第三节　神经外科锁孔手术相关设备

一、手术显微镜

手术显微镜是锁孔显微手术得以完成的主要设备。电磁锁控制按钮可以快速调节显微镜光束投射角度，适合锁孔手术对操作目标不断进行观察角度转换的要求。目前手术显微镜已普遍使用氙灯，提高了光照强度的同时，也很好地改善了照明的色差。但氙灯灯光禁止进入患者的眼中，以免造成损害。显微镜灯光的照明范围应局限在锁孔骨窗之内，既可减少对周边组织的光照损伤，又可因缩小照明区域，使光线集中，亮度增加，照明强度相应减小。氙灯的使用寿命在500小时左右，在显微镜自动提示后需及时更换。

手术显微镜的术前调节也相当重要，首先需保证手术视频显示器上图像清晰，然后调整主刀者目镜上的双目屈光度，使镜下视觉图像与显示器同步清晰，再调节助手镜达到同步。确保手术者、手术助手、台下观看者、手术教学录像均有满意的视觉图像效果。

显微镜内置的荧光模块可分别用于脑血管的荧光造影及脑胶质瘤的荧光染色，对相关手术可提供很大的帮助。也有手术显微镜中内置了画中画的功能，可在一侧目镜中导入神经内镜影像，用于内镜辅助下的显微手术，或在目镜中导入神经导航标画的病灶，实现显微镜内导航功能。

颅底手术时，需注意手术托盘架应该适当远离手术区，侧卧或俯卧位时，肩膀需用肩带下拉固定，以便显微镜体的多角度的使用。

二、手术头颅固定架

Mayfield头架固定系统（图1-3-1）是神经外科显微手术的标准配置，安装简单、快速。颅钉应放置在颅骨较厚、肌肉较薄的部位，如额结节、顶结节、枕外粗隆以及乳突上方的颞骨岩部等部位。颅钉需与颅骨成垂直角度，加压后进入颅骨外板，成人一般加压60磅（27.216kg），儿童为40磅（18.144kg），需注意加压旋钮处的刻度标记。3个颅钉的连线应成等腰三角形，以确保头颅固定的稳固。在头颅固定、头位摆放到位后，再将头架与连接器相连，由下至上固定各连接器关节。

对于颅底手术，头位的摆放强调利用脑组织的重力，使其自行下垂离开颅底，既能在手术开始时腾出颅底与脑组织间空间，由此深入打开脑池释放脑脊液、降低颅内压，又能在术中减少对脑组织的牵拉度。术中头位的调整，则依靠电动手术床来完成。

三、双极电凝仪

双极电凝仪是术中止血的基本配置，利用高频电流的热效应，使双极电凝镊子的二头端间组织凝固融合而止血。对不同组织需使用不同的电凝强度，挫伤、水肿组织及精细结构的电凝强度应减低，以免周边组织受损，甚至造成止血困难、越止越深的结果。电凝时需用生理盐水点滴冲洗，可减少对周边组织的热效应，也可减少双极电凝头端的结痂或组织黏附。每次电凝持续时间约0.5秒，可重复多次，直至达到电凝标准。可选择各型弯头电凝镊子对组织侧方电凝止血，也可以将一次性电凝镊子头端以持针器屈曲成型，满足不同角度止血的需要。

四、负压吸引器

可调压的负压吸引器可保障手术区域的清洁度，用于吸除组织碎片、血液、冲洗液等。吸引器管头端直径选择在1～3mm，吸引器管上有调压小孔，可按不同需要开放或闭合部分的孔腔，临时调节吸引力。吸引器管握持处的前方常设计成角30°，以避免吸引器手持部对显微镜下视野的影响（图1-3-2）。在颅内动脉瘤等血供丰富的病灶处理时，需常规准备2套负压吸引器，以快速清除术区血液，保持术野清晰及手术的顺利进行。连接吸引器的软管通常固定在术区的下外侧，避免放置在术区上方，在吸引操作时软管不会进入显微镜下术区范围，即使左右手互换操作也不受影响（图1-3-3）。

五、脑自持牵开器

脑自持牵开器是显微神经外科的必备器械，用于良好显露手术视野，不仅可节省人力，更重要的是可获得稳定的牵持力以减轻对脑的损伤。尽管对脑组织的无牵拉手术是手术者追求微创的一个目标，但无损伤的最低限度牵拉暴露，有助于手术的快速平稳进行，并减少器械操作对脑组织表面的反复推移。床旁固定的牵开器方便操作，非旋钮式的固定扳手有利于软轴的快速稳定成形牵拉（图1-3-4A、B）。床旁固定杆通常需低于手术骨窗20cm，以避免软轴过高影响手术者的显微操作。常规使用2个软轴牵开器，向不同方向显露术野。脑压板的夹持部位也需根据手术区的深度进行调节，夹持处远端的脑压板应下压与软轴方向平行。脑压板的宽度按需要选择，通常在0.3～1.0cm，对深部也可使用宽度在0.1～0.3cm的杆状脑压板（图1-3-5）。锁孔手术时骨窗较小，不适合使用固定在颅骨上的牵开器底座，床旁支撑杆与软轴间也以可旋转的万向连接头最为适合，可轻松调整软轴牵开角度。也有固定于头架的半圆形软轴固定器（图1-3-4C），有一定的术者手托作用，但软轴需选择足够长度，以形成有效的牵拉角度及良好的顺应性。

六、止血棉片

神经外科手术大多需要用到棉片，一是压迫于出血脑组织上进行止血，也有利于查找出血点，进行有效电凝止血；二是置于脑压板与脑组织之间，缓冲脑压板对脑组织的压力；三是覆盖在脑表面，保持一定的湿润度。为防止棉片在术后遗漏于手术残腔内，通常在棉片后系以丝线，以方便查找及清点。市场上也有将金属条置入棉片者，方便在术毕查找棉片有误时，可通过X线透视定位查找。但这种棉片较粗厚，吸水性较差。在显微手术时，棉片残留术腔可能性极低，该类棉片使用价值不大。

现有的手术棉片均为同一规格，在不同的使用目的下需予以裁剪。在锁孔手术时，通常将棉片裁剪至0.5cm、1.0cm、1.5cm及2.0cm大小的方形，放在术者可及的棉片架上或弯盘的周边（图1-3-6），供术者选择用于不同情况下的止血。当棉片用于缓冲脑压板压力时，应注意保持其湿润，防止术毕棉片粘连在脑组织上，导致取下时脑组织表面出血。也可在棉片及脑组织间垫以明胶海绵或止血纱布等，防止二者粘连。

七、颅骨磨钻系统

磨钻是颅底手术中的重要工具，有气动与电动两种动力源。骨质磨除时会产生高温，因热传导可损伤周边软组织，较长时间的持续使用还会导致手柄发热，需持续滴水冲洗以降温保护。部分磨钻手柄带有滴水冲洗装置，使用较为便利。磨钻控制系统设有磨钻旋转方向的选择，通常使用顺时针方向旋转，方便右利手医生从左向右方向的移动操作，反方向时，改为逆时针方向旋转。对骨质较厚处可用切割钻头快速磨除，残留薄层时或在精细结构表面需使用钻石钻头精细磨除，以防下方结构受损。必要时，如同磨除前床突时采用的方法，最后留下一层菲薄如蛋壳的骨质，再予以剔除。磨钻使用过程中需特别注意去除周边的棉片等物品，以免因高速旋转的磨钻产生局部真空吸引使棉片等卷入磨头之中。

经蝶垂体瘤手术时使用的长柄磨钻头，在锁孔手术磨除前床突、后床突或内听道后壁、岩骨尖时较为方便（图1-3-7）。

八、显微手术器械

锁孔手术中，为避免手术器械在操作时对视野的影响，大多采用杆状、枪形、窄翼的器械（图1-3-8）。动脉瘤持夹钳已由原有的双翼型改进为长杆状，有的头端可360°转换方向，也有的头端可按需要进行屈曲成型，满足不同动脉瘤夹闭角度，使夹闭操作更为柔顺。显微剪刀改进为窄翼的器械，一般情况下采用头端微翘的弯头显微剪，以避免直形剪头端在同轴视线下难以观察的缺陷。显微剥离器均采用杆状或枪形器械，最常使用的就3种，前端分别为微尖直形、30°成角微尖形、10°成角微扁形（图1-3-8E）。动脉瘤夹也日趋形式多样，枪形夹可避免夹子本身后部对前端的视野阻挡；跨血管夹可用于载瘤血管的塑形；微型夹可用于微小动脉瘤夹闭及少许动脉瘤颈部残留时的补充夹闭；加强夹可用于动脉瘤夹远端夹闭力的加强，减少对大动脉瘤夹闭时瘤夹前端夹闭力不足的可能；内撑型夹可进一步减少手术器械对视野显露的影响。

九、肿瘤切除设备

(一)激光刀

复杂的颅内肿瘤手术难点在于病灶位置深在、毗邻重要结构、质地坚硬、血供丰富等。常规手术器械切除肿瘤时，操作不便、耗时费力、全切困难，且容易引起严重并发症。接触式激光自1986年出现以来，其切割精确、止血满意、组织损伤小的优势得以充分体现，成为颅内肿瘤治疗的一件利器。

激光器产生特定波长的激光，经光纤传输到手术刀头，将激光能量转变为热能，对靶组织进行精确切割、汽化、凝固等操作。接触式激光刀可以刀头尖端（占激光能量的65%，可达170～185℃高温）进行切割，侧方（占激光能量的 35%，可达 60～65℃）进行凝固，球形刀头进行气化，周围组织损伤<0.5mm。接触式激光刀可克服超声外科吸引系统（CUSA）难以切除质硬肿瘤的缺点，也较少组织结痂粘连刀头。

美国Photomedex公司的LaserPro 810接触式激光系统，配有12枚刀头，主要分为三类：①尖头（ERP、GRP、ER、GR）：尖端直径0.2～1.2mm，主要用于精细切割；②圆头（MTR、MTRL、MTRG）：尖端直径1.3～6.0mm，主要用于气化、止血；③软纤维头（CFE）：尖端直径0.4mm，主要用于内镜下切割、气化、止血。

LaserPro 810激光系统为半导体激光，体积小、重量轻。长杆状手柄可调节长度，充分满足锁孔入路手术对器械的要求。配备的纤维刀头，可置入内镜工作鞘中进行操作。在内镜下切除脑室内肿瘤时，出血是影响手术操作的重要因素，而激光刀优异的止血功能可以发挥重要作用。

激光刀应用中需注意根据操作需要及病灶性质选择不同形状的刀头及不同大小的输出功率。输出功率应从小功率开始逐渐增加。若周围有重要解剖结构，则适当调小输出功率（2～3W），并尽量贴近肿瘤缓慢操作。必要时，在病灶周围以棉片保护重要结构，以免误伤。

(二)射频刀

射频刀采用较高的工作频率，高频稳定输出。可选择不同形状的发射极（刀头）定向发出射频电波，在接触身体组织后，由组织本身产生阻抗，使目标组织内的水分子在射频电波作用下瞬间振荡气化，引起细胞破裂蒸发，并在其低温（40℃）恒温状态下实现切割、止血、混切、电灼、消融、电凝等功能，组织热损伤深度仅为普通电刀的几十分之一。采用细小电极时，切割精确，热损伤<15μm，切除的组织标本不影响病理检查。

对CUSA难以切除的质地坚硬的肿瘤，可用射频刀快速切除。通常采用直径3～5mm的圈状刀头，在实质性肿瘤表面将肿瘤分块圈切。对血供丰富的肿瘤，也可在肿瘤内置入射频电极进行消融，以减少肿瘤血供。但对深部病灶操作时，需注意细长刀头的操控性，防止损伤周围结构。

(三)超声外科吸引系统

超声外科吸引系统（cavitron ultrasonic surgical aspirator，CUSA）是外科手术器械一项重要革新，具有良好的组织吸引选择性，可对人体软组织进行有效切割和破坏，保留或几乎不损坏连接组织、神经组织和支柱组织，完成传统手术设备不能完成的功能，为临床高难度手术提供了保障。

超声外科吸引系统由主机、冲洗系统、吸引系统、手柄（图1-3-9）、一次性无菌管路、红外传感无线脚踏开关、可移动红外接收器等部分组成。

1.超声雾化吸引原理

（1）　超声原理：

超声波具有波长、频率、振幅、速度等物理特性，其在介质中传播时伴随着能量的传递和释放。当超声波作用于生物组织时会产生声空化、微声流及瞬时冲击加速度等物理效应。

1）声空化效应：

在液化的生物组织中，存在许多微气泡（空化核），其在强大的超声波作用下被激活，或进行持续的非线性振荡，或扩大后迅即被压缩至崩溃的过程称为声空化。空化过程伴随发生的切向力、局部高温高压、冲击波反射流等都可以破坏组织、实现切割功能。所以组织水合化程度越高，对空化作用越敏感，这也是超声吸引器易于去除含水量高的肿瘤而不损伤弹性组织、胶原组织（如血管、神经）的原因。

2）瞬时冲击加速度：

当频率为f=ω/2л的超声波在介质中传播时，介质的质点即进行相应的高频振动，振动幅值为A，并产生相应的振动速度v=ωA与加速度a=ω2A。研究表明，当质点加速度为5×104g（g为重力加速度，g=9.8m/s2）的机械振动作用于生物组织时，被作用的部位迅即被切开，而不会伤及周围组织。基于此项超声效应，超声外科吸引系统可破碎纤维化的和钙化的肿瘤组织。

（2）　工作原理：

主机的作用是产生高频电能，控制电功率，根据手术需要，实现输出能量的调节。冲洗系统和吸引系统的作用是提供强大的灌洗和负压吸引力，及时清除破碎的组织，保证手术野的清晰，实现组织的顺利切割。

手柄是超声吸引刀的关键部分，包括了超声换能器、超声聚能器和刀头。换能器采用了先进的抗振压电陶瓷转换技术，其作用是将高频电能转换为超声机械能，机电转换率达95%。聚能器的作用是将换能器产生的动能放大并驱动刀头作机械振动，实现手术功能。手柄最大输出功率为130W，发热量小。

2.性能特点

（1）有良好的组织选择性，可以在粉碎吸除病变组织（如肿瘤）同时保护血管和神经。

（2）可保留直径0.3mm以上的血管（振幅<50%时）同时超声空化使凝血酶活性增强，有强化止血作用，大大减少术中出血。

（3）兼具粉碎、冲洗和吸引三种功能，保持组织切面洁净，术野清晰。

（4）　纵向振动振幅<350μm，无旁振，能量集中，可快速、准确切除病变组织而对手术周围组织细胞层损伤厚度小，破坏有限，且切面整齐无灼伤，术后愈合快、恢复好。

3.基本操作参数（表1-3-1）

理论上CUSA可在超声切除肿瘤的同时保护具有弹性的血管、神经等结构，但在强度及吸引力不当时，周围组织仍有损伤可能，在重要结构周围需将吸引力调低，甚至使用外部吸引器，以防正常组织吸入；而对质地坚硬的肿瘤，可加大吸引力，增加切除效果。

十、显微手术椅

神经外科复杂手术时间较长，操作精细，要求手术者长时间保持显微镜下操作的姿势及体位，使手术者易于疲劳，影响手术状态，也可导致颈、腰椎劳损等职业病。为减少双手显微操作时的悬空紧张状态，有些手术者采用手托架进行前臂支撑。但手托架难以调节位置及角度，也会影响到蛇形牵开器软轴的使用。显微手术椅为手术者长时间显微手术提供了良好的条件。

手术椅的手托架可根据需要进行不同高低、不同方向、不同伸展度的手动调节，坐椅及背靠也可进行倾斜度的调整，使手术者体位最为舒适，前臂及腰背均得到支撑，疲劳度大为降低。通常以两件无菌手术衣包裹手术椅，以达到无菌隔离要求（图1-3-10）。

十一、神经内镜

手术显微镜的光束是直线投射的，深部结构可因上方的骨结构、神经、血管等阻挡难以显露，从而需扩大手术切口与骨窗，以从侧方避开结构的遮挡，或直接牵开表面结构进行显露。神经内镜可通过狭窄的手术通道为术者提供近距离、清晰放大的多方位术野观察，在显微镜下难以发现的肿瘤病灶视觉盲点在内镜下可一目了然，减少对正常组织的牵拉和损伤，并使肿瘤的全部切除率大为提高；对动脉瘤而言，内镜的使用有助于对动脉瘤颈、邻近动脉瘤的血管穿支、脑神经、动脉瘤夹闭位置等进行更清楚地观察，使动脉瘤夹闭完全，防止误伤邻近结构，提高手术成功率。必要时内镜可用固定臂锁定，以腾出双手进行手术操作。

(一)内镜的主要工作原理

内镜的最基本结构是观察系统和照明系统。

1.观察系统

现代内镜的观察系统由成像物镜、光导纤维传像束和目镜三部分组成。成像物镜能将外界观察到的物体成像在光导纤维束的一个端面上，这个端面的物体像，经过光学纤维束毫不失真地传到纤维束的另一端，当我们把眼睛放在目镜的适当位置（即眼点），立即就可以看到清晰的物体像。

成像物镜一般由几个单片或几组组合透镜组成，前后两片是双凸镜，中间一片是双凹透镜，透镜之间要求保持精密的空气间隙。透镜直径很小，1～2mm，透镜的镜面都是球面状。光导纤维束由可传导光的细光学纤维构成，目前多为玻璃光导纤维，每根直径9～15μm，由数万根玻璃纤维组成一束内镜传导光束。目镜也是由组合透镜系统构成，是一个聚焦系统，其作用是将光导纤维束传导过来的光及影像，聚焦成像并将图像放大，即可用来直接观察。加以适当装置，也适用于摄像、录像及电视传送。

2.照明系统

均采用冷光源，经光导纤维来传导光线成像。冷光源为外置式光源，置于独立光源箱内，与内镜镜体有线连接。光源用低电压（15～24V）、高功率（150～500W）的氙灯。现代冷光源，由于光亮度强，所得图像清晰，同时高亮度光源接近于日光，所见图像近于自然光下观察的图像，比较真实。

(二)神经内镜的基本组成

神经内镜主要由镜体、光源及成像系统、监视器，以及图像记录装置等主要部分构成。

1.神经内镜镜体

根据镜体的结构及形状，神经内镜通常分为硬质内镜和纤维内镜（亦称为软质内镜，简称软镜）两大类。可根据手术需要，选择不同的内镜。

（1）硬质内镜：

由照明系统、光纤系统、冲洗系统、手术器械通道以及电视摄像监视系统所组成。冲洗系统一般被分隔成两个独立的冲入和吸引通道，冲入通道阀门连接冲洗液，一般以一定压力持续冲洗。在内镜顶端，冲入道与用于观察的光纤系统相邻，因此冲洗时保证在术野周围有一个清晰的视野。吸引通道外接一个吸引装置，可以抽吸液体或血液，以保证视野清晰。手术器械通道一般尽可能宽大，常规型号镜体器械通道直径2～3mm，可通过特制的活检钳、显微剪、显微镊、单极或双极电凝、激光光导纤维及特制超声吸引器的管芯等，特殊型号者镜体直径较大，其工作通道直径可达5mm。目前常用的神经内镜外径为4.5mm和6mm。若内镜的外径≥8mm，插入脑组织时，不仅可以损伤脑组织，还将损伤小血管，造成脑内或脑室内出血。因此，神经内镜的外径一般不超过8mm。外径4mm以下的硬质内镜只有照明、光纤系统和冲洗通道，用途较有限。神经内镜的长度一般为130～300mm，较长的内镜可与立体定向仪配合使用。内镜的视角有0°、30°、60°、70°及120°等多种，不同视角的内镜用途各异。

（2）纤维内镜：

它与硬质内镜相比较细长，最长可达1m，外径0.75～4mm。外径0.75mm的纤维内镜相当于血管镜，配有扩张球囊，可做血管内成形术或中脑导水管扩张术。用于脊髓的纤维内镜，直径为0.6～1mm。和硬质镜一样，多数纤维内镜亦有视道、照明道，但因外径小，工作通道常与冲洗通道或吸引通道合二为一。纤维内镜除镜体柔软、可屈伸外，头端还可根据需要作可调式成角，最大视角达160°，故又称可操纵内镜。

(三)神经内镜的辅助装置

1.固定和引导装置

内镜手术中需要可靠地固定内镜，以便于术者能够双手持相关器械操作，并减少内镜术中移动造成副损伤，及影响术中的观察和手术操作。常用的固定方法为用特制配件将内镜固定在自持牵开器上，而自持牵开器连接于手术头架或床旁固定杆上。

2.内镜专用手术器械与内镜配合使用

常用的手术器械有单极或双极高频电凝器、活检钳、取瘤钳、显微剪刀、剥离器等，以及其他一些特殊的器械。这些器械的外径必须与内镜的工作通道相适应，以便通过工作通道进行操作。内镜手术器械亦有软质和硬质之分，分别与软质镜和硬质镜匹配使用。

十二、神经导航

神经导航技术是20世纪80年代后出现的一种无框架、智能型的立体定向系统，是在虚拟的数字化影像与实际神经系统解剖结构之间建立对应的关系和动态的联系。导航系统通常由计算机图像处理和图形显示系统、信号接收传递系统以及信号源等部分组成，信号接收器接受到信号源发出的信号，并输送到计算机工作站，计算机即刻计算出信号源在术野的方位，显示在计算机工作站影像解剖结构图上（图1-3-11）。根据术前在工作站获得的头皮、颅骨、病灶、血管和脑室结构等三维图像，可由此选择最理想的个体化微创手术入路，从而改变传统的大骨瓣开颅入路模式。

一位经验丰富的神经外科医师必定具有良好的显微解剖知识，在其术前设计思维中，病灶的定位已基本清晰明了，由此构思出最佳的手术入路及技术方案。但百密也有一疏，主观思维判断终究不如客观影像设计精准。将同一例病人的多种影像数据，如CT、CTA、MRI、MRS、MRA、ECT、PET、弥散张量成像（DTI）等进行立体三维重建并融合于一体，可变空间想象为虚拟现实的实体。神经导航技术大大促进了锁孔神经外科的发展，神经导航辅助下的锁孔显微手术具有术前计划周密，术中定位准确，皮肤切口小而隐秘，手术创伤小，病变全切率高，术后并发症少等优点，在锁孔神经外科中具有广泛的应用前景。

(一)神经导航设备

1.神经导航工作站

一般采用UNIX操作系统，也有采用Windows操作系统，通过光盘获取影像资料，也可通过接口与CT、MRI等设备直接连接，更便捷地取得影像数据。

2.红外线定位装置

是目前临床上应用最多的定位装置，又分为主动红外线定位装置和被动红外线定位装置。红外线接收器接收到红外线发射器发射的红外线，并将此信息传入计算机工作站，从而实时确定探针等定位器械的三维位置。红外线定位准确性高、使用方便、不受手术室内光线的影响，也不会增加手术室噪声或干扰手术。但要求红外线接收器接收与红外线发射器发射之间必须直视。被动红外线接收装置与主动收到红外线定位装置相同，所不同的是定位工具安装的是能反射红外线的铝合金小球，红外线发射器发射和红外线接收器接收被安装在术野附近，由前者发出的红外线经小球反射后被接收器接收再经工作站处理，从而确定定位工具的三维位置。该装置能相对减少直视对手术的影响，且定位工具无需电缆连接，使用更方便（图1-3-12）。

3.坐标

是在患者身上及影像图像上均能看到的标志物，通过这些标志物可建立二者准确对应关系。常用的标志物有3种：皮肤坐标、固定坐标、解剖坐标。三种坐标各有优缺点，最常用的是皮肤坐标。

4.其他辅助工具

包括定位工具（探针、适配器、标准手术器械等）。

5.影像数据

随着影像技术的不断发展，除了CT、MRI等解剖学资料应用于神经导航以外，多种功能性影像技术也开始与导航结合应用，包括正电子发射断层扫描（PET）、单光子发射CT（SPECT）、功能MRI（fMRI）、弥散张量成像（DTI）、脑磁图（MEG）等。临床应用多数需要将解剖影像资料和功能影像资料进行图像融合。

(二)神经导航软件功能

神经导航采用4×4操作步骤完成整个导航手术。以Stealstation神经导航为例，具体分为术前计划、术中设置、导航和术后记录4个大步骤，每一步骤又分为4个小步骤。系统在完成前面的步骤后会主动提示下一步骤的操作。

1.术前计划

包括病人资料的载入、三维图像的建立、标记物的确定、设计手术计划等步骤。

（1）病人资料的载入：

根据病人病灶的大致位置以及手术体位等合理粘贴标志物4～10枚，进行1～3mm层厚的CT或MRI无间断扫描，将获得的数据通过可读写光盘等媒体或DICOM接口传至导航工作站，系统可自动重建其他的二维图像。

（2）三维图像的建立：

在系统提示下，重建三维头颅模型和病灶模型，对不满意的三维图像可以通过剪辑的方法来改善或重新建立。

（3）　标记物（marks）的确定：

在重建的三维头颅模型上，逐一对标记物排序确定。在此过程中系统自动将二维图像资料放大，便于更精确地确定标记物的中心位置。

（4）设计手术计划：

系统可以通过对头颅模型及病灶模型配以不同的透明度和楔形剖切等，明确病灶的精确位置及其毗邻重要结构，设计制定一种或者多种手术计划，并模拟完成操作，三维图像上可以演示任何一种手术计划的进程。手术医师可通过此方法预先了解手术进程中可能遇到的重要结构。

2.术中设置

包括安装框架及接收器、选择并确定观察棒、注册配准、铺巾监测点的建立等步骤。

（1）安装框架及接收器：

病人常规麻醉后，固定头部，接上参考头架等定位装置，调整红外线追踪摄像头，使参考头架和导航工具处于最佳状态。

（2）选择并确定观察棒：

此过程是让系统识别并确定观察棒，也可选用显微镜观察系统。

（3）注册：

根据术前计划中确定的标记物顺序，将病人头部所粘贴的标记物与之逐个注册配准，从而建立影像与实际头颅的动态对应关系。系统能自动计算平均注册误差。为保证系统的精确度，系统设置最大可接收误差为4mm，当误差>4mm时，系统拒绝进一步工作，并提醒重新注册某一个或多个标志物，直到系统误差在可接受的范围之内。

（4）铺巾监测点的建立：

手术实施以前，需要取下参考框架便于消毒铺巾，再重新安装另一个已经消毒过的参考框架。建立铺巾监测点的目的就是为了确保参考框架的位置不移动。

3.术中导航

包括检查监测点、设立精确度监测点、安装控制面板、导航等步骤。

（1）检查铺巾监测点：

消毒，铺巾，安装新的参考框架后，注册预先确定的监测点，如其误差在允许范围内，系统就会自动接收；如其误差较大，系统会提醒参考框架有较大的移动，需要重新安装，必要时还需要重新进行注册。

（2）设立精确度监测点：

手术过程中，尽管病人头部已经固定，术时病人的头与头架之间仍可发生难以觉察到的移动。手术当中不时地检查注册的准确性是非常重要的。设立精确度监测的目的就是为了及时发现并纠正这方面所造成的误差。切开头皮，形成骨窗后，在骨窗周围安放4个固定坐标（divots）或者在骨窗四周钻磨4点，用探针依次注册。术中即可随时重新注册4点坐标，系统能自动发现并纠正误差。这一功能被称为重新校准（realign）。当然这种监测方法仅能监测颅骨的移动，不能发现脑组织或其他组织的移动。

（3）安装控制面板（touchpad）：

控制面板是一块为手术医师提供操作stealthstation系统的装置，可将其方便安装在参考框架上，并同时注册其四角处的注册点，让系统识别之。启动控制面板后，手术医师只需要用观察棒电机控制面板上的不同部位即可方便地操作系统，让显示器显示出术者所需要看到的图像资料。

（4）导航（navigation）：

在手术中，红外线光学位置探测仪能及时跟踪并确定带有红外线发射器或能发射红外线的小球的观察棒或注册手术工具在三维影像坐标中的位置，并反映在显示屏幕的三维及二维图像资料上，从而可以实时更新二维及三维影像，实现术中导航，帮助手术医师准确地定位病灶，避开周围的重要结构。

手术中stealthstation系统还具有以下功能（图1-3-13）：

1）可与多种型号的显微镜结合，完成手术显微镜导航以及镜下导航等功能：手术显微镜与系统连接并注册后，即可将手术显微镜的焦点看做是手持定位装置的引导棒尖端，不但能在显示器上显示出显微镜焦点的三维位置并动态跟踪，而且可显示用手指或鼠标在触摸式显示器上选定的靶点，即手术显微镜自动在病人头部术野找到目标，实现手术显微导航。如启动显微镜下导航模块功能后，显微镜下即可显示手术计划、病灶的位置和大小、病灶的方向和距离等资料。显微镜下术野情况还可在屏幕上显示，避免了手术医生不时要比对显示屏幕的不便。

2）透视眼功能可实现术野前方的影像预知功能：即系统提供术野前方连续多层影像，透视的深度从0～100mm连续可调节。启动这一功能，手术时就能提前了解手术前方的结构，为避开或尽量减少重要结构的损伤提供帮助。

3）引导功能：引导术者预先制定的手术路径寻找病灶，可确保手术完全按照术前的手术计划进行。

4.术后记录

分为资料打印、资料归档、CD-R保存，资料删除等步骤。可将手术中的导航图片和病人资料保存、归档及打印，供日后总结使用。

新一代的手术导航系统能自动装载病人的影像数据，自动重建3D头颅模型，整个术前准备只需要三步操作即可完成：插入病人资料盘，“确定”按钮，自动3D重建，大大简化操作步骤。还能通过激光注册仪自动完成影像和病人之间的注册，使得病人在CT或MRI之前无需标志物，在手术进行之前，通过激光注册仪将病人和影像进行精确的面部融合注册。

(三)神经导航误差及纠正

各种神经导航系统均存在定位误差，随着技术的不断发展，目前神经导航系统的定位精确度可以达到误差在1mm水平。充分了解影响神经导航系统精确度的因素，可以减少误差，最大限度地发挥其功能，减少或避免导航误差对手术的影响。

1.影像资料误差

目前所有的神经导航系统均是在CT或MRI等原始影像资料基础上进行二维以及三维重建，原始影像资料是影响系统精确度的一个重要因素。

（1）CT或MRI扫描机本身的误差：

CT较MRI少，后者如果磁场不稳定，可产生图像扭曲、变形，CT图像近颅骨的部分也容易出现伪影。

（2）扫描的层距/层厚：

为保证二维及三维图像的重建以及精确度，导航系统一般要求超薄层距（1～2mm）CT扫描或1～3mm层厚的MRI扫描，层距/层厚越小，误差就越小。

（3）扫描物体：

接受扫描病人如带有金属物件，可造成CT金属伪影误差，而磁性物体对MRI图像资料的影响会非常大。

（4）扫描时病人活动：

可引起某一张图像上的解剖结构与其他相邻扫描图像不一致。因此扫描时除了告诫病人不要活动外，必要时可以予以镇静或约束保护。不要移动病人的头皮，以免影响皮肤坐标注册的准确度。

（5）扫描时间：

扫描结束到手术期间病人可能因为疾病的发展、脑肿胀等发生颅内情况与采集时原始图像不完全一致。因此影像资料采集后应尽可能早地安排手术，避免这方面的影响。

2.注册误差

注册是将病人的原始影像资料与手术床上的病人头部实际情况联系起来，建立二者之间的对应关系。注册误差的因素很多，各种神经导航系统均应用多项技术来评估和减少此误差，仍无法完全避免。

（1）病人的头部活动：

为了防止手术时病人的头部活动，可用3钉或4钉头架固定其头部，手术时可开启导航的自动检测功能，以便及时发现病人头部的移位并予自动纠正。

（2）注册的人为误差：

人工注册前固定头部时要求尽可能避免头皮的移位，使用观察棒注册时要求观察棒的尖端置于注册坐标的中心，且与头皮轻轻接触，不能造成头皮的内陷。

3.脑移位误差

密闭的颅腔在术中开放后，脑组织受脑脊液流失、重力牵引及病灶切除等因素的影响发生空间移位或变形，不可避免地造成术中脑结构相对位置与术前影像学之间的偏差。尽管术中可以采取一系列措施来减少该项误差，但是完全消除其影响还需要术中成像技术。

4.脑移位的纠正

在诸多影响神经导航精确度的因素中，脑移位是最重要且目前临床研究最多的因素。据实验和临床研究报道，脑皮质可发生4.4～20.0mm的移位。在神经导航认为达到全切除者中，术后复查仍有30%～60%发现残余肿瘤；而在导航认为还有残瘤而进一步切除时，则可能误伤正常脑组织，术后出现神经功能障碍。

为了纠正术中脑移位，可采取下列方法：

（1）微导管技术：

硬脑膜剪开前，在神经导航动态指引下，把微硅胶管（直径1～2mm）插置在病灶周边。当硬脑膜剪开后，在脑脊液流失或病灶切除过程中，脑移位虽然发生，但微导管已经界定了边界，外科医生可在微导管的范围内，进一步完成手术操作。该方法简便、有效，不足之处是仍较粗糙。

（2）术中成像技术：

是目前较成熟的技术，包括CT、超声和术中MRI（iMRI）等成像技术。最早应用于术中成像的技术是CT和超声，它们分别由Shalit（1979）和Rubin（1980）首先报道。CT具有良好的分辨能力，特别是对骨质结构，但其对软组织的分辨能力仍不如iMRI。术中使用的移动CT除常规扫描外，还可进行影像的三维重建、增强CT、脑血管造影、灌注成像。现有产品380kg重，体积153cm×134cm×729cm，适合在病房、手术室、重症监护室移动使用及存放。因机器本身的放射防护屏蔽完备，在2m之外的操作人员几乎无需额外的X线铅屏蔽。术中超声技术近来发展很快，但二维和三维成像分辨能力不如CT或iMRI，而且超声的穿透能力与分辨能力呈反比，即分辨能力提高，穿透力则下降。术中MRI导航的应用由Alexander于1996年最早报道。目前iMRI导航的设备和技术有了很大的发展和提高。PoleStar N系列iMRI属永磁性，其磁体小如自行车轮盘，可灵活地在手术床头升降或移开，其附件（包括导航装置）占有空间少，真正实现了把iMRI搬入手术室。但iMRI还存在价格昂贵，配套条件高，普及率低的问题。

(四)神经导航临床应用

1.神经导航技术在脑内病灶手术中的应用

导航技术应用于神经外科范围较为广泛，可以涉及体积较小、位置较深的病灶如海绵状血管瘤、肉芽肿等，也可应用于胶质瘤、脑转移瘤、垂体瘤及颅底肿瘤等的手术定位。导航系统的应用能够有效地确定肿瘤的影像学范围以及肿瘤与周围血管结构的关系。术中应用实时导航，当观察棒尖端在术野移动时，显示器上能连续显示观察棒尖端在 CT或MRI上相应的三维位置，并可根据术者习惯和需要运用投射轨迹、前视、观察棒眼睛等多种功能，帮助术者明确当前手术所到达的位置、周围结构、目标位置与当前位置的三维空间关系、下一步手术的方向及手术入路上可能遇到的结构。

2.神经导航技术在运动区脑肿瘤手术中的应用

涉及功能区肿瘤手术因其致残率高，切除率明显低于其他部位肿瘤而成为近年研究的热点。由于病变累及功能区皮层及皮质下相应神经传导束，一方面手术本身可能不同程度地损伤上述重要结构，造成术后功能障碍；另一方面，由于担心功能障碍而手术过于保守，必然会导致肿瘤过多残留。为了避免手术造成神经功能损伤，需要准确定位皮质功能区，尤其是运动皮质区定位。但占位性病变的存在以及功能区的移位重塑可能会影响功能与解剖之间的正常关系。解剖定位下的手术已不能满足现代微创神经外科理念的要求，因此神经外科医师迫切需要一种精确、实时和非侵袭性的功能区病变以及脑功能区定位方法。目前常用的术前功能区的定位方法有以下几种：

（1）fMRI脑组织血氧水平依赖法（blood-oxygen-level-dependent，BOLD）：

BOLD技术是 fMRI基础及临床研究中应用最广泛的技术领域。基本原理是利用脱氧血红蛋白与含氧血红蛋白磁化敏感效应的差异作为功能成像基础。具体而言，当特定刺激使脑组织局部的代谢发生变化，脑功能激活区与脑功能未激活区的脱氧血红蛋白与含氧血红蛋含量比出现差异，脱氧血红蛋白在高磁场下具有磁化敏感效应，可使脑组织T2W信号下降，而含氧血红蛋白不具有磁化敏感效应，脑组织信号不发生变化。利用脑激活区与非激活区脑组织的T2W信号差异，通过统计分析可得到特定刺激所激活的脑功能区。BOLD影像上的激活区是间接来自功能活动引起的局部血流量及血液成分的变化。对于功能区（特别是运动区）的定位，fMRI与术中电刺激有很高的一致性，fMRI能够无创性地定位运动区，可客观评估肿瘤累及或邻近运动皮质的病人运动功能，并显示运动区与病灶之间的三维空间关系（图1-3-14）。

（2）弥散张量成像技术（diffusion tensor imaging，DTI）：

DTI是利用水分子在脑组织中弥散参数反映脑组织生理特征。在脑白质中由于有髓神经纤维中的水分子自由弥散受到髓鞘等组织结构的限制，表现各向异性，水分子在其中平行神经突触长轴方向的弥散运动明显多于横跨髓鞘的弥散运动。采用特定扫描序列，获得弥散成像数据，通过可视化处理形成2D、3D扩散对比度图像。其中，白质纤维束示踪的计算建立在“选取一个主轴方向扩散”的假设上，该方法主要用于病变内部或病变周边区域神经纤维束示踪，以了解病变内是否存在神经纤维，特别是投射纤维，确定病变周围累及的神经纤维性质和对其的影响程度，还可以在手术计划中针对特定手术入路，对入路经过的脑区进行纤维束示踪，评价手术入路切开脑组织对神经纤维的影响性质和程度。

（3）　脑磁图（magnetoencephalography，MEG）：

脑磁图是一种应用脑功能图像检测技术对人体实施完全无接触、无侵袭、无损伤的大脑研究和临床应用设备。全通道型MEG只需一次测量就可采集到全脑的生物电磁信号，而且可以与MRI所获得的解剖结构资料进行叠加，形成磁源性影像（magnetic source imaging，MSI），将解剖影像与功能定位叠加起来，准确反映脑功能实时变化，具有极高的敏感度、时间和空间分辨率。

脑磁图常用的检查是脑皮质功能区定位，听觉、视觉、躯体感觉部位对刺激反应能以毫米级精确定位。MEG可以在MRI影像上明确标记脑主要功能区，实现无创脑功能成像，同时与计算机导航系统融合，为手术入路方案制定，术中选择最佳入路而避免损伤脑功能区提供可靠依据。目前MEG的诱发磁场可以对皮质感觉区、视觉中枢、听觉中枢、运动中枢及语言中枢等功能区进行定位（图1-3-15至图1-3-18）。特别当颅内肿瘤或其他占位性病变引起解剖结构被挤压、推移使功能区发生移位后，确切的定位可以避免术中损伤（图1-3-19、图1-3-20）。MEG引导下的导航手术能够为功能区附近的肿瘤手术找到一个安全的手术入路，尤其是对位于功能区附近的低级别胶质瘤，可保证术后不出现功能障碍，提高患者术后生活质量。对功能区及其附近的脑肿瘤，术前应用脑磁图对大脑皮层的感觉、运动和语言功能区定位，结合神经导航，设计最佳的手术入路，在最大限度地切除脑肿瘤的同时，能够更好地保护脑重要功能区。

3.神经导航技术在颅底外科手术中的应用

颅底解剖复杂，颅底病变常常累及颅底骨质、脑膜、神经和血管组织，一直是神经外科手术的难点。颅底外科手术的关键是如何避免重要神经和血管的损伤。尽管各种手术入路都有足够的解剖标志，也不是所有的颅底手术都需要神经导航辅助，但是当肿瘤的影响使得骨性标志明显丧失、重要血管明显移位时，导航的应用可以为术者提供更方便的定位方法，增加手术的安全性。颅底外科是神经导航技术较早应用范围之一。因为不存在术中移位，所以从技术的角度，颅底外科应用导航系统是比较理想的。

导航系统应用的重要性在于对重要解剖结构如颈动脉、部分脑神经等的定位，尤其当这些结构被肿瘤包绕时。颅底肿瘤手术中，颅底骨性结构（如内听道、颈静脉孔、视神经孔、斜坡、蝶窦等）位置恒定，但常为肿瘤遮挡或侵蚀；而许多重要的神经、血管（如颈内动脉、基底动脉、面听神经等）常被肿瘤推移或包裹。另外在颅底巨大肿瘤手术中，由于肿瘤深在，部分切除肿瘤后，手术者常常会“迷路”。神经导航用于颅底肿瘤，术前有助于开颅切口及骨瓣的设计，选择最短的手术途径，术中可为肿瘤的切除定向定位，剪开脑膜后，探针可确定肿瘤的边界，指导术者避开脑的重要结构及功能区。导航也可使术者随时了解颅底肿瘤与周围重要解剖结构的关系，如脑干、脑神经及重要血管等；可及时反馈肿瘤的切除深度，增加手术的安全性，加速手术进程，避免脑重要结构的副损伤；在肿瘤复发且颅底结构改变时，导航系统指导的经颅底手术会更加安全，切除病损会更加彻底。

4.神经导航技术在脑内穿刺活检手术中的应用

目前神经导航在脑活检术中的应用主要有以下几个方面：①病变位于脑重要功能区，开颅手术易导致严重的神经功能丧失；②颅内多发病，难以直接手术而需要明确其性质；③脑深部病变，常规手术难以到达，如脑干、松果体区的病变需要获得病理诊断者；④需要鉴别肿瘤复发或放射性坏死者；⑤脱髓鞘、血管炎等非肿瘤性病变或无明显占位效应的侵袭性病变的定性诊断；⑥淋巴瘤等对放化疗敏感的肿瘤，需要确认其病理性质者；⑦由于全身状况等原因无法接受开颅手术明确性质者。

与基于立体定向框架的定向活检术一样，神经导航活检术主要并发症有出血、癫痫、感染等，而术中出血是定向活检主要并发症。为提高定向活检的阳性率及尽量避免术中出血等并发症，神经导航定向脑活检术要注意：①提高定位精确度：对于囊性病变或脑室内病变，通过神经导航和神经内镜结合，避免因脑脊液流失等造成的影像漂移误差，提高精确度，并在直视下取材。对于实质性病变，影像漂移可以忽略，提高精确度的重点在于降低注册误差。②有效靶点选择：为提高活检阳性率，理论上讲需要对病灶从中心到边缘进行多点取材。选择靶点时要考虑到多靶点活检可造成脑组织损伤加重，如确实需要多次取材，应尽量在同一轨迹下完成并及时送检；病变中心多有液化坏死，阳性率较低；强化明显区域提示血供较丰富，易导致出血，应注意避免。

与有框架的定向活检术相比，神经导航活检术有其优缺点，主要优势为避免了安装头架的不便和给患者带来的影响；免除了靶点的计算；术前可模拟手术、术中可实时跟踪定位，提高术者信心；病情需要多道穿刺时不必重复计算。其缺点主要有：手术多需要在全麻下进行，术中术者无法与患者沟通，不利于早期发现异常情况；注册等操作时间较长；后颅凹病变活检，体表标志活动度大，导航精确度受到影响。

十三、术中超声在锁孔手术中的应用

从20世纪70年代开始，实时B型超声波技术使术中超声得到迅速发展。至90年代，彩色多普勒超声进一步扩大了术中超声在神经外科的应用范围。在术中，可以根据超声的实时影像特点明确肿瘤的切除程度、了解血管的位置及血流状态等。与神经导航相比，超声的实时性可避免因脑脊液释放、肿瘤组织分块切除所带来的脑移位误差。术中超声检查操作简便、设备简单，可短时间内重复进行，相较于术中MR、CT等具有一定的优势。

(一)操作技术要点

超声探头具有不同的体积及频率，颅脑手术中选用何种探头根据手术骨窗大小及病灶深度而定。骨窗小，选用的探头最大直径为2～3cm近长方形探头，以便获得足够的探测面积。探头频率一般选择5MHz，这一频率的超声具有较好的穿透性，深度在7cm左右。更高频率的超声分辨率更好，但组织穿透性下降，10MHz的超声波组织穿透性仅2～4cm。这种高频探头可应用于检查位置表浅的病灶，而深部的病灶需要用低频、穿透性好的探头。

术中患者的头位摆放应该遵循术野平面位于最高点并和地面平行的原则，探头表面涂抹耦合剂后无菌保护套包裹探头，并确保探头表面无气泡，探头后方的导线应尽可能用无菌套覆盖，确保超声在使用过程中的无菌。所探测的腔道内必须充满生理盐水，以便超声波可以顺利穿透并进行探测。尽可能避免探测区域内存留有止血材料、积血、空气等，这些物质会影响超声图像的质量。切面的取得应尽可能结合MR获得标准的轴位、冠状位及矢状位图像。

(二)脑部不同性质病灶的超声影像特点

颅腔内容物根据超声信号的强弱分为高回声（即超声信号表现为雪亮的白色，正常结构有大脑镰、天幕、脉络丛等；异常结构有新鲜出血、转移癌、海绵状血管瘤、脑膜瘤、血管网状细胞瘤的实质性结节、钙化灶等）、标准回声（是正常脑组织）、无回声或低回声（超声信号是黑色的，正常结构有含脑脊液的脑室和基底池等；异常结构有陈旧性出血、肿瘤囊性或坏死部分）。

常见脑部病变声像特点如下：

1.胶质瘤

高级别的胶质瘤多伴有囊性变和坏死，超声影像通常表现为回声不均、信号强弱不等，若病灶周围水肿明显，则表现为较强回声；低级别胶质瘤通常表现为较周边脑组织结构回声略高，肿瘤边界显示较为明显；囊实性病灶的囊性部分表现为无回声，实性部分呈均质的结节状或带状稍强回声，信号接近或低于大脑镰和脉络丛的高信号，瘤周多无水肿。Solheim等报道156例高级别胶质瘤中，超声图像显示良好和中等占83%，良好指肿瘤四周分界清楚，中等包括深部信号不易和周围正常脑组织区别者；而图像显示不好的占17%，指肿瘤信号和周边脑组织界限几乎不能明显区别。

2.脑膜瘤

超声显示高回声信号且边界清楚。巨大脑膜瘤内部囊性变或坏死可呈现分隔的低回声信号。

3.海绵状血管瘤

海绵状血管瘤可有高回声边缘，内部因为陈旧性出血表现为低回声，而彩超可看见周边小的血管环绕。

4.转移瘤

转移瘤在MR上多数强化明显，超声通常显示为高信号，含有囊性或坏死部分为低信号。

5.动静脉畸形

术中彩色多普勒超声可显示动静脉畸形血流信号和清楚的边界。

(三)超声在锁孔手术中的应用

磁共振影像导航术中脑漂移常在0.1～8.7mm，对于脑深部小病灶，上述脑漂移程度足以导致术中病灶不能精确定位。锁孔手术时，为良好地显露病灶，术中可能采取释放脑脊液、使用甘露醇等使脑组织压力下降、塌陷的措施，因此脑移位是普遍存在的现象，仅仅依赖术前神经导航，并不能完全满足精确定位病灶、掌握病灶切除程度的要求。术中超声可以在很大程度上纠正脑移位造成的误差，并具有实时、迅捷、无创、廉价、可重复进行等优点。

术中超声在明确肿瘤边界和切除程度方面具有独特的优势，这一优势主要体现在低级别胶质瘤的手术切除中。低级别胶质瘤在磁共振上通常表现为T1像等低信号，T2像高信号。单纯依据术前的磁共振影像，很难完全界定肿瘤的边界以及术中需要切除的范围，依据超声声像特点可以提示肿瘤实质与周边脑水肿，进而提供给术者需要切除的范围。

彩色多普勒超声对血管和血流的显示，使其在富血供的肿瘤以及脑血管畸形的切除术中可发挥重要作用。对病灶周围及内部血管的实时显示可以避免手术对大血管的损伤，提高手术的安全性。对于脑动静脉畸形，彩色多普勒超声对供血动脉及引流静脉的显示，对术者有较好的指导作用。

超声虽能为术者提供磁共振、CT等检查手段以外更多的影像资料，但并不能完全取代上述检查，尤其在术前进行手术计划制定时，声波无法穿透骨质导致超声完全无用武之地。即使术中超声能发挥较大的作用，也是建立在术前CT、MR等检查手段已经对病灶的具体位置、大小及可能的病理类型有所了解基础之上。

(兰青　张锐　刘宏毅　董军　袁利群)