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开放式磁共振结合导航系统在手术中的应用

现代整形外科的发展与现代科学技术的发展密切相关。神经成像、计算机和空间跟踪技术。神经影像学通过提高神经外科医师的“视力”,来增进他们的能力。这种视力的提高不仅表现在能透过表面看到表面以下的解剖结构和病变,而且表现在能获得血管分布和功能等方面的信息。神经影像结合空间定位技术,开发出来的神经导航系统,可以将影像信息注册到三维空间定位图上,并将计算机计算出来的手术器械的虚拟影像叠加到三维空间定位图上,由此对手术器械进行精确的引导。开放式磁共振的出现,方便我们在术中获得近乎实时的MR影像。开放式磁共振与导航系统结合,使得我们可以应用实时的术中影像对手术器械进行引导,克服了神经导航只能应用术前影像的缺陷,并且能够对神经外科手术进行有效的术中监控。本文介绍了开放式磁共振结合导航系统在无框架立体定向神经外科的初步应用。mrgp的检测方法1.一般资料:8例病人中,男性6例,女性2例,年龄最大68岁,最小21岁(平均50.6岁)。4例脑活检,病变均位于双侧脑内;4例脑脓肿患者在术前均根据病史和影像学资料诊断为脑脓肿,其中2例脓肿位于左侧丘脑,1例位于右侧顶枕交界处,1例位于右侧小脑半球。2.临床表现:4例脑活检患者均有颅内压升高的症状,其中1例有四肢运动功能障碍,生活不能自理;4例脑脓肿病人有不同的神经功能缺损表现,如:失语、偏瘫、大小便失禁、精神障碍等。3.设备及手术器械:使用Philip公司的0.23T开放式磁共振扫描机结合iPath200光学导航系统。开放式磁共振扫描机具有C形磁体,允许医生接近处于成像容积的病人。发射和接收MR信号的柔性射频线圈是专门设计用于MRGP的,形状主要为环形,大小不一。专用的无菌线圈罩可以保证手术区无菌。扫描床带轮式装置,可以将病人移进或移出成像容积。当病人距成像容积中心3米之外时,低场强的磁共振扫描系统对非磁共振兼容性的手术器械没有明显的影响,可以用常规的手术器械对病人实施手术。穿刺针采用DAUM公司的磁共振兼容性穿刺针。iPath200光学导航系统包括:MRGP扫描序列软件包、扫描室内的监视器及控制台、手术照明灯、红外线实时照相系统、固定于磁体上的红外反射定位装置及带有4个红外反射球的导航手柄,以及导航软件。4.手术过程:术前在拟穿刺进针的头皮部位贴附鱼肝油胶丸,并接受常规MR扫描。分析进针部位和穿刺靶点之间的关系,对头皮切口进行调整。局麻下切开头皮、颅骨钻孔。在MRGP模式下,对主磁场自动匀场并对梯度场线性补偿。将穿刺针固定于导航手柄上,利用较针水模,测量穿刺针的长度。将患者的感兴趣区移入成像容积中心,调整导航手柄的方位,估计由导航手柄所决定的扫描平面包括了穿刺靶点后,对患者进行MR扫描。扫描序列采用FE、FSE或CBASS序列。获得的MR影像是平行并包括了穿刺针的解剖影像。如果该影像包括预穿刺的病灶,则可在导航系统的引导下,对靶点穿刺并进行标本取样和抽吸治疗。术后常规行MR扫描,排除手术所致并发症。术后并发症的处理所有操作,穿刺针均准确到达靶结构。活检病例的病理诊断分别是星形细胞瘤WHOⅡ级、胶质增生、颅内感染,有1例未能获得明确的病理诊断,考虑为颅内新生物。1例术前已出现呼吸衰竭的CPA区巨大脓肿,在两次穿刺抽吸术后死亡,其余脑脓肿患者神经功能缺损的症状均有不同程度的好转。术后影像学检查,所有患者脓肿腔体积缩小50%以上,1例脑脓肿接近完全消失。无出血及感染扩散等手术并发症出现。3例脑脓肿术后发现脓肿腔内积气,2周后复查MR显示脓肿腔内气体已消失。脓液培养:1例为表皮葡萄球菌生长,药敏试验对去甲万古霉素阳性,其他病例无细菌生长。mrgp的临床应用和发展X线发现之后,医学影像就在外科手术的引导中发挥重要的作用。影像引导的外科(ImagingGuidedSurgery,IGS)发展的关键在于能把不同格式的影像相互注册,而且能把影像文件注册到病人的三维空间定位图上。IGS的另一个重要方面是能在术中对器械进行实时引导,并把手术器械描绘成手术野内虚拟现实的影像。IGS是基于这样一个假定:术前获得的影像资料(将被用于外科引导),能准确反映手术过程中的组织形态结构。而在大多数情况下,这个假定不能成立,例如术中脑脊液流失和肿瘤切除后,必然发生脑组织移位和变形。因此,神经导航手术采用的术前影像资料,不能准确反映手术进行过程中的实际情况,带来定位的误差和扭曲。术中实时影像,例如介入MRI、超声、电生理记录仪等就常被用来克服这一缺陷。磁共振由于具有高度的软组织对比、高空间和时间分辨力、任意平面三维成像能力、对流动及温度的敏感性、无电离辐射等优势,成为影像引导技术的首选。开放式磁共振扫描机的出现,使术中“实时”成像成为可能。磁共振引导下的手术(MR-guidedprocedures,MRGP)开始于上世纪八十年代中期。2001年,MRGP被收录进美国医学会负责编撰的常用手术术语代码(currentproceduralterminology,CPT),这进一步推动了MRGP从研究领域向临床应用的转变。CPT给出的MRGP定义是:用于穿刺针定位(可进行穿刺针抽吸、注射、局部装置放置等)的影像学监控和显示的磁共振引导。MRGP的临床应用分为术中磁共振(intraoperativeMRI)和介入性磁共振(interventionalMRI)两个大的方面。术中磁共振要求在手术室的环境中结合磁共振成像系统,具有在术中方便确定肿瘤的边缘、获得手术造成形态改变后的解剖信息等优势。其目的就是为了对手术进程进行实时的影像监控。介入性磁共振侧重于对MR兼容的介入性手术器械的实时引导,主要在放射科实施。开放式磁共振结合导航系统对手术器械引导的精确性是最受关注的问题,目前认为其精确性受两个因素影响:第一,由于MR影像是通过检测由射频信号激发的共振氢核频率和相位的微小变化来获得的,所以,主磁场均匀性或磁场梯度线性的任何偏差,都将导致影像的几何变形。体内不同组织固有的磁化系数哪怕只有一点微小的改变,就会产生在定性层面上不易觉察的扭曲。当你依赖这个影像来引导精确的外科手术时,这一扭曲就是严重的。现代影像学已经开发出对主磁场均匀性自动匀场和对梯度场线性进行补偿的技术。在开展MRGP手术时,操作者只需按步骤进行自动匀场和线性补偿,就能获得可用于精确引导的解剖影像。第二,由于导航系统计算出来的穿刺针的虚拟影像是由导航手柄上的四个红外反射球决定的,并以穿刺针沿直线插入为前提。如果术中发生穿刺针弯曲,则虚拟的穿刺针针尖位置与实际位置将发生偏差。这种偏离直线路径的可能性,随着使用较细的穿刺针或穿过较坚实的组织而增加。在脑穿刺术中,由于脑组织非常柔软,发生穿刺针弯曲并引起引导误差的可能性微乎其微。根据我们的经验,在MRGP手术过程中,发生器械引导偏差的最大的危险来自于操作错误。如果在获得解剖影像并注册到患者空间定位图后,患者头部发生平移或转动,这一空间定位图就不能反映患者的实际空间定位。以此作为引导的参考,就会发生偏差。解决的方法有两种:第一,对患者头部进行固定。最可靠的固定方法是用磁共振兼容性的钢性头架固定颅骨,但使用头架又会破坏无框架立体定向技术的微创优势;Rubino报道了结合射频线圈的船坞式头托,其可靠性仍不理想且尚须通过FDA认证。第二,当怀疑患者头部发生转动,就应该重新进行MR扫描,导航系统会自动将最新获得的解剖影像注册到空间定位图上,并据此对手术器械进行引导。此方法另外的好处是:由于术中多次成像,一方面可以实时显示介入器械在病人体内的实际路径,便于手术医生对比实际的穿刺针伪影和解剖结构之间的关系,对穿刺方位进行调整;另一方面可以及时提供可能发生的并发症的信息,实现对手术的实时监控。本文采用第二种方法来避免可能的操作误差,均获得了穿刺针的准确引导和定位。所有病人在术中及术后的MR检查中都未发现脑内血肿、梗塞、脓肿破裂等并发症。3例脓肿,在术后发现脓肿腔内积气,其中2例神经功能缺损的症状得到了明显的改善。分析原因可能有两个:(1)脓肿腔内积气不会增大占位效应,而且术后腔内积气会很快被吸收,这一点在术后影像检查中得到证实。因此,穿刺抽脓后即使发生脓肿腔内积气,其对周围神经组织的压迫也是减小的,并将随着时间的推移进一步减小;(2)这2例症状改善的病人,脓液细菌培养均为阴性。由于细菌培养为阴性的脓肿极有可能是厌氧菌感染,因此进入脓肿腔内的气体很可能成为针对厌氧菌的天然而又无害的“抗生素”。脓肿腔内的细菌灭活后,产生的毒素减少直至消失,部分神经功能得以恢复。当然,目前尚没有明确的证据能证实这一点,且临床病例数也不足以说明其可靠性。1例耳源性CPA区巨大脓肿,累及脑干。由于脓肿壁薄且患者生命垂危,如果实施手术切除,将面临脓肿破裂和患者不能耐受手术的双重危险,所以施行磁共振引导下脑脓肿穿刺抽吸术。第一次穿刺抽脓后,脓肿腔体积缩小,意识障碍及共济失调症状有不同程度好转。脓液细菌培养为表皮葡萄球菌,药敏试验仅对去甲万古霉素敏感。由于长期使用抗生素,几天后患者出现腹泻、呕吐等胃肠道症状,不能进食,考虑为胃肠道菌群失调。患者电解质紊乱,并有隔逆等脑干刺激症状。第一次术后21天,再次行MR引导下脓肿穿刺抽吸术,术后复查MR及CT,影像资料均显示小脑脓肿接近消失,无出血、感染扩散等征象。术后第一天,患者症状减轻,但随后出现意识障碍加重,全身多器官功能衰竭,最后不治身亡。该死亡病例给予我们的教训是应该更严格地控制手术的适应征和禁忌证。但在临床工作中,是否施行某一种治疗,实际是一种两难的选择,尤其在针对生命垂危的病人时。MRGP在世界范围内也是刚刚进入临床应用,它的两个主要分支,术中磁共振本文没有涉及;而

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