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    计算机辅助外科手术由于其比传统手术有更精确、更安全,其应用范围越来越广,该技术已经在北京积水潭医院、北京天坛医院等多家国内知名医院使用,获得患者和医生的认可。这是日前在北京举行的“第一届全国计算机辅助外科学术会议”上传出的信息。

    计算机辅助外手术也称为导航手术,是利用计算机图形图像技术对放射影像学资料进行处理,重建二维或三维的医学图像模型,同时结合各种空间定位技术,在医生的双眼、手术工具及患者的头部之间建立一个实时的环路,实现手术过程中器械位置的实时显示。

    ▲突破传统手术禁区

    北京天坛医院神经外科专家赵继宗介绍说,传统的手术方法由于手术部位不能预见,手术过程亦不能预演,手术的成功与否依赖于外科医生的解剖学知识和手术经验,手术的风险和创伤都比较大。而在计算机手术规划导航系统上进行手术方案选择时,医生可以将其以往的经验融于其中,使手术方案的可行性得到进一步的提高。辅助手术操作是在手术规划完成后,再将手术方案的技术参数传送给计算机,通过映射算法将图像空间的规划参数变换到计算机操作程序,最后由计算机按预先确定的手术方案完成指定的辅助手术操作。

    据了解,导航手术是近期是出现的新技术,其实质与我们日常生活中使用的全球定位系统(GPS)非常类似,可以看作是置于手术室内的“全球定位系统”,随着计算机水平的提高和红外追踪定位技术及人工智能技术的引入,使计算机辅助导航系统趋于成熟,成为一种智能化的手术辅助系统,并广泛应用于临床工作。导航系统的核心部分主要包括计算机图像处理系统、具有红外线发射装置的探针和红外线相机、联系以上两部分的信号传递系统。随着此项技术的成熟,其精确的定位使之在颅脑外科、脊柱外科、创伤骨科、矫形骨科、运动损伤等许多骨科手术中得到应用。赵继宗介绍,其在颅脑外科中主要应用于神经系统活检、颅内异物取出术、颅内深部病变、皮层下体积较小的病变等。导航手术使神经外科医生可以提高现有手术质量,不断突破传统手术禁区,为患者提供更好的服务。

    ▲改变脑部常规手术模式

    福建省神经外科研究所所长、福建医科大学附属协和医院教授杨卫忠介绍,脑部的常规手术,先要在患者头上戴一个金属框架,以起到固定和定位作用。为此,要在患者颅骨上钻4个小孔固定框架,患者要带着框架到CT室进行扫描,带着框架接受手术,患者很痛苦。医生仅能根据CT扫描图像凭经验来考虑手术方位,并从框架标尺上读取靶点的三维坐标,操作繁琐费时。手术时有框架的影响,部分位置无法下穿刺针,会造成手术死角,计算机辅助导航手术能克服这些难题。

    据了解,由北京航空航天大学、清华大学和解放军海军总医院合作开发的计算机辅助无框架脑外科立体定向手术系统开创了国内自主开发医疗外科的先河。使用计算机辅助,医生术前只要将4个标志贴在患者的头部,患者不必戴框架。与常规手术不同的是,医生要用CT扫描出多张脑部图像,这些图像要输入电脑合成为三维立体图像。基于虚拟现实技术,在电脑上,医生可以任意选择观察病灶的方向,并可借助键盘和鼠标操作模拟穿刺针进针方位,在术前就可以进行充分的手术方案分析对比,最终选择出最佳方案。在手术进行时,患者头部固定后,用机械臂点取患者头部的4个标志点,进行图像空间与手术操作空间的简易映射,即在电脑中建立对等的脑部位置三维图形。手术中,医生移动机械臂,计算机屏幕上便可实时显示出穿刺针的进针方位。同时,机械臂还是医生的手术操作平台,依靠机械臂末端的导航器与实时显示在电脑屏幕上的监测图像,医生可以把穿刺针毫厘不差的刺入病灶中心,患者头部仅留下一个直径两毫米的小孔。

    ▲可远程遥控操作手术

    北京积水潭医院院长田伟介绍,导航手术在脊柱外科也得到了良好的应用,并可远程遥控操作手术。

    据了解,北京积水潭医院脊柱外科于2002年起开始了导航系统在脊柱外科的应用研究,该院承担的“创伤骨科双平面导航技术与机器人系统”是国家“863”计划项目,解决了创伤骨科以往手动复位易发生髓内钉远端锁定失败的难题。此项成果是将外科机器人与计算机医学图像处理的相关技术相结合,应用于创伤骨科临床的创新手术,在治疗与创伤有关的软组织损伤方面达到世界先进水平。2005年,该院成功将三维成像(ISO-C3D)应用于导航系统,并在此技术导引下成功微创脊柱内固定手术,填补了国内空白。迄今该院创伤骨科经计算机辅助手术系统已开展髓内钉手术近百余例,手术一次成功率达100%(采用传统技术有3%~30%的失败率或并发症)。2006年3月,由该院骨科计算机辅助与机器人手术研究小组实施,运用中国首台基于窄带网络小型化远程骨科手术机器人系统,为远在延安因砸伤致髋关节脱位、左胫腓骨骨折、骨盆骨折的张姓患者进行了髓内针远端锁定手术,实现了我国第一例骨科机器人系统远程遥控操作手术。

    与会专家介绍,矫形骨科开展计算机三维C型臂导航系统辅助下的人工膝、髋关节置换术也有很多优势。计算机导航下人工膝、髋关节置换术是近几年国际上开展的最新手术技术。其特点是不但能够最大限度地使下肢力线恢复正常,并能更好地恢复下肢的旋转力线,减少仅凭目测和经验而发生错误的可能。使人工膝、髋关节置换术精确性增高,相比传统手术大大提高假体力线精确性,更有利于延长人工膝、髋关节置换术的使用寿命。

    ▲影像漂移应予以克服

    与会专家们介绍,目前对导航手术最主要的影响就是影像漂移。如在脑部手术中,由于术中脑脊液外流,或较大体积的肿瘤被切除,脑内结构相对位置发生变化,使之与术前影像之间产生偏差,即影像漂移。国外学者利用术中开放式核磁共振技术测量导航系统在显微神经外科手术中的影像漂移,发现其发生率为66%,漂移程度3毫米~24毫米不等。有些学者设计了数学模型以脑表面某些标记为参考点通过计算纠正影像漂移带来的误差。专家们说,解决影像漂移最根本的方法还是术中实时影像技术的引入,它可以实现真正的动态监测,消除影像漂移造成的误差。

    本届学术会议由北京积水潭医院、北京医学会及中国生物医药技术协会共同主办的,“第二届积水潭骨科论坛”同时举行。此次大会邀请了来自9个国家和地区的40位国外知名专家、学者及国内140余名专家教授到会讲学,近千名代表参加了会议。

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