，本节将对具有代表性的立体定向系统做详细介绍。

自从Spiegel和Wycis发明出第一台现代意义上的立体定向仪，迄今为止已有数十套立体定向设备问世。尽管它们在设计原理、复杂性、头框固定、坐标系、定位器、模拟架等诸多方面可能存在不同，但却有共同的基础，即需要将脑内组织的坐标（相对于脑内参考系）转换为相对于立体定向仪的坐标继而实现外科操作到达。

立体定向仪的坐标系分为直角坐标系和极坐标系。直角坐标系统（orthogonal coordinate system）是基于笛卡尔原则（Cartesian principle），在患者的头部外安装、固定头框，脑内组织就位于由相互垂直的三个平面（冠状面、矢状面和水平面）构建的三维坐标系中。其中的X坐标指左右轴的数值（即旁开），Y坐标指前后轴数值（即前后），而Z坐标指上下轴的数值（即深度）。通过确定靶点的三维坐标就可以定位颅内任一位置。在使用直角坐标系的立体定向术中，只要沿着三个互相垂直的平面按照预先计算的三维坐标垂直穿刺，就可以到达靶点。

极坐标系统（polar coordinate system）也叫球坐标系统。它将定向仪的中心作为球心，球表面的任何一点可以通过球的半径以及垂直平面和水平面的两个角度来确定。在极坐标系的立体定向仪中，只要确定球径和垂直、水平两个角度，向着球心穿刺就可以到达目标组织。

目前常见的弧形弓型定向仪多联合使用直角坐标系统和极坐标系统。定向仪由定位框架和与之相连的弧形弓组成。先通过X线、CT、MRI等影像学定位，计算出靶点的三维坐标，并将此设置为弧形弓所对的圆点（球心靶点）。基于球心与球体表面任一部位等距的原理，从弧形弓上按照极坐标系统选定的前倾/后仰角度和左/右侧偏角度向球心穿刺，当路径长度达到球体半径时，器械尖端则达到靶点。

需要说明的是，患者接受影像学扫描时，头架上通常要固定一个N形定位器（localizer）。定位器是由数组相互垂直的面板组成，上面固定有若干垂直和斜向的显影杆，形似字母N（图5-3-1）。显影杆中注有CT或MRI扫描增强剂。垂直显影杆用于在影像上测量靶点的X（左-右）和Y（前-后）坐标。基于N形原理和等腰直角三角形的几何关系，可以通过扫描图像（截面）上的斜显影杆位置来确定目标靶点的Z（深-浅）坐标。简言之，N形定位器的作用就是协助医生在医学图像中计算靶点的三维坐标。

CRW立体定向仪源自BRW立体定向系统。

1977年，美国犹他大学神经外科医生Theodore S. Roberts和医学院三年级学生Russell Brown设计出BRW头架（图5-3-2）。它的N形定位器是关键技术，解决了CT只能轴位扫描z值无法计算的问题。然而，BRW头架的基底为圆形，使用的是极坐标系统，计算角度（每条路径需要确定四个角度）比较繁琐费时，入颅点也不易调整。

Wells和Cosman在此基础上进行了改进，1988年CRW头架（图5-3-3）诞生并广泛应用至今。它的基座呈四方形，并且和BRW一样包含模拟架（phantom frame），因此在使计算和操作简便化的同时保证了定向精准。根据靶点位置，CRW系统在前后及左右维度上的移动可以达到±100mm，上下（纵深）维度上的移动可以达到80mm（向上）及63mm（向下）。根据路径需要，CRW系统可以在侧环上调整前倾后仰角（anterior-posterior即AP角），在弧弓上调整左右旁开角（medial-lateral即ML角）。这些设计使得借助CRW定向仪能到达的靶点区域较广，在操作中又可以细分为标准使用（仰卧位），侧方使用（侧位），前方使用（经蝶）和后方使用（靶点为后颅窝）。设备可以搭配活检器械、射频电极、脑深部电刺激电极、记录和刺激微电极、血肿排空器以及内镜等。首都医科大学宣武医院北京功能神经外科研究所自1998年创立以来一直使用CRW系统，认为其可靠、精准度较高，但是应该注意定期校正和做好日常维护。

受Spiegel和Wycis启发，瑞典医生Lars Leksell于1949年发明出第一代Leksell立体定向仪。此后，该系统经过不断地完善和优化现已在全球范围内得到广泛应用，并根据配合的不同影像学手段具体分为A、B、D、G型。在Leksell系统中，原点设定在右后上方，X轴向左数值逐渐增大，Y轴向前数值增大，Z轴向下（深）数值逐渐增大。Leksell-G型立体定向仪由定位框架、导向弓、定位器以及脑内操作器械和辅助配件构成（图5-3-4）。定位框架通过左右两个可上下调节的固定环与半弧形导向弓相连，前方的横杠向上弯曲是为了麻醉插管方便以及经鼻手术。当患者处于仰卧位或坐卧位时，X坐标通过导向弓的左右移动实现，Y坐标体现在定位框架上左右立柱的前后移动，Z坐标则通过左右固定环的上下移动对准。当患者位于侧卧位时，两个固定环分别位于患者头部的前后方（额和枕方向），Z值调整方法同前，而X和Y坐标与平卧位的相应数值互换。在鞍区病灶的经鼻-蝶入路手术中，医生反向安装Leksell头架而站在患者的前方操作。

具体使用中，首先按照三维直角坐标将靶点设于立体定向仪的中心，然后在极坐标系统下选择穿刺路径的AP角和ML角。这样在导向弧弓上沿着径向穿刺就可以到达目标。

第一代Leksell系统（Leksell-A）是为配合X线定位设计，之后出现的B、D系统也都可以搭配X线定位。X线定位是以显示颅内钙化组织（如松果体）、脑室造影等方法推断靶点坐标。因为变异度较大且操作繁琐（X球管发射出的X线呈圆锥形散开而非平行，因此需要结合螺旋线盘计算）而现在已经很少应用。Leksell-D型定向仪是世界上第一个能与CT定位匹配的系统，其中的关键配置在于嵌有N形金属丝的定位器（原理见本章第四节）。此外，仪器材料的变化（减少金属、使用塑料和碳纤维等）目的是尽量减少CT图像中的金属伪影。N形定位器中使用在CT和MRI上均可显影的显影剂。MRI扫描使得靶点的定位在传统依赖坐标的基础上可以结合可视结构，因而更加准确，手术精度也明显提高。在常规应用之外，Leksell-G型定向仪还可以结合放射治疗。1968年，Leksell及同事发明出世界上第一台以钴-60为放射源的γ-刀系统：借助Leksell立体定向仪确定治疗靶点，应用排列成（半）球型的众多钴-60放射源发出γ射线聚焦毁损靶区域组织。

20世纪90年代初期，影像学引导（imageguided）手术逐渐兴起。计算机技术的发展使CT与MRI的三维重建成为现实。通过神经导航设备，患者术中的头部位置可以与术前影像学图像实时对应。不再单纯依赖模拟架（phantom frame），医生可以直接在患者的个体图像重建模型中设计入路、靶点并模拟穿刺路径。在立体定向手术中，处理器通过红外线、电磁等方式跟踪手术器械，从而实现对穿刺过程的实时引导。这样的方法不需要在患者头部安装复杂的头框、定位器和导向弓，被称为无框架（frameless）立体定向手术。靶点坐标信息还可以传递至机械臂，由其按照术前计划自动完成穿刺及相关操作，实现所谓“机器人辅助手术”。

在无框架立体定向手术中，医生于患者头部固定一个小的适配器（adaptor）作为穿刺支点。目前常用的无框架立体定向设备有Starfix（FHC，Bowdinham，ME，USA）与Nexframe（Image Guided Neurologics，Melbourne，FL，USA）两套系统。前者要在手术前根据患者影像学资料制作个体化适配器（放置推进器的平台）。后者利用极坐标原理，在注册和定位后可以选择不同的穿刺路径。最近有公司研发出可以靠在或邻近患者入颅点的穿刺工具固定装置，不再需要用螺丝将适配器固定于头皮，因而更具优势。

理论上，任何立体定向操作都可以在无框架系统下完成，但是它尤其适合以下人群：①头部非常大或者非常小的患者。他们可能无法顺利、便捷地安装头框；②伴有严重驼背（kyphosis）或幽闭恐惧症（claustrophia）的患者。他们往往无法完全平卧或顺利地接受影像学扫描；③恐惧头框或身体状况较差的患者。他们对用颅钉固定头框感到恐惧或排斥，因此更愿意接受无框架手术。

无框架技术为立体定向手术提供了重要的替代选择。与有框架手术相比，它的最大优势在于患者舒适度和配合性明显增加。此外，患者的头部可以活动，不舒服时可以调整姿势，也较少有幽闭恐惧发作的担忧。在无框架手术中，图像扫描和手术计划可以在手术前1天或者更早完成。这样大大缩短手术当天的操作时间。特别是帕金森病或其他相关患者为配合手术需要停药的时间就可以缩短，从而减少不适。在精准性方面，文献中有诸多无框架和有框架立体定向手术的对比研究报告。来自多个中心的诸多项研究都支持二者的精准度相当。

传统上，患者的影像学扫描在立体定向手术前完成。受术中脑脊液流失等影响，大脑漂移（brain shift）现象可能会造成程度不同的误差。术中核磁的出现及应用可以有效减少大脑偏移的干扰，使得定位更加准确。然而，这就同时要求所使用的立体定向仪及相关器械具有核磁兼容性，因而成本较高。术中CT或O形臂扫描是相对经济可行的替代方案。

立体定向仪的发展历史是一个器械微小化、操作便捷化，伴随着不断增加患者舒适度的过程。无框架立体定向手术集中体现出这些特点和趋势，因而是未来的发展方向。

神经导航（neuronavigation）一词源于navigation，后者指在航海或陆地航行中依赖实时定位系统（real-time positioning system）选择简捷、安全的路径准确到达目的地。类似的，神经外科手术要求准确、安全、尽小创伤地到达手术靶点或者靶区域，继而进行各类外科操作（如切除、填塞、毁损、植入等）。将导航（navigation）的概念和原理应用于神经外科手术中，凭借电脑图像处理和手术器械追踪定位技术，能辅助外科医生优化手术入路、精确操作范围，这样的手术称为神经导航手术（navigated neurosurgery）。神经导航和立体定向技术融合后，医生可以不再依靠传统的头架和导向弓，而在导航仪引导下按照术前设计的路径穿刺，实时掌握入点、路径和终点。

导航的概念最早见于1907年Horsley和Clark在小动物身上的研究。他们借助于体外的解剖标志来确定体内脏器的位置，结果精度差，因而无法应用于人体。1947年，Spiegal和Wycis借助气脑造影术实现对软组织成功定位，并开创了导航在人体手术的应用。同期间，瑞典的Leksell和Riechert，法国的Talairach也发展了各自基于投影影像技术的定位方法。20世纪50～60年代，基于平面影像的导航技术被广泛应用于丘脑切开术。之后，CT的出现使三维图像成为现实，大大推动了导航技术的发展。1986-1987年间，Watanabe、Roberts及Basel多人几乎同时开发出不同的导航系统。Watanabe和Basel采用机械测量臂定位，Roberts采用超声波定位技术，而一般认为是Roberts首先将导航应用于神经外科临床。其后的二十年间，神经导航技术得到了飞速发展和广泛应用，这依托于诸多先进医学影像技术的出现，如功能磁共振成像（functional MRI）、核磁共振弥散张量成像（MRI-DTI）、核磁共振弥散加权成像（MRIDWI）、核磁共振波谱分析（MRS）、核磁共振灌注成像（PWI）、磁源成像（MSI）、脑磁图（MEG）、正电子发射断层成像（PET）、术中超声、术中CT/MRI的发展。除了影像技术的进步，导航系统中的定位技术也日臻成熟（详见“神经导航的原理”部分）。

手术导航系统的核心包括图像和定位两部分（图5-4-1），分别类似于航行中的“地图”和“罗盘”。首先，医学影像学的图像数据被传输至导航仪，这些数据可以包括CT、MRI、PET等。二维的数据经过导航仪的电脑分析处理得到三维立体图像，并用作导航手术的“地图”。接下来，通过对患者头部标记（marker）的注册（registration），将手术室中的患者实际头部位置和导航仪中的患者头部三维图像对应起来。注册使用的标记通常为固定于患者头、面部的标记物（纽扣或螺钉状标记，金属或塑料等特殊材料质地、在CT/MRI中可以显像），也可以利用患者的解剖标志或其头部安装的框架。值得一提的是，有些神经导航系统还可以实现包括blood oxygenation level-dependent（BOLD）functional MRI与diffusion tensor imaging（DTI）在内的多模态图像处理与融合，并且将术前勾画的靶区域边界（通过与手术显微镜连接）投射到术者的镜下视野，从而可以在术中减少或避免患者大脑功能区的损伤，降低手术并发症。

注册完毕之后，手术器械在患者脑部的相对空间位置依赖于其发出的信号被导航仪空间定位设备的捕捉和处理，该位置能在电脑屏幕上实时显示，用于指引术者选择入路到达靶点/靶区域以及在靶点/靶区域的手术操作。神经外科手术器械和导航仪空间定位设备之间的信号传递可以通过多种形式，包括机械（mechanic）定位、超声（ultrasound）定位、电磁（electromagnetic）定位和光学（红外，infrared）定位。机械定位是最早使用在导航术中的定位技术。它借助于将手术器械固定于机械臂（mechanical arm）上，后者有至少6个自由度且每个关节都有编码器，这样术中的器械操作就会通过机械手的几何模型和关节编码器的瞬时值反映出来，从而通过计算机的分析确定器械的位置。这种机械定位的典型精度为2～3mm，其优点在于不受周围环境的阻碍，缺点是较为笨拙，而且施在机械臂上的压力可以造成数据变化，同时存在固定装置和制动器的位移误差。超声定位是将手术器械上附着N（﹥3）个超声发射设备，通过测量超声波的传播时间来确定器械位置。该系统的绝对精度一般为5mm。其局限性在于温度对于超声波的影响、空气位移、空气的非均匀性以及发射器的大尺寸等。电磁定位是利用每一个电磁产生线圈可以定义一个空间方向、3个线圈则可以确定3个空间方向的原理。电磁定位精度较高（2mm），但对于工作空间中的金属物品敏感。现在神经导航中使用较广泛的是光学定位，即将手术器械上的红外线发光二极管作为测量目标，CCD摄像机（charge-coupled device camera）作为传感器，从而计算出手术器械的位置。根据CCD摄像机的不同，又可分为线阵CCD和面阵CCD，二者的精度分别为0.5mm和1mm。光学定位的优点在于精度高、灵活，但是它容易受术者手的遮挡，或者周围光线、金属镜面反光等的影响。

简言之，类似于普通导航借助“地图”和“罗盘”，神经导航依赖于医学影像处理技术和空间定位技术实时跟踪显示手术器械相对于患者脑部的位置，从而协助术者选择最优化（optimal）入路以及精准的手术操作。

神经导航技术自发明以来日渐成熟，已广泛应用于神经外科的多个分支。国内外已有不少文献报道了在各种神经外科手术中，神经导航对于病灶精确定位、最佳手术入路选择、提高病变全切率以及降低术后并发症方面的积极意义。例如：英国神经外科医生John Wadley在1999年发表的论文中，使用前瞻式（prospective）的研究设计，分析了2年中（1998—1999年）300例神经外科手术中的神经导航技术应用。这300例神经导航手术是从同期该中心实施的1433例神经外科手术中选择出来的。选择的标准在于医生评估认为这些手术可能会从神经导航技术中受益，比如在减少手术侵袭性、入路更精确、颅内小病灶快速定位、避开重要血管组织等方面。这300例神经导航手术覆盖了神经外科多个分支和多种神经外科手术类型，包括163例开颅术、53例立体定向下活检、7例神经内镜以及37例复杂的颅底手术。从病理分型分析，包括98例胶质瘤、64例脑膜瘤以及23例转移瘤。研究中发现，99%的神经外科医生能从导航的使用中增加对手术的信心；95%的神经外科医生认为在这些病例中借助神经导航技术要优于传统手术。此外，瑞典的Eboli医生还报道了神经导航在经蝶骨垂体腺瘤切除术（transsphenoidal pituitary adenomectomy）中的成功应用。

国内的相关研究也有类似结论。例如中国人民解放军总医院神经外科孟祥辉在2004年报道了22例应用神经导航的神经外科手术结果，其应用范围包括胶质瘤（14例）、脑膜瘤（2例）、海绵状血管瘤（4例）、淋巴瘤（1例）以及转移瘤（1例）。在全部手术中无手术死亡，作者认为神经导航有效的辅助了术中寻找病灶，提高了手术全切率，并且降低了手术并发症。首都医科大学附属北京天坛医院神经外科王硕在2001年的文章中报道了神经导航技术应用于32例海绵状血管瘤的成功经验：可以辅助病灶精确定位、手术入路选择以及降低医源性损伤。总之，迄今为止神经导航在国内外都已得到了较为广泛的应用，覆盖了不同疾病和手术类型。

相对于神经导航在其他神经外科分支中的应用，其在功能神经外科的使用较晚，但已同样展现出重要价值和积极意义，成为现代功能神经外科的重要手段之一。功能神经外科尤其强调患者神经功能的保护，许多手术的靶点/靶区域范围小且位于脑深部。如何尽量减少手术的侵袭性，快速、准确地寻找到靶点，在入路和操作中安全地避开重要功能区和血管组织，这些挑战都促进了神经导航在功能神经外科的应用。

癫痫外科是功能神经外科的重要分支。临床上，大约三分之一的癫痫患者对两种或两种以上的抗癫痫药物反应差，称为难治性癫痫（refractory epilepsy）。这些患者可以考虑通过外科手术干预控制或者减少癫痫发作。难治性部分性癫痫经过术前评估明确致痫灶的病例可以接受致痫灶切除术，这也是最主要的癫痫外科术式。同肿瘤切除术一样，癫痫灶切除术不仅可以借助神经导航技术设计最优的手术入路、尽量减少手术创伤性、准确地寻找到病灶，更为重要的是能在功能性影像和电生理数据引导下充分地切除致痫灶，同时保护运动、感觉、或者语言功能区，减少术后并发症，提高患者生活质量。2001年，Roux在 Neurosurgery杂志上发表文章，专门介绍在神经导航术中将功能影像和皮层电刺激结果的融合方法。癫痫在绝大多数情况下是非致命性疾病，因此同恶性脑肿瘤相比，其功能区的保护更为重要，也尤显神经导航技术在其中的价值。

颞叶癫痫是应用外科切除治疗最为常见和有效的癫痫类型（详见第三十二章“颞叶癫痫的外科治疗”）。除了常规的颞叶切除术（temporal lobectomy）以外，Yasargil和Wieser在1982年提出经外侧裂（transsylvian）选择性地切除颞叶内侧基底组织（mesiobasal temporal structures）这一手术方法。该方法可收到较好的控制癫痫发作的效果，然而外侧裂的暴露易导致血管痉挛和损伤。2000年，Wurm提出应用神经导航选择性地切除海马杏仁体（selective amygdolohippocampectomy），这一技术既保证了手术切除的精准选择性，又充分减少了对其他脑皮层和血管的损伤。

此外，对于全面性难治性癫痫，特别是失张力（atonic）发作形式，胼胝体切开是一种可以考虑的姑息性手术。它通过全部或者部分性离断沟通两侧大脑半球的胼胝体组织，旨在阻断大脑半球间的70%～80%的异常的兴奋与抑制神经传导，从而控制或者缓解癫痫发作。小儿神经外科医生Jea在2008年 Neurosurgery Focus上撰文提出：应用神经导航系统能在胼胝体切开术中帮助医生判断切开的程度（全部性或者部分性），以及选择手术操作的大脑半球侧别（为保护上矢状窦旁桥静脉）。所以相对于常规手术，神经导航在胼胝体切开术中也有明显优势和重要价值。

脑深部电刺激（deep brain stimulation，DBS）是一种微侵袭神经外科手术方法。它采用立体定向的方法进行精确定位，在脑内特定的靶点植入电极进行高频电刺激.从而改变相应核团的兴奋性以达到改善症状的目的。DBS是一种可逆的，可调节的神经外科手段，它已成功地在帕金森病和其他运动障碍病的患者中应用，其出现成为治疗运动障碍病的一个里程碑（详见运动障碍病篇）。DBS的良好效果取决于良好的患者选择及精准的电极植入等诸多因素，后者传统上通过有框架（framed）的立体定向外科手术（stereotaxy）实现，即通过在患者头部固定框架，建立三维坐标系，扫描头部图像及计算机重建确定靶点的三维坐标，继而在术中选择安全合适的入径，并结合电生理记录将电极准确植入靶点。有框架的立体定向手术的优点是准确可靠、精度较高，但是患者在从影像扫描到电极植入完成的全过程均要确保头框牢固不移，感觉不舒服且活动度受限。

如果将神经导航应用于脑深部电刺激术中，医生则可不依赖于头框而仅通过无线的红外定位就能在电脑屏幕上实时观察确认手术路径。患者也只需要在头部固定若干标记（markers），较少不适和紧张，并方便术中电刺激测试时的活动和配合，这样的方法称为无框架型脑深部电刺激术（frameless DBS）。和框架型立体定向手术相比，无框型DBS术在患者舒适度、缩短手术时间等方面明显具有优势，但是二者在电极植入精度方面的比较尚有争议。来自欧洲的一组研究者认为传统的有框型DBS的精准度略好，但是和应用神经导航的无框型方法差异并不大，且该差异不影响临床效果。更多的国外研究者则认为二者在精度上相当，即新型的无框型DBS也具有令人满意的电极植入精度。目前，国内的DBS术主要采取传统的有框架立体定向方法，尚未见到和无框型的比较研究报告。考虑到无框型DBS（应用神经导航技术）在患者舒适度、缩短手术时间等方面的明显优势，未来值得开展其更多临床应用及相关研究。

除癫痫外科、脑深部电刺激术外，神经导航技术还已应用于引导卵圆孔穿刺三叉神经半月节射频毁损术、针对神经病理性疼痛的运动皮层电刺激、针对慢性疼痛和抑郁患者的经颅磁刺激的线圈放置等其他功能神经外科疾病的治疗领域，展现出广泛的应用前景和重要的临床、科研价值。

神经导航术中脑组织结构可能因为各种原因造成移位，这样导航依据术前扫描和注册判定的手术器械位置与真实位置就可能存在差异，称之影像漂移（又称脑漂移，brain shift），国外统计其发生率高达66%。影像漂移又分为两种：一种是因为神经导航系统及手术设备（如头架或定位标记）松动、移位等引起的系统性影像漂移；另一种是由于术中脑脊液或病变囊液释放、失血、病变或脑组织切除导致颅内结构移位，或者通气、药物等引起的脑容积改变等所引起的结构性影像漂移。当脑漂移达到一定程度，将影响手术的精准。为了解决这个问题，可以行术中也称实时核磁扫描（intraoperative or real-time MRI）来纠正偏差。另外，掌握尽量减少到达靶点前的脑脊液或囊液流失等实际操作经验可以明显减少漂移的发生，降低对手术精准的影响，这些技巧的获得有赖于充分的技术培训和临床摸索。

随着显微神经外科的普及和微创治疗理念的提出，为了更好地保护患者神经功能、提高患者术后生活质量，神经导航系统在神经外科手术中的辅助作用已日益突出。如今，国外很多医院的神经外科已经将神经导航技术作为常规的辅助手段，国内神经导航的应用也不断扩大，特别是其在功能神经外科领域已展现出巨大的应用和研究价值。正如任何一项技术手段，神经导航有独特优点的同时也有局限性。充分地学习、实践、研究、发展神经导航技术将会促进神经外科包括功能神经外科手术更大的进步。

在第一台工业机器人UNIMATE出现后的24年即1985年，机器人开始被引入外科手术以辅助精准操作。传统的立体定向技术中，医生通过对医学影像的人工测量和计算确定目标结构的空间坐标，然后利用立体定向仪手动穿刺达到预定靶点，这样的方法具有较高的可靠性和精准性，但也相对费时，且穿刺路径具有一定局限。例如在CRW立体定向仪的常规使用中，由中央向左、右侧旁开的角度受导向弧弓限制不能超过55°，否则需要侧向安置定向仪。伴随数字化影像、手术导航和自动化技术的发展，医生只需要在术前设计软件中选择靶点和路径，机器人则可自动完成相应靶点的空间定位和到达执行。这样就摆脱了立体定向仪的框架限制，增进了操作自由度和自动化，有利于提升稳定性和手术效率，因此机器人辅助下的立体定向技术也成为近年来本领域内的重要进展之一。

神经外科机器人可以按照人机界面的区别分为三大类：①监控系统；②远程手术系统；③共享控制系统。在监控系统中，外科医生预先进行手术计划，然后机器人自动执行该计划，人可以不进行操作，只起到监控防止出差错的作用。远程手术系统中，外科医生与机器人之间是主从关系，外科医生通过手柄控制机器人完成手术操作。而共享控制系统中，机器人只起到增强外科医生手的稳定性的功能，手术操作仍然需要医生直接完成。

现代的神经外科手术机器人系统是相当复杂的系统，包括手术计划系统、配准注册模块、头部固定系统、手术器械把持系统以及安全系统等。不同模块均有多种硬件及软件上的解决方案，对于功能神经外科医生来说，更重视对于这些工具的具体应用，了解其不同的适用范围。由于自动化程度的提高，我们着重强调一下其安全系统。因为机器人如果出现不受控制的运动，会给患者造成损伤，因此均要设计有急停功能。此外还要防止出现电击或热灼伤，避免污染术野。虽然设计有这些安全系统，还是需要助手注意可能出现的误操作。如果出现停电，要停止操作，并可手动取出手术器械。此外现代的机器人还设计有患者体位监测和禁止进入区域。

早期的机器人属于第一类，需要提前计算出手术靶点坐标，机器人可以完成探针的放置，如第一台机器人-可编程流水线通用机器人（Programmable Universal Machine for Assembly，PUMA）和NeuroMate ^TM（英国雷尼绍公司）。早期这些机器人很大，缺乏感觉反馈，也没有图像引导系统。后来出现了图像引导的机器人系统，如CT引导的Minerva（University of Lausanne，Switzerland）和MRI引导的多种机器人。随着技术进步，这一类机器人的体积有所缩小，如第二代的NeuroArm同样体积下比第一代多一个机械臂，此类机器人均适用于立体定向手术。目前临床广泛应用于神经外科的机器人包括英国的NeuroMate ^TM和法国Medtech公司的ROSA ^TM，中国也开发了类似的机器人系统。这些设备由于整合了最新的计算机技术和机器人技术，采用多种注册和配准方式，如体表标记点注册、颅骨植入标记点注册、框架标记点注册、无标记点的激光自动注册等，明显提高了注册和配准的精度；多自由度的机械臂和自动传感装置，使机器臂操作精准度高，可重复性强。由于伴随设备提供了直观且功能强大的手术计划软件，其临床应用场景很多，如脑组织活检术、射频/激光毁损术、DBS植入术、癫痫灶定位的SEEG深部电极植入手术、需要导航功能的开颅手术（如：肿瘤切除、致痫灶的切除等）、神经内窥镜手术（如：错构瘤、脑囊肿、颅咽管瘤、垂体瘤的切除术等）和锁孔入路手术等。

第二和三类机器人增加了感觉反馈功能，应用范围不仅仅局限于立体定向手术，如日本信州大学的NeuRobot和美国的机器人辅助显微外科手术系统（The robot-assisted microsurgery system，RAMS）。在此不一一介绍。

人机界面的发展使外科医生可以通过视觉模拟、听觉反馈和力反馈感受到手术操作的信息，而这些信息结合患者的影像数据同时呈现给术者时，会产生很强的实境感。这些信息随着技术发展还会不断增多，不断引入新的影像数据以及影像后处理结果的整合，能够持续增强机器人在外科手术中应用价值和精准度。这将是未来的重要发展方向。

本节介绍立体定向手术的基本步骤和手术技术，包括术前准备、安装头架、影像扫描及融合、手术计划、手术操作、手术麻醉和术后管理多个环节。

立体定向手术的术前准备主要包括手术评估、人员准备、物品准备及术前宣教。手术评估的目的是通过对患者症状、全身及神经系统体征、辅助检查结果等信息进行综合分析，必要时经由多科会诊讨论，选择具备手术适应证且无绝对禁忌证的患者作为手术对象（参见本书各类运动障碍病相关章节）。适当的患者选择是良好手术疗效的前提。对于因并存病而具有相对禁忌证的患者，应该待其并存病控制平稳后择期手术，并针对具体病情做好相应的处理预案。

人员准备包括手术医生、麻醉医生、电生理专家、医学影像学人员、手术室及病房护士等多学科团队的建立、沟通和配合。中心内标准流程的建立和定期沟通的机制有助于提高手术安全性和效率，并降低并发症。

物品准备除常规仪器和药品的备置外，应特别注意立体定向仪的定期校准，否则易导致立体定向手术中的系统误差。部分立体定向仪（如CRW系统）具有模拟架（phantom frame），有助于术前校准和纠偏。

由于多数立体定向手术可于局部麻醉下完成，患者在手术中意识清醒，能够听到如钻孔等操作声音，加之体位在手术床上相对固定，极易有不同程度的紧张或焦虑，甚至严重时因无法配合而终止手术。因此，医生充分的术前宣教能够使患者预知手术流程、了解各个步骤的目的，对于缓解其紧张情绪及稳定血压、提高术中配合度、保证疗效和减少并发症具有重要意义。必要时，还可于术前2小时给予患者适量口服镇静药（如2.5～5.0mg地西泮）。

在立体定向手术当天，医生首先需要为患者安装固定头架（头框）（图5-5-1）。不同的立体定向仪头架设计有所区别，但是原则不变，即将头架尽量端正牢固地通过颅钉固定于患者头部。一般有两位医生参加头架固定操作，其中一位医生固定头架位置，另一位医生安放并旋紧颅钉。患者取坐位接受头架安装。颅钉固定前，将双侧耳杆轻插入患者耳道以协助将头框摆正。注意勿使头框旋转、倾斜或过度俯仰。头架的角度和患者AC-PC线大致平行为佳。固定颅钉前，在患者头皮对应位置做局部麻醉（北京功能神经外科研究所使用0.25%布比卡因和1%利多卡因混合液）。颅钉固定强度应该适宜，既要有充足力度防止松脱，又要考虑到患者颅骨厚度（和年龄等个体因素有关），避免用力过大造成骨折。安装头架完成后，轻轻撤除耳杆，检查头架稳定性，确认勿发生明显偏移。

标准图谱的靶点坐标转化为立体定向仪的坐标，需借助影像学技术。

影像学扫描前，医生为患者在固定好的头架上方安置N形定位器。注意确认定位器显影杆中的显影剂处于充满状态；定位器和头架对合良好，勿发生错配和偏斜。

CT图像显示颅骨清晰，但是对脑组织分辨率较差，大多数医学中心使用MRI作为影像学扫描手段。高场强MRI扫描在提高组织分辨率的同时增大空间失真（spatial distortion）。李勇杰团队早期使用1.5T-MRI（手术当天在安装头架和N形定位器后进行）作为图像扫描手段，2011年后转变为应用CT图像（手术当天在安装头架和N形定位器后扫描）为基础，融合3T-MRI及MRV（手术前数日即可完成扫描、无须安装头架和N形定位器）。这样既可以显示精细结构、降低空间失真，又能够指导在手术路径设计中避开脑表面的粗大静脉。此外，DTI图像近年来也被尝试用于指导立体定向手术。因为通过对脑内纤维束的走行分析可以为靶点精准定位提供重要的辅助信息。

部分运动障碍病患者由于头颈部及全身的不自主运动影响了MRI检查的顺利进行，需要给予镇静药物后才能进行MRI检查，一些严重运动障碍病患者及小儿需要全身麻醉后才能检查，而MRI扫描室有其特殊性，针对此类患者的特点我们总结出常用的麻醉方法如下：

小儿可采用水合氯醛口服液80～100mg/kg，待患儿入睡后即可进行MRI检查。对于口服水合氯醛仍不能入睡者或成年患者，可采用静脉注射安定注射液0.05～0.1mg/kg，待患者入睡后可进行MRI检查。严重震颤或扭转痉挛难以控制患者需要持续静脉麻醉后才能进行MRI检查。具体方法是静脉注射咪达唑仑及小剂量氯胺酮，然后持续静脉输注丙泊酚2～3mg/kg·h，或采用简易的方法，将丙泊酚200mg加入100ml生理盐水中，维持60～80滴/分钟，待患者安静安装立体定向头架后送至MRI室。在MRI室内患者入仓前，调整麻醉深度（丙泊酚剂量），观察患者生命体征无异常后，将患者置于仓位进行MRI检查，医生、护士及家属应在检查室内监护陪同，待检查接近结束时即停止丙泊酚滴注，并观察患者麻醉恢复满意后送至手术室或病房。

患者禁食水按手术标准执行，术前6小时禁食，开放静脉，并将患者置于平车上。麻醉前常规监测ECG、BP、HR、RR、SpO ₂，监护直至MRI室入仓前，有条件的应全程监护，但因MRI室特殊性，专用的监护及麻醉设备价格昂贵，多数医院可能难以满足需要。麻醉前应准备人工呼吸设备，如面罩、简易呼吸器、氧气袋、口咽通气道、喉罩、吸氧管等应急物品。

现在已有多家公司推出形式及功能各异的手术计划系统，先进的神经导航仪也具备术前计划的模块，它们的基本工作程序都是首先将相关图像经过软媒介（网络）或硬媒介（光盘、U盘等）导入工作站，经过融合和三维重建，构建立体模型。李勇杰团队目前使用的是StealthStation（Medtronic，USA）神经导航系统。

医生利用医院的图像存储与传输系统或者CD光盘，将患者头部的CT图像和MRI图像传入导航仪中，以CT图像为基础，与该患者的MRI图像（可包括T ₁、T ₂结构像、MRV图像，某些神经导航系统还可以处理DTI图像）在导航仪中进行自动融合。导航仪界面即可呈现出患者脑部冠状位、轴位和矢状位的二维影像以及三维立体图像（图5-5-2）。医生结合标准图谱和个体差异在二维或三维图像中选定手术靶点（不同靶点的解剖坐标详见后续相关章节）。手术计划软件能够自动计算出该靶点相对于立体定向仪头架的三维坐标，即操作坐标（图5-5-2）。这个步骤过去依靠医生在影像学工作站手动计算，才能将靶点的解剖坐标转换为相对于立体定向仪的实际操作坐标。

在神经导航仪及手术计划软件中，医生还可以通过模拟穿刺路径选择适当的入路和角度。路径经过大脑皮层处尽量选择避开静脉和脑沟的位置（图5-5-3）。注意观察路径是否穿过脑室或其他重要组织。当选择丘脑底核（STN）、丘脑腹中间核（VIM）或苍白球腹后核（PVP）作为靶点时，手术路径一般避开侧脑室。当选择丘脑前核（ANT）作为靶点时，可选择经脑室之路径。路径的选择除了考虑避开粗大血管、大脑皮层重要功能区外，应尽量贯穿靶点结构的最大径。

图像扫描完毕，医生将患者头部的N形定位器轻柔卸下，并与手术室护士协助患者半坐卧位于手术床上，立体定向头架与Mayfield头架相连，牢固固定于床头（图5-5-4）。患者肩背及双腘窝下可垫适当软枕。术前建立好静脉通道，一般选择术中观察的对侧肢体。在半坐卧位时，部分患者可能出现静脉回流减少、低血容量、低血压、静脉空气栓塞、气脑等不良事件。应该注意预防及发生后及时纠正。

根据靶点坐标设置好立体定向仪的相关参数和角度，在模拟架验证无误后与患者头皮上标记相应入颅点和切口。常规消毒、铺单，在头皮切口实施局部麻醉。术中视需要可静脉使用丙泊酚以及芬太尼用于镇静、镇痛。γ-氨基丁酸（GABA）类镇静药物如咪达唑仑已被证实对微电极记录有抑制作用。右美托咪定具有镇痛、镇静、抗焦虑及稳定循环功能作用，小剂量（0.1～0.3μg/kg·h）多被认为不影响震颤的观察，但应注意大剂量（﹥0.5μg/kg·h）右美托咪定可抑制震颤。在手术中，医生可以同患者语言交流，了解其是否出现感觉异常等不适；进行相关运动、感觉检查和任务测试；评估症状改善效果；以及测定出现副反应的电刺激强度阈值。

局部麻醉后，切开头皮并用乳突牵开器牵开。医生在设计的颅骨入点实施钻孔，十字切开硬膜，观察脑表面有无粗大静脉。必要时通过调整穿刺角度或入点躲避血管。确认患者血压稳定，常用的降压目标为MAP﹤95mmHg或SBP下降10～20mmHg后，缓慢轻柔地实施穿刺（图5-5-5）。建议降压药物采用微量泵经静脉输注的方式进行，便于动态精准控制。中老年患者尤其是长期存在高血压、冠心病、脑梗死等病史者，降压速度不宜过快或幅度过大。

在套管针穿刺完毕后，缓慢拔出套管针芯，注意动作不宜太快，防止造成负压抽吸。利用推进器可以将手术器械（如射频电极、脑深部刺激电极、活检针等）缓慢送至预设靶点处，市场上现有的推进器多数可由电脑自动控制器械推进速度及距离，也具有手动控制功能。在脑深部核团毁损术或脑深部电刺激术之前，多数中心会进行术中微电极记录以实施电生理辅助定位，参见第十章及第十一章相关内容。医生确认精准到达靶点后，根据疾病实施特定的手术操作（例如温控射频毁损、DBS电极植入等）。根据具体的疾病和手术，操作过程中可能会配合持续的运动和感觉测试，观察患者的症状缓解情况，测定诱发出患者副反应的刺激强度阈值，尽量预防和避免并发症。手术结束时严密缝合头皮，预防脑脊液外漏。

对于立体定向手术中的脑深部电刺激术而言，按照上述步骤完成电极植入后还需要在同期或者二期完成全麻下脉冲发生器及电极延长线埋置术。患者取仰卧头侧位，手术侧肩下可放置软垫以抬高胸部便于操作。全麻后消毒头皮、耳后、颈部及上胸部皮肤。耳后做一长约3cm纵切口。锁骨下3cm处作一长约6cm之横切口，并利用钝性分离建立皮下囊腔（大小以良好容纳脉冲发生器为宜）。应用脑深部电刺激器装置包中的通条，在头部切口与耳后切口之间、耳后切口与锁骨下切口之间做两段皮下隧道，隧道中分别放置电极延长线和脉冲发生器连线。在头皮切口处，将电极线末端与电极延长线相连。在耳后切口处，连接电极延长线与脉冲发生器连线。在锁骨下切口处，将脉冲发生器连线的插头插入到脉冲发生器插槽内，通过螺钉拧紧固定，旋拧到位。将过长的连线小心盘绕在脉冲发生器后方，将脉冲发生器及后方盘线置入皮下囊腔中，并用丝线固定于胸部筋膜以防移动，分层严密缝合各切口。无菌包扎。

运动障碍病的立体定向手术麻醉方案应该结合具体的疾病、手术类型和患者情况而综合决定。脑深部核团毁损术的麻醉多数只需要镇静和适度地控制性降压即可（见上文）；脑深部电刺激术则分为两阶段：第一阶段（电极植入）的麻醉同脑深部核团毁损术（见上文），第二阶段（植入刺激发生器、建立电极延长线的皮下隧道、置入电极延长线）则需要在全身麻醉下完成。

在脑深部电刺激术中，曾经有人在局麻+神经安定镇痛术下完成第二阶段的手术过程，因为存在局麻镇痛不全，补充静脉麻醉用药量少，患者可能出现躁动而影响手术，而静脉麻醉药量较大时则易发生舌后坠，甚至呼吸抑制等情况不利于麻醉管理，现已弃用。气管内插管全身麻醉是脑深部电刺激手术早年常用的麻醉方法，其麻醉深度比喉罩全麻深，在浅麻醉下易出现呛咳，而较深麻醉又不利于手术后苏醒，所以本中心目前更多的采用喉罩全身麻醉。喉罩是近年来兴起的全身麻醉通气装置，最适用于中短型手术的全麻需要，其使用方便，插管时应激反应小，浅麻醉下可以耐受，术中麻醉易于控制。相关操作需要注意以下事项：

长期使用左旋多巴的患者在麻醉诱导时可发生显著的低血压或高血压，可能的原因为相对血容量不足、儿茶酚胺耗竭、自主神经功能失调和对于儿茶酚胺敏感。显著低血压时应给予小剂量直接作用的缩血管药物，如去氧肾上腺素。麻黄碱可间接促进多巴胺的释放，降低脑内浓度，不推荐用于帕金森病患者升压治疗。

采用持续输注丙泊酚或联合应用瑞芬太尼，避免应用安氟烷，其可增加心脏对儿茶酚胺的敏感性，诱发心律失常。异氟烷和七氟烷由于血管扩张作用容易导致低血压；肌松药宜选用短效非去极化肌松剂，首选顺阿曲库铵，不经过肝肾代谢。5-羟色胺能神经元将外源性左旋多巴脱羧成多巴胺，因此高选择性5-羟色胺3受体拮抗剂托烷司琼应慎用。报道中丙泊酚的平均输注速率为50μg/kg·min。如果应用靶控输注（TCI），由于帕金森病患者的丙泊酚药代动力学与常人不同，应适当减少药量。此类患者麻醉诱导及维持应减少药物剂量至常规剂量的1/3～1/2左右。

由于立体定向手术中脑脊液不可避免地存在不同程度的丢失，为尽量减少其造成的脑组织位移及电极位置偏差，故在术中多采用头高位。这样可能会引起气体进入，若关颅前气体未充分排出可出现颅内积气，进而导致患者全麻后苏醒延迟，患者不明原因不醒，头颅CT可见颅内积气，一般数小时后气体吸收症状缓解。

操作规范得当的立体定向手术总体安全性较高，但是一旦发生颅内出血等并发症，不仅可能影响患者的术后恢复和顺利出院，手术疗效也可能因此减弱甚至消失。密切关注患者术后的病情转归、及时复查头部CT、血压控制、切口严格无菌换药等都是减少患者术后并发症的有效手段。一旦发现颅内出血、感染、脑脊液漏等并发症，应该立即做相应处理。颅内出血是最严重的并发症，既可发生于脑皮层的穿刺入口处，也可能位于穿刺路径或者靶点处。出血量较少时，保守治疗可以恢复；当出血量较大时甚至可能危及生命，需要立即进行开颅清除血肿。脑深部电刺激术系植入性立体定向手术，应该特别关注患者是否有对植入物的排斥或者感染等并发症。精神症状和癫痫发作也会在少数术后患者中出现，前者多见于年龄较大、认知功能有所下降或骤然停药的帕金森病患者，也可能与术后颅内积气有关。多数精神症状可于镇静治疗后在数天至一周内缓解甚至消失。对于立体定向术中及术后出现癫痫发作的病例，首先应排除其颅内出血的可能性，给予抗癫痫药物多数能够有效控制发作。待患者数周甚至1～2个月再无癫痫发作后，可缓慢减药至停药。对于有癫痫病史的患者，围术期适量预防性应用抗癫痫药物可能是适当的措施。

立体定向手术切口小，损伤轻，患者术后恢复较快。术后既不宜过度活动或激动以防止血压过高造成脑出血，也不提倡过久卧床，因为后者有增加深静脉血栓形成的风险。

DBS疗法术后管理还包括脑深部刺激器的开启、测试和参数调整（详见本书第十六章第十七节“程控技术”相关内容）。另外，帕金森病等疾病的患者在接受立体定向手术后不能立即停药，必须在医生指导下继续口服药物，并接受康复等综合治疗。

立体定向手术在不同的医学中心操作执行各有异同，与该中心的技术传统、设备配置、手术医生、疾患病情等多种因素相关。美国科罗拉大多学神经外科Abosch教授调查了全球23个国家共143家中心DBS术的步骤和流程，报告详细分析了其中异同及原因，是针对该议题的全面总结。

目前国际上有框架立体定向手术远比无框架技术使用更广泛，且通过前者更便于了解立体定向术的基本原理。无框架立体定向技术免除了头架固定的繁琐步骤，但需要增加手术前注册环节。在此基础上，机器人（或机械臂）辅助立体定向术可以自动执行靶点穿刺（详见第五章第四节），在多靶点手术中具有节省时间的效率优势。

立体定向脑活检技术是随着人类对大脑结构了解的程度、对中枢神经系统疾病熟悉的程度、现代诊疗技术的提高出现的，并不断成熟、不断发展的诊疗技术。立体定向活检技术的发展除了立体定向框架技术的不断的改进外，更重要的是影像学技术的发展，这其中包括传统放射性影像技术、现代核磁共振成像技术、核医学技术、超声技术等。所以，立体定向活检术被定义为影像引导下的立体定向活检技术（stereotactic and image-guided biopsy）。

虽然在过去的30年里，医学影像技术因为CT技术的诞生而发生了天翻地覆的改变，这一技术让神经系统疾病诊断发生了从“盲诊”到“可视”的变化。然而，仍然有很多颅内疾病不能完全确诊，很多的病理细节在就诊阶段无法明确，临床上需要一个确定的病理诊断来制定下一步的诊疗计划，因为外科手术切除不是所有的颅内占位病变的首选治疗措施，例如淋巴瘤等。另外，还有一部分颅内占位病变，随着基因技术的发展，神经外科大夫、肿瘤科大夫对它有了新的认识，那就是可以在手术切除之前尝试单纯的化疗，尤其是在肿瘤占位效应不明显的时期，如少突胶质细胞瘤等。当病变部位位于重要的神经功能区或者大脑深部状况时，如基底核、运动区、感觉区、语言区、下丘脑、脑干等，这个时候立体定向活检（或者合并治疗）技术就显得更有优势。

神经内科某些疾病，在影像学检查下很难与一些颅内占位疾病鉴别，需要立体定向活检术后，获得病理结果才能制订进一步治疗方案。例如神经脱髓鞘疾病。现代核医学的发展日新月异，不少临床工作者对于某些预后较差的神经肿瘤患者在立体定向活检技术下做了工作，尝试着在先进核医学技术引导下完成（PET）对占位病变的组织学确诊的同时，能达到某种程度外科切除的治疗意义，并且并不影响患者最终的治疗预后。所以，在未来可预见的神经外科领域，立体定向活检技术将有着持续存在的意义。如果手术之前能确诊组织学的特征，来自组织病理学检查的信息可以指导外科手术计划的制订；对于感染性病理，可以使用活检组织来测定抗生素敏感性，以优化医疗管理。

需要立体定向活检的患者也可以受益于在相同过程中可能发生的其他类型的立体定向干预，例如病变结构内包裹液体成分（例如，脓液或血液）的患者在进行活检后可能同时完成立体定向引流操作。包括在手术时将导管放置到肿瘤腔中对术前预期需要慢性引流的用于囊肿的手术完成经皮引流。这些类型的疾病如果在治疗计划制订前没有外科手术取样确定病变性质，将很难进行或者完成治疗过程。在面对一些疾病的诊治过程中，开颅手术和立体定向活检手术操作属于两者均可的模糊选择状态，当病变部位位于某些重要的神经功能区或者在大脑深部状况时，如基底核、运动区、感觉区、语言区、下丘脑、脑干等，这个时候立体定向活检（或者合并治疗）技术就显得更有优势。

立体定向活检技术的适应证其实没有特定的指征，因为存在个别案例的可能，总的来说包括以下几类：中枢神经系统肿瘤，如胶质瘤、转移瘤等；感染性疾病，如寄生虫感染（囊虫病）、脓肿等；血管病变，如海绵状血管瘤等；脱髓鞘疾病，如多发性硬化；炎症性疾病，如结节病等；位置较深，开颅手术带来的创伤远大于疾病带来的损伤，如较小的下丘脑错构瘤等。

立体定向活检手术禁忌证没有完全的共识意见，一般以下情况作为禁忌或相对禁忌：患者严重出血倾向、病变位于脑深部、一般情况较差伴有明显心肺功能障碍不能耐受外科操作等；明确的血管畸形，闭合性手术操作可能带来不可估量的出血风险，如高度怀疑动静脉瘘或动静脉畸形伴随者；病变位置不可能或者完成操作会带来其他明确并发症者，如脑室内脓肿等；开颅手术切除能明确达到更佳治疗预后情况者，如大脑凸面脑膜瘤等；如果经过腰穿脑脊液检查等创伤更小的操作即有可能获得明确诊断时，则无需选择立体定向活检来获得组织学的确诊；HIV携带者，只能作为相对禁忌证。如果术后消毒设备能够达到要求是完全可以进行立体定向活检术的。

1.普通活检针　直径1.5～2.5mm，远端平齐。针芯约长于活检套管，末端圆钝。手术时，由导向器将带针芯的活检针送至靶点，取出针芯，连接注射器，在持续负压吸引下缓慢退出活检针，即可获得组织标本。但这种活检针对于组织结构比较致密的病变，阳性率低，目前已很少应用。

2.Backlund螺旋型活检针　在普通活检针的基础上增加了一根带螺旋的针芯。即在针芯的远端连接一段长10mm的钢丝螺旋，约含10个螺纹，间距1mm。手术时，先将带普通针芯的活检针导入距靶点3～5mm的位置，拔出普通针芯，插入螺旋针芯。当螺旋尖端与活检针远端开口处平齐时，按螺旋的方向缓慢旋转针芯，直至螺旋全部进行靶区组织内，此时螺旋位于以活检靶点为中心的上、下5mm范围。固定针芯，将活检针管向反方向旋转推进10mm，同时拔出针管和针芯。此时，螺旋内已嵌入活检组织。取出针芯，按螺旋反方向旋转，可取下直径1mm、长10mm的组织。

3.Sedan侧方开口活检针　外套管直径2mm，其内为一中空针芯，套管和针芯的尖端均封闭圆钝，侧方有一10mm的开口，也有开口长度为3mm的小开口活检针，主要针对脑干等特殊部位的活检。手术时将套管和针芯开口交叉封闭，沿导向器一起置入靶点，将开口重叠，此时开口中心位于活检靶点处，连接注射器进行负压抽吸并反向旋转外套管。在一个靶点上，可分别在前后左右四个方向取出四块组织标本。活检可同时进行抽吸、冲洗、注入药物等操作。

4.Gildenberg活检钳　外套管直径2～4mm，其内可置入特制活检钳。活检钳钳口大小有1mm×2mm和2mm×2mm两种，活检钳的手柄侧有刻度显示以便了解活检钳在套管中的位置，手术时，经导向器将套管置入靶点，先行抽吸，如获取足够的组织标本，则不需要使用活检钳，否则，将套管针后退10mm，再经套管内腔导入活检钳，当活检钳导入至第一刻度时，活检钳顶端正好到达套管远端。继续深入至第二刻度，钳口即可张开，此时活检钳尖端位于套管远端下5mm。活检钳口完全张开后继续深入5mm，关闭钳口，即可获取活检组织标本。

5.其他相对应的、针对不同深度的穿刺套管及固定器（图5-6-2）。

1.为患者安装立体定向头架或者无框架Mark点，完成相关影像扫描（CT/MRI）。

2.在相关手术计划系统下完成对活检靶点及入路的设计和确定（本中心选用Medtronic Framelink stealth station计划系统）。靶点位置选择应根据病变类型不同而有差异，如实体占位病变应选择在中心区域，伴肿瘤内坏死者应选择强化明显区域，并做到多点选择。而入路选择原则以最短穿刺过程，同时避开皮层及重要功能区和核团。现有的MRV和MRA成像可以让穿刺针道合理避开明显的动脉和静脉，减少出血风险。

3.手术多在局麻下完成，也可以在全麻下进行，依据患者一般情况和配合程度决定（相关内容参见麻醉章节）。

4.选用开颅钻完成颅骨钻孔后，锐性十字切开硬脑膜，皮层上完成止血、切开、针道形成步骤，按照术前计算靶点数值将立体定向活检针或立体定向活检钳深入至靶点。

5.穿刺及采取病变组织时，进针要缓慢、轻柔；退出活检针时若阻力明显，应缓缓放开活检组织，不可用力撕拉，以免伤及重要结构。

6.拔出活检器械、止血。

7.取下立体定向仪，缝合头皮切口。

基于成像模式在组织的辨认度和清晰度方面改善，显著地提高了立体定向技术活检诊断的准确性和安全性，并且减少了重复活检的几率。此外，立体定向活检设备的改良，使活检技术难度最小化，并降低了并发症的发生率。

20世纪80年代，计算机断层扫描（CT）技术的诞生使得立体定向活检技术得到了真正意义上图像引导。这之前神经外科医生一直采用脑血管造影、人工气颅等技术来推断颅内病变的位置，或者使用脑室造影术来辨别脑室的解剖结构。CT最早就是应用于神经外科领域，针对颅内疾病的开颅手术治疗发挥了重大优势。早期的CT引导下活检，就是在无定位装置下“自由手”开颅活检。在开颅钻孔之后，推进活检装置，并且进行重复的CT扫描以确定活检仪器与病变的相对位置。这种技术对于较大的、颅脑表面病灶成功的几率比较大，但对于脑深部较小的病灶则精确度有所欠缺。

具有良好准确性和实用性的立体定向系统与CT导向技术相互结合，才让准确获取脑内任何部位的脑组织成为可能。框架的原点是固定的，病变的坐标可以通过立体定向定位仪在CT上计算出来。立体定向技术和神经导航技术的融合，还能计算出手术的入路以及到达病变前的路径。对于较小的病灶，可以采用CT薄层扫描。CT对软组织不敏感的特性，不适合于定位脑内核团等结构。但对于出血或者验证活检器械和靶点的相对关系时，CT无疑有着耗时短、容易操作的优点，而且CT没有MRI中图像扭曲（distorsion）的现象。重要的是，CT是作为融合元素在完成立体定向活检，并非作为脑实质内病变的定位和定性使用。

核磁共振技术（MRI）使非侵入性颅脑成像的鉴别诊断能力明显增强。使用标准MRI技术可以更清楚判别CT难以显示的病灶或结构。当然，对于立体定向活检操作来说，MRI导向也有其劣势，如检查时间较长、图像会发生扭曲等。有时坐标偏差可以达到2mm。MRI图像作为导向完成活检穿刺，即便穿刺位置相对CT更准确，仍有不能确定组织病理学的可能，这和取样位置不够典型有关，因为MRI只能提供结构信息，而对病灶组织的代谢情况不能准确反映。临床上也容易遇见胶质母细胞瘤术后复查MRI时不能确定增强造影下高信号区域是组织水肿还是肿瘤复发。MRI导向在立体定向活检中准确与否，一方面部分取决于外科操作的准确性，另一方面也取决于MRI对病变的可视化程度。非肿瘤性病变依据MRI图像引导下的活检小组织样品病理确诊率较低，仅有47.8%，剩下的病理报告多为“反应性胶质增生”。MRI引导下立体定向活检操作时，组织样本应在病变的不同区域进行，以提高诊断的阳性率。

MRS是近年来在MRI基础上发展起来的一种能了解局部大脑神经元活动信息的技术，利用核磁共振现象和化学位移作用，测量脑内相关区域中各种元素和化学分子的波谱来达到检查的目的。能弥补普通MRI技术对于肿瘤学病变与非肿瘤性病变、肿瘤复发与肿瘤坏死难以区分的缺陷，使得活检取样更具有目标性。MRS图像下通常选择Cho/NAA比值最大区域作为取样靶点区域，因为Cho/NAA比值最大区域代表该部位神经元破坏程度最严重而肿瘤细胞增生最快，通常该部位是细胞密集且最有可能代表病变的区域。其他的数据如Lac/NAA则可能代表肿瘤坏死区域。所以，MRS引导的立体定向脑内活检能显著提高活检组织的阳性率，准确性更高。但是MRS也有扫描和后期处理时间较长，对病变接近颅底时会因为颅骨信号的干扰而使准确度受到影响的缺点。

正电子发射计算机断层扫描（PET）成像有别于CT和MRI，不是以识别人体解剖结构为优势，而是能够检测到组织功能的变化，甚至早于解剖结构变化之前。PET扫描根据不同的被检组织类型和功能的不同，使用具有不同速率的放射性标记的分子探针，让解剖结构的局部血流变化可视化和相对量化（作为注射的正电子发射体的量度）。CT或MRI导向的立体定向活检，存在对取样组织定位的不准确性，这可能导致误诊或不正确的组织学分级。而PET导向的立体定向活检通过评估靶向组织的代谢分布来判定脑肿瘤的异常代谢区域，以确定活检的靶向组织。CT和PET融合影像导向的立体定向活组织靶向组织诊断正确率可达100%，而单独使用CT导向的立体定向活检，约有17%是非确诊性的结果。此外，CT图像上未见明确异常的部位，而采取PET图像引导后能获取到具有确诊意义的活检组织。这些结果表明，PET引导可以增加立体定向活检的诊断正确率，而不增加手术相关并发症的发生率。MRI和PET融合后导向的立体定向脑活检在小儿神经外科领域获得更佳的精确度和诊断正确率。

颅内胶质瘤活检有新的标记物，用 ¹¹C-甲硫氨酸（MET）作为示踪剂取代 ¹⁸F-氟脱氧葡萄糖（FDG），因为MET能提供更敏感的信号。PET技术应用在高级别肿瘤活检时能显示出更大的优势，因为高级别肿瘤增强的代谢状况能明显地显示不同的摄取区域，而较低级别的病变可能不显示增加的摄取。在胶质母细胞瘤的PET图像显示最高代谢区域，获取足够量的肿瘤组织，随后完成常规的化疗、放疗等辅助治疗。其疗效与不全切除肿瘤组对照，远期预后无明显差异。所以在具备完全的影像资料引导下完成立体定向活检技术，有时候已经不只是一个简单的诊断技术，同时也能获得治疗的效果。

立体定向活检技术往往不是单一影像导向的，常常是CT和MRI或者CT / MRI和PET间的融合技术下共同完成。影像融合技术下的立体定向活检是一种非常可靠的技术，在神经外科肿瘤病理获取时能增强对肿瘤成像的认识，并在肿瘤组织内显示一致的形态学相关性。

术中超声检查（Intraoperative ultrasonography，IOUS）的应用，可以帮助医生解决脑结构移位带来的靶点偏差。由于特殊探针的发展，可以通过穿刺孔获取颅内结构的精确图像。用经颅2MHz超声谱（甚至更高频率），轴向分辨率（即两个可区分信号之间的最小距离）可达约0.7mm，并且提供了令人满意的图像质量。与其他图像引导的活检技术相比，超声波实现了“实时”成像的标准，观察术中解剖的改变，如颅内囊肿、出血的进展情况或脑组织位移程度。这项技术并不能减少与手术相关的并发症，但能及早地发现靶点偏移的可能性。

神经内镜技术（neuroendoscope）是另一类可用于辅助活检的成像技术，可用于各种颅内病变。内镜辅助活检技术在用于脑室内或脑室旁病变时，如果需要，可同步完成切除治疗，如松果体区肿瘤；另外，内镜直视下可能有助于验证囊性病变如脓肿的完整切除，或同步完成第三脑室造瘘术等。然而，一些研究表明，虽然内镜下活检操作的严重并发症率较低，但这种技术在诊断方面不如基于框架的立体定向活检技术取样准确。同步无框立体定向引导和内镜神经导航两种技术，应用于有脑室内病变的婴幼儿患者，这种组合方式可以减少术者一些不必要的反复操作，从而避免部分并发症的发生。

松果体区背向胼胝体，在四叠体的腹侧结合，并向中脑和第三脑室延伸。由于该区域组织的多样性，占位病变不仅发生在小儿患者（占儿童脑肿瘤的3%～8%），在成人（﹤1%）也可出现。在年轻患者（﹤40岁）中，肿瘤最可能是生殖细胞瘤，而在40岁以上的患者中，胶质瘤最常见。该部位的占位病变可能压迫导水管从而导致脑积水发生。此外，松果体区血管很复杂，在立体定向操作中很可能损伤各种血管，如Galen静脉，Rosenthal基底静脉，大脑内静脉和脉络膜动脉等，而导致出血。这些解剖特点也让该部位的立体定向活检有其特殊性（图5-6-3）。

松果体病变在活检期间具有相当大的出血风险。虽然外科医生渴望在规划立体定向轨迹时避免血管，但仍可能出血。如果术前不能行MRI检查，CT静脉造影也能有助于避免深静脉血管损伤。由于其与导水管的解剖关系密切，患者可能在术前、术后发生脑积水的可能，术前多因占位病变梗阻脑脊液循环，术后因为水肿或出血引起。为了避免在松果体区域中损伤静脉，活检探针的入点应该选在冠状缝线前至少3cm、中线外3cm处。在松果体区域，活检可以立体定向框架系统下完成也可经由内窥镜进行。然而，将立体定向与内镜方法进行比较，结果显示，立体定向手术的诊断正确率可以达到93.7%，而内窥镜只有81.1%。所以，基于立体定向技术下对该部位活检并多点采样，可明显提高诊断准确率，特别是针对具有瘤内坏死的病变。

脑干病理组织的立体定向活检技术最早由Gleason及其同事于1978年描述。因为手术相关的并发症发生率和死亡率较高，所以一直没有受到足够重视。尤其是非侵入性诊断工具如MRI的出现，并被认为足以确定诊断和指导进一步治疗。而最近发表的关于脑干活检术的几项研究结果，促使我们应该重新评估立体定向活检在治疗脑干病变中的作用。MRI显示在建立诊断中具有有限的准确性，假诊断率高达30%，此外，与组织病理学检查的结果相比，在超过50%的病例中肿瘤分级是错误的。同时，更多的数据显示，立体定向引导下的脑干病变活检是一个安全的并能获得高确诊率的技术操作，在手术操作相关的风险和组织确诊率上，脑干病变的立体定向活检结果与幕上病变的结果相当。在病人的选择上，对不适于手术切除的脑干肿瘤者，立体定向活检都是确定诊断的首选方法。但对MRI影像上提示为儿童脑干弥漫性脑桥胶质瘤者例外，因为这类患者可以在没有组织病理学确认前即给予治疗。

立体定向脑干活检术具有挑战性，这和操作者的经验相关。脑干部位的立体定向活检可以选择局部麻醉和静脉镇静麻醉下完成，操作过程中能适时测试患者的各项功能是否发生改变，以判断脑干是否有新的损伤出现。当病变位于中脑或靠近中线者可以选择局麻下经额冠状缝前入路完成，如果病变位于脑桥中部及以下且更靠外侧者则建议选择枕下经小脑入路，最好选择静脉镇静麻醉下完成，可取半坐位或俯卧位。在操作脑干部位活检之前，神经电生理监测是必须的，如MEP、SEP等。当活检针进入脑干时，应仔细监测各项生命体征，如心率、呼吸和血压等。这些数据的改变可以提示相应脑干核团的受压和损伤，并且应该撤回穿刺针直到生命体征返回到基线。因为安全性不足，脑干和后颅窝的病变可能不适于单一CT引导下的立体定向活检。而MRI导向的立体定向可以提高诊断正确率。如果能将MRI和PET成像融合完成活检过程，那会是一个更佳的选择方案。

临床上颅底病变常需要开颅直视下切除，单纯获取病变组织选择立体定向活检操作并不常见。当然，在一些特定情况下，比如手术技术不能应付开颅切除，同时需要组织学诊断时，患者一般情况较差不能耐受创伤较大的开颅手术者可能需要立体定向活检完成诊断的步骤。随着神经内镜技术的进展，颅底，尤其是鞍区经内镜技术亦然能充分暴露并获取组织成分，并且能显著降低手术并发症。海绵窦的前部可以通过去除中鼻甲下部和筛窦的后部来完成对该部位的暴露。从对侧鼻孔入路，选择30度内窥镜可以为海绵窦的内侧壁提供宽阔的视野。这些技术对于组织活检来说是安全有效和准确的，并且保证了在海绵窦损伤时及时处理。基于上述条件，对于颅底结构活检需求来说，神经内镜下的活检技术要比立体定向框架引导下活检更具有临床实际应用价值。

根据联合国艾滋病病毒/艾滋病联合规划署（艾滋病规划署）的最新数据，全球大概约有3500万人感染了人类免疫缺陷病毒（Human Immunodeficiency Virus，HIV），全世界每天约有8200例新感染病例。自艾滋病毒流行开始以来，约有3900万人死于获得性免疫缺陷综合征（艾滋病）相关疾病。在全世界，有1290万艾滋病毒感染者（约37%）可以获得抗逆转录病毒的治疗。在大量HIV感染患者中，大约40%的HIV感染患者表现出了神经症状。HIV可能涉及不同类型的中枢神经系统表现。常见的脑部疾患是弓形体病、淋巴瘤或进行性多病灶性脑病（PML）等。约有10%的患者以神经系统症状作为HIV感染的首发症状。尽管现在广泛使用计CT和MRI，但基于上述检查结果完成确诊存在一定的误判，可能导致治疗不足。目前的标准治疗方案是早期即可开始抗肿瘤或抗生素治疗，只有在患者没有反应的情况下，才进行立体定向活检。目前，立体定向脑部活检对于AIDS患者来说具备确诊率高、手术风险小等优点，也是最后一种确诊工具。但是对医务人员来讲，暴露于HIV的恐惧肯定会对选择使用这一诊断工具有影响，对于HIV感染的患者，可能导致治疗不足，而不能延长其存活时间。

HIV感染患者中最常见的病变是HIV脑炎，高达66%，弓形体病约占30%～50%，淋巴瘤、隐球菌病和PML也不罕见。HIV患者颅内病变被活检确诊后的中位生存期为约37～74周，对于确诊PML和淋巴瘤者，有报道显示约7～11周的更低的中位生存期。手术相关的死亡率和并发症发生率较低（并发症约7.7%，无死亡案例）。HIV感染伴有颅内病变的患者，配合能力较差，从降低外科医生和护士的感染风险和保证患者安全上考虑，立体定向活检操作时建议在全身麻醉下进行。此外，外科医生和护士需佩戴指套（或双层）手套和护目眼镜，除此之外，在手术室的设置与其他立体定向程序上没有不同。

总之，无论对患者或医生立体定向活检技术均是一种安全有效的诊断工具。因此HIV感染的患者不应该被剥夺这种诊疗技术。正确的治疗应该基于确切的诊断，通常在HIV患者中发现的大多数病灶，包括弓形体病，淋巴瘤或PML等，可以依靠神经影像检查完成可靠地诊断，但是，在相当多的患者中，因为就诊中心对于某些罕见病理认识经验不足，不能完全确诊。因此，当AIDS患者存在脑内病变而需要明确病理诊断时，又不能依靠神经影像检查完成时，应该及时向患者提供立体定向活检技术，毕竟有报道显示，近70%的患者在活检明确诊断后治疗效果显著提升，有助于更好的改善患者的生活治疗和延长预期寿命。

立体定向活检技术虽然属于微创手术，但仍有风险存在。所以，手术前要权衡利弊以达到获取组织学确诊的益处，否则适得其反。立体定向活检总体并发症的发生率为1.0%～6.5%，死亡率为0～1.7%，所有病例的阳性组织学诊断率为91%。立体定向活检的一种潜在的严重并发症是颅内出血。颅内血肿占并发症发生率的7%～10%，其中60%的病例为无症状的小出血。颅内出血发病风险与术前使用抗血小板药、长期使用皮质类固醇、脑深部病变和恶性胶质瘤的活检以及活检尝试次数的增加有关。如果靶点区域血供丰富，发生活检后颅内出血更常见，如恶性胶质瘤有异常血管走行，则易引起瘤内出血风险。基底神经节（壳核或苍白球）区域具有多个穿支血管营养的血管丰富区域。有报道认为，基底节区（壳核或苍白球）和丘脑胶质瘤是立体定向活检出血和功能损伤的高风险因素。立体定向活检的另一种可能的并发症是与颅内出血无关神经功能恶化，这种神经功能症状包括局灶性神经症状、运动功能减退或没有局灶性症状的精神和认知状态改变。伴有较大颅内肿瘤、老年患者、严重脑萎缩等情况，活检后出现脑水肿、颅内高压等反应更常见，也会加重神经系统症状。大多数患者在经过一段时间康复后上述症状能得到缓解，永久性神经功能损伤者约占3.1%～6.4%。

以往手术治疗脑深部病变时常伴随着高并发症和死亡率的出现，所以，在没有组织学诊断的情况下对患者给予的往往是经验治疗，由于错误诊断而导致的不当治疗时有发生。随着CT或MRI的出现，虽然诊断水平有了明显的进步，但也时常发生影像诊断和病理结果不符的情况。因此，病理学检查是确诊中不可或缺的一部分。

许多适合于图像引导基于框架和无框架的立体定向系统可供选择。比如，象限弧Brown-Roberts-Wells（BRW）系统和在此基础上发展出来的Cosman-Roberts-Wells（CRW）系统（Radionics，Burlington，MA），以及Leksell G框架立体定向系统（Elekta Instruments，Stockholm，Sweden），多用于功能神经外科手术和放射外科手术。常用的手术计划和导航软件包括，BrainLAB（BrainLAB，Heimstetten，Germany）和StealthStation（Medtronic，Fridley，MN）。未来，立体定向技术的发展和继续进步将在很大程度上受到包括物理、数学、计算机技术、材料科学和分子生物学在内的广泛科学技术进步的影响。未来的创新将继续朝向以最小化创伤并同时获得最大化效率、准确性和从活检标本收集的信息量发展。

术中图像引导的进展可以帮助解决关于术中大脑移位的困扰，从而提高颅内活检操作的准确性和安全性。未来，不光使术中影像被广泛使用，重要的是，需要术中影像设备更适用于较小的或非增强颅内病变的实时图像引导。术中成像与手术导航仪器的兼容性能让活检目标实现真正的实时可视化。这种技术可用于非常小的病变或深入组织和血管结构的病变。未来的改进可能还包括使这些机器操作起来不那么麻烦，同时提供更高的分辨率等。

活检探针也可以通过其他方式“功能化”。将超声能力集成到探针的尖端可以通过提供术中目标定位的视觉信息来确认立体定向活组织检查的诊断准确性和可信度。高级别颅内肿瘤治疗方案的确定将部分取决于病变的遗传特性和分子亚型，在活检时使用相同的外科手术操作流程，同步获取瞬时生化反馈，提供关于探针遇到的组织类型的实时信息。也许可以同步检测分子异常，如高乳酸反应或遗传缺陷（1p19q缺失）等。探针还可以感测静脉造影剂例如钆的存在或局部压力的改变。这些数据的分析可以提示最佳活检位置的资料，并且提供对病变的组织学和生物分子概况的早期洞察。

由于成像模式在其分辨率和诊断能力方面不断发展，立体定向组织活检的作用可能会改变。如果未来的成像技术能够以相等或更高的特异性非侵入性地明确病变特性，则传统的组织病理学和免疫组织化学技术可能不是必需的。但是，或许有更新的生物分子和遗传信息测定需要来指导治疗。因此，在可预见的将来，通过最小侵袭性的方法从颅内位置获取组织仍将是必要的。

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