數(shù)字化顱底外科的可行性研究.pdf

1、第一部分數(shù)字化顱底外科模式與傳統(tǒng)顱底外科模式的對比性研究
　　 背景：顱底解剖結(jié)構(gòu)密集而復雜,病變的手術治療涉及多學科的知識和技能,對醫(yī)生的臨床經(jīng)驗和相關專業(yè)的知識,尤其是局部解剖知識要求較高。自上世紀80年代以來,顱底外科備受關注,逐步發(fā)展、分化成為多學科知識、技能的邊緣交叉學科。經(jīng)典的顱底外科研究是建立在群體局部解剖學基礎上的,利用群體局部解剖學獲得一些顱底結(jié)構(gòu)的重要參數(shù),用于在手術中估計患者的局部解剖概況。由于這種基于群體

2、標本獲取的數(shù)據(jù)缺乏個體化的針對性,用于推算患者個體解剖學特征,不可避免地存在著一定的誤差。另外,由于操作者、研究條件的不統(tǒng)一性,加之抽樣誤差的因為,即使對同樣結(jié)構(gòu)進行測量,各家報道數(shù)據(jù)結(jié)果也有一定的差異。
　　 數(shù)字化影像學技術可以提供個體的解剖學信息,但是,它的準確性受影像質(zhì)量的影響。尤其MRI影像,由于受磁場的不穩(wěn)定及氣.水、氣.脂偽影的影響,圖像易產(chǎn)生扭曲變形從而影響影像學信息的準確性。CT通過X線直接獲取信息,圖像不會發(fā)

3、生扭曲變形,因此,有較高的準確性,但是,層厚也會影響到影像學信息的準確性。基于當前先進的影像學技術,CT影像提供的解剖學信息和個體實際解剖學信息的差別有必要進行對比研究。
　　 神經(jīng)導航系統(tǒng)通過采集患者個體的神經(jīng)影像學信息,完全個體化地將患者重要的解剖結(jié)構(gòu)及病變進行標記并實施三維重建,從而更確切地提供患者的個體解剖特征。另外,在手術早期,神經(jīng)導航系統(tǒng)采用虛擬成像原理,可為醫(yī)生提供經(jīng)典顱底外科手術中無法看到的深部顱內(nèi)重要結(jié)構(gòu)和解剖

4、信息,并且實時引導手術醫(yī)師精確定位術中的重要結(jié)構(gòu)及病變,最大限度地彌補操作醫(yī)生手術經(jīng)驗和局部解剖學知識的欠缺。神經(jīng)導航虛擬成像功能還可以同手術顯微鏡系統(tǒng)實現(xiàn)耦合,形成一個“透視模式”的虛擬術野,有助于醫(yī)生了解某些隱藏在實際術野深層的重要結(jié)構(gòu),可大幅度降低手術難度級別,提高手術的安全性。
　　 顱底外科手術最能充分體現(xiàn)神經(jīng)導航系統(tǒng)的實用價值。因為在多數(shù)神經(jīng)外科手術中,顱內(nèi)結(jié)構(gòu)由于受手術操作的多種因素影響,產(chǎn)生不同程度移位,使術前獲

5、取的影像學信息對手術的指導作用大打折扣,影響神經(jīng)導航系統(tǒng)的精確性。而顱底手術可利用顱底固定的骨性結(jié)構(gòu)作為定位標志,這些標志在手術過程中不會因操作移位而影響神經(jīng)導航系統(tǒng)的精確性。
　　 目的：
　　 本課題旨在通過對比獲取個體解剖信息的兩種模式,即數(shù)字化模式和局部解剖學模式,研究哪種模式式對個體解剖特點估計得更精確,進而定量評價顱底外科手術擺脫傳統(tǒng)的局部解剖學研究模式最終進入數(shù)字化應用模式的可行性和前景,從理念上促進顱底外

6、科模式的根本變革。
　　 方法
　　 1顱底標本制作20％福爾馬林溶液浸泡過的成人尸頭25個,去除顱蓋骨和腦組織,充分暴露顱底結(jié)構(gòu)。采用乙狀竇前入路將上半規(guī)管、外半規(guī)管及后半規(guī)管輪廓化,測量以下結(jié)構(gòu)間的距離:外半規(guī)管外側(cè)緣中點.卵圓孔內(nèi)側(cè)端、上半規(guī)管上緣中點-棘孔外側(cè)端、后半規(guī)管外側(cè)緣中點.舌下神經(jīng)管上緣中點、上半規(guī)管上緣中點-內(nèi)耳門外側(cè)緣中點。
　　 2影像資料的獲得尸頭經(jīng)CT掃描,資料經(jīng)光盤導入BrainLA

7、B VectorVision2神經(jīng)導航工作站三維重建,在三維圖像上測量所選結(jié)構(gòu)間的距離。
　　 3神經(jīng)導航測量影像資料經(jīng)ZIP盤導入BrainLAB VectorVision2術中導航系統(tǒng)并三維重建,采用Z-touch激光面部掃描注冊,注冊完成后測量所選結(jié)構(gòu)間的距離并測量靶點定位誤差。
　　 4變異系數(shù)的測量兩個獨立的實驗者對同一個尸頭上的兩側(cè)卵圓孔內(nèi)側(cè)端之間的距離分別進解剖學、影像學和神經(jīng)導航測量,比較三種測量方式的變

8、異系數(shù)。
　　 5靶定位誤差的測量在神經(jīng)導航系統(tǒng)的引導下,在術中定位內(nèi)耳門、棘孔和外半規(guī)管的位置,影像引導外科系統(tǒng)所確定的位置與實際位置的偏差即為的靶定位誤差。
　　 6數(shù)據(jù)處理所有數(shù)據(jù)采用SPSS13.0統(tǒng)計軟件處理,數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布的比較采用配對t檢驗,非正態(tài)分布分數(shù)據(jù)比較采用非參數(shù)檢驗。P<0.05被認為差別具有統(tǒng)計學意義。
　　 結(jié)果：
　　 1測量結(jié)果解剖學、影像學及影像引導外科測量的結(jié)果分別為

9、:外半規(guī)管-卵圓孔:37.74±2.42mm,37.46±2.54mm,37.95±3.50mm；上半規(guī)管-棘孔:28.00±2.24mm,27.81±2.13mm,27.68±2.85mm；后半規(guī)管-舌下神經(jīng)管:34.28±3.50mm,34.50±3.39mm,34.75±3.46mm:上半規(guī)管-內(nèi)耳門:13.87±1.61mm,13.75±1.37mm,14.05±1.82mm。統(tǒng)計學分析顯示,所有的P值均大于0.05,三種測量方

10、式之間沒有統(tǒng)計學差別。
　　 2靶定位誤差 Z-touch激光掃描注冊,靶點的平均定位誤差為2.09±0.65mm。
　　 3三種測量方式的變異系數(shù)解剖學測量、影像學測量、神經(jīng)導航測量的變異系數(shù),在實驗者1,分別為0.40％、0.39％、0.40％；在實驗者2,分別為0.69％、0.47％、0.68％。
　　 結(jié)論：
　　 1與基于群體解剖的傳統(tǒng)顱底外科模式相比,基于影像學和計算機技術的CT和神經(jīng)導航系統(tǒng)

11、能提供更精確的個體解剖學信息。
　　 2與傳統(tǒng)的人工操作方式相比,基于CT和計算機技術的自動化、數(shù)字化測量模式具有更高的穩(wěn)定性和靈活性。
　　 3數(shù)字化顱底外科模式必將取代傳統(tǒng)的基于局部解剖學的顱底外科模式而得到廣泛應用。
　　 第二部分 Z-touch激光注冊與面部粘附標志物注冊的對比性研究
　　 背景
　　 神經(jīng)導航已經(jīng)日益在神經(jīng)外科中被廣泛應用,它通過注冊完成患者影像和其解剖結(jié)構(gòu)的配對,在影

12、像坐標系和手術坐標系之間建立一種關聯(lián),即建立兩個坐標系之間的三維坐標換算關系。注冊完成后,神經(jīng)導航系統(tǒng)可以通過超聲或紅外線等介質(zhì)監(jiān)測手術器械在手術空間內(nèi)的位置,從而引導術者準確定位病變,避免對正常組織的誤傷,降低手術的風險。
　　 注冊是應用神經(jīng)導航的一個關鍵步驟。最常用的標志物注冊因其具有較高的注冊精度和靶定位精度而在臨床上被廣泛應用。但是,骨植入標志物注冊需在病人顱骨內(nèi)植入鈦釘,直到手術結(jié)束才能取出,給病人帶來很大痛苦。面部

13、粘附標志物注冊需術前在病人頭面部粘貼可以被CT/MRI識別的標志物,但皮膚的移位和腫脹會降低注冊的精度,偶爾的標志物脫落會延長手術的時間。而非標志物的解剖標志注冊盡管很容易被執(zhí)行,但因其難以實現(xiàn)對解剖標志在影像學上的精確定位而導致注冊精度和靶定位精度的嚴重下降。
　　 BrainLAB VectorVision2神經(jīng)導航系統(tǒng)提供了一種稱為Z-touch的非標志物、非接觸性的注冊方式。它使用紅外激光掃描病人的額部、眼眶及鼻根來獲取

14、病人的面部信息,反射的紅外線被紅外相機接受識別后轉(zhuǎn)化為數(shù)字化信息,神經(jīng)導航系統(tǒng)通過分析這些數(shù)字化信息在現(xiàn)實空間和影像空間之間建立一種聯(lián)系來完成注冊。Z-touch注冊不需要任何標志物,作為一種非接觸性注冊,可以很容易地實現(xiàn)術中的再注冊而無需一些特殊的設備。目前對Z-touch激光注冊的研究多集中在其注冊精度上和靶定位精度上,還很少有人對其進行系統(tǒng)的研究給予綜合的評價。
　　 目的：
　　 通過對比Z-touch激光和面部

15、皮膚粘附標志物兩種注冊方式的注冊耗時、注冊精度及靶定位精度,對Z-touch激光注冊給予綜合的評價,同時對影響靶定位精度的因素做初步的探討。
　　 方法
　　 1影像資料的獲取16個結(jié)構(gòu)完整的尸頭被選擇作為研究對象,6個皮膚粘附標志物被分散地、非對稱性地粘貼在頭面部皮膚上。尸頭進行薄層CT掃描,資料寫入光盤。
　　 2影像資料術前處理影像資料通過光盤導入BrainLAB VectorVision2神經(jīng)導航術前計劃

16、工作站,重建尸頭三維影像,并定位注冊標記物:在三維影像上以一定順序確認標志物,按順序用鼠標逐個點擊標志物中心,力求點擊位置的準確,以保證注冊時獲得更高的精度,完成后資料導入ZIP盤。
　　 3皮膚粘附標志物注冊 ZIP盤內(nèi)的影像信息導入BrainLAB VectorVision2術中神經(jīng)導航系統(tǒng)。尸頭和頭架適配器被牢固地固定在Mayfield頭架上,皮膚粘附標記物注冊被執(zhí)行,記錄注冊耗費時間、注冊精度和靶定位誤差。