计算机导航辅助脊柱外科手术指南 (一)

因脊柱外科手术部位深在，脊柱结构复杂、毗邻重要神经、血管组织，且脊柱发育变异、畸形或退变常见，故如何提高脊柱外科手术安全性和精准性一直是临床关注的重要问题。自1995年计算机导航技术应用于脊柱外科手术[1]，显著提高了脊柱外科手术的置钉精确性[2,3,4,5,6,7]，降低了术中辐射剂量[8,9,10,11,12,13,14,15,16]，并明显提高了脊柱微创手术的安全性[12,17,18,19,20,21,22]。近年来，随着"精准医疗"概念的兴起，作为骨科精准医疗重要应用的脊柱外科导航技术也随着立体定向、图像配准、机器人以及计算机技术等的不断发展而日益成熟。作为一项新兴技术，目前国内外尚无计算机导航辅助脊柱外科手术的临床应用指南，影响了此技术的进一步推广普及。因此，为更好地指导脊柱外科导航技术在临床规范化推广应用，中华医学会邀请全国30个省市自治区专家收集近年来相关循证医学证据，讨论撰写形成本指南。

本指南仅为学术性指导意见，临床应用必须依据患者具体情况制定。

本指南的适用人群是参与计算机导航脊柱外科手术的医生、技师以及护士等人员。

采用传统手术技术与采用计算机导航辅助脊柱外科手术的精确度情况见表1[2,3,4,5,6,7]。研究结果显示：计算机导航辅助脊柱外科手术可显著降低术中医生和患者的辐射剂量[8,9,10,11,12,13,14,15,16]，并提高脊柱外科微创手术的精确度及安全性[12,17,18,19,20,21,22]。

表1 采用传统手术技术与采用计算机导航辅助脊柱外科手术的精确度情况(%)

(一)计算机导航技术(computer-assisted navigation technique)

指融合现代计算机、立体定位和医学影像技术等的一种外科手术辅助技术，用于引导手术医生进行精确地手术规划和操作。

(二)红外线光学导航系统(infrared optical navigation system)

指采用红外线立体定位技术的光学导航系统，是目前脊柱外科计算机导航技术中应用最广泛的系统，分为：①主动红外线光学导航系统(active in-frared navigation system)，指红外线发光二极管安装在各个示踪器和智能手术器械的导航系统，其发射的红外线信号由位置传感器接收后传至导航工作站进行处理；②被动红外线光学导航系统(passive infrared navigation system)，指红外线被动反射球安装在各个示踪器和智能手术器械上，红外线发射装置安装在位置传感器上的导航系统，位置传感器发射的红外线被反射球反射后再折返至位置传感器，由位置传感器接收后传至导航工作站进行处理。

(三)示踪器(tracker)

指在手术过程中通过发射或反射红外线信息至位置传感器，用于追踪坐标信息的器械。

1．患者示踪器(patient tracker)

指在术中与患者解剖结构连接的示踪器，发射或反射红外线信息至位置传感器。

2．"C"型臂示踪器(C-arm tracker)

指经工程师校准并安装于"C"型臂X线机上的示踪器，扫描的图像可由导航系统自动注册。

3．通用示踪器(universal tracker)

指在术中与手术器械连接的示踪器，发射或反射红外线信息至位置传感器。

(四)指点器(pointer)

指在手术过程中用于指引患者的世界坐标系与影像虚拟坐标系的配准，在导航时对患者空间位置进行定位的器械。

(五)智能手术器械(smart tool)

指安装有示踪器的手术器械，可在导航图像中显示相应坐标。

(六)位置传感器(camera)

指将通过跟踪示踪器发射或反射的红外线信号传输至导航工作站，确定相应坐标信息的硬件。

(七)匹配(match)

指将术中患者解剖结构与获取的影像学图像，或将不同时间、不同传感器(成像设备)或不同条件下获取的两幅或多幅图像进行对应、叠加的过程。

1．点匹配(point-to-point matching)

术中用指点器接触若干手术椎体表面解剖标志清楚的参考点，与虚拟图像中相应位置进行匹配。

2．面匹配(surface matching)

术中用指点器接触能够覆盖完整椎板结构表面的若干个随机点，与相应部位CT图像三维表面模型进行匹配。

(八)配准(registration)

指通过对影像内容、特征、结构、关系、纹理及灰度等的对应关系，相似性和一致性的分析，寻求相似影像目标的方法。在计算机导航辅助脊柱外科手术中是指通过一定算法在术中解剖结构的世界坐标系(空间的绝对坐标系)与导航影像的虚拟坐标系间寻找对应的同名点的过程。

(九)示踪(track)

指通过指点器与智能手术器械上的示踪器，在虚拟坐标系中反映出其实时坐标的过程，用于引导手术操作。

(十)"C"型臂X线机透视二维图像导航(two-di-mensional C-arm fluoroscopy-based navigation)

在手术过程中，使用"C"型臂X线机获取相应脊柱透视图像，传输至导航系统，引导手术操作。

(十一)术前CT三维图像导航(preoperative three-dimensional computed tomography-based navigation)

在手术前，按照一定的参数要求，采集CT图像，传输至导航系统，引导手术操作。

(十二)术中即时三维图像导航(intraoperative real-time three-dimensional fluoroscopy-based navigation)

在手术过程中，使用"C"型臂、"O"型臂X线机或CT等获取三维图像，传输至导航系统，引导手术操作。

(十三)图像漂移(image drift)

指因目标组织形变、位移或者红外光线传输异常而导致的图像位置与实际位置不符。

(十四)计算机导航辅助微创脊柱外科手术(computer assisted minimal invasive spine surgery，CAMISS)

指将计算机导航辅助外科技术与微创脊柱外科技术相结合的手术方法，能保障微切口手术在精确安全的条件下实施。

计算机导航辅助技术适用大部分脊柱外科手术领域，包括脊柱创伤性疾病、退变性疾病、脊柱畸形、脊柱肿瘤、脊柱感染等，主要作用是提高内固定置入的精准性及明确病灶范围。在骨性解剖标记不明确或骨性解剖变异、畸形的情况下，计算机导航辅助技术更能显现其优越性。尤其适用于脊柱微创手术[22,23,24]及脊柱翻修手术[25]。

(一)脊柱创伤性疾病

例如：齿突骨折[26]、不稳定Hangman骨折[27]、下颈椎骨折[28]、胸腰椎骨折[21]等。

(二)脊柱退变性疾病

例如：颈椎间盘突出症[29]、颈椎管狭窄症[29]、颈椎后纵韧带骨化症[30]、胸椎黄韧带骨化症[31]、腰椎间盘突出症[32]、腰椎管狭窄症[33]、腰椎滑脱症[34]等。

(三)脊柱畸形

例如：上颈椎畸形[34]、先天性重度腰椎滑脱[35]、脊柱侧弯[36]、脊柱后凸畸形[37]等。

(四)脊柱肿瘤

例如：脊柱椎体肿瘤[38]、椎管内肿瘤[39]。

(五)脊柱感染性疾病

例如：脊柱结核[40]。

(一)全身性疾病

包括：①严重出血性疾病；②严重心脏疾病；③严重呼吸系统疾病；④其他不能耐受麻醉或手术者。

(二)患者不耐受脊柱手术的体位要求，如脊柱后路手术，患者不耐受俯卧位。

(三)患者不能接受术中射线辐射。

(四)示踪器安放位置无法满足手术要求。

(五)无法获得满足手术要求的图像质量。

未完待续……