第42章 计算机辅助导航技术在脊柱肿瘤外科治疗中的应用
第42章 计算机辅助导航技术在脊柱肿瘤外科治疗中的应用
Application of Computer Assisted Navigation in Surgical Treatment of Spinal Tumors
一、 概述
计算机辅助导航系统（computer assisted navigation system, CANS）是近年来外科领域，尤其是骨外科领域迅速发展起来的一项新技术。Roberts等于1986年报道CANS应用于神经外科，其后该技术越来越广泛地应用于诸多外科领域，并得到飞速发展。CANS能实现人机交互，可以定量利用多元数据和系统软件进行手术计划、干预和评价，其较好结合了三维图像重建、计算机辅助成像、计算机模拟操作、外科机器人等相关技术特点，不但可以辅助良性骨肿瘤的外科手术，在辅助恶性骨肿瘤外科治疗方面也比传统手术更有独特的优势。
自20世纪90年代以来，计算机辅助骨科手术应运而生，随后该技术在脊柱外科、人工关节置换、肢体骨折、骨盆截骨等骨科手术中得到成功应用。1995年Nolte等应用计算机导航技术辅助实施了第1例腰椎椎弓根螺钉内固定术后，CANS逐渐发展，并在脊柱外科手术中广泛应用。2004年Hufner等报道了在计算机导航技术下治疗骨盆恶性肿瘤的病例，2007年Kwok-Chuen Wong等进行了计算机辅助下骨盆肿瘤切除与人工假体重建，2014年O. Cartiaux等报道了3D技术和导航下骨盆肿瘤的精确切除与重建，由此逐渐拉开了计算机辅助导航在骨肿瘤领域应用的序幕。
CANS应用于脊柱肿瘤外科治疗之前，脊柱外科医生主要是以CT或者MRI影像在自己大脑中合成肿瘤侵袭范围的图像并在术前利用X线透视进行定位，然后在直视下进行脊柱肿瘤手术切除。由于脊柱解剖结构复杂独特，肿瘤毗邻脊髓、重要血管及脏器，手术者术中视野受限，因此，脊柱肿瘤手术存在较高的难度和风险。这种依据术者的经验而非精确影像指导的肿瘤切除方式也常常使术者难以按照术前计划实施肿瘤切除，结果导致两种可能：一是肿瘤切除范围过小，边界不清，肿瘤残留，术后复发率高；二是为了获得安全的外科边界，盲目扩大切除范围，由此造成过大损伤，重建困难，术后并发症多。
为了规避传统脊柱肿瘤手术的技术缺陷，利用CANS技术可有效提供脊柱三维可视化操作，弥补手术者在肿瘤切除时术野不清和边界不明的局限性，同时为术者在术中实时定位局部解剖结构和精确安放内固定提供帮助。目前，先进的手术导航系统能为手术医生提供三维图像融合和手术规划等工具，利用这些工具进行手术设计，可以给术者直观的图像指导，并辅助实施精确的肿瘤切除和重建。许多研究报道显示，通过导航技术应用，可以较好实现脊柱肿瘤的精确切除与重建，从而确保了脊柱肿瘤的手术安全性和治疗效果。通过不断的技术改进及外科医生对该项技术的认识与掌握，CANS在不同节段脊柱肿瘤切除重建手术中发挥着越来越重要的作用。
二、 CANS工作原理
CANS是一种以影像资料为基础，应用虚拟成像和实时技术显示手术器械与术野解剖结构的关系，引导和帮助手术者高质量地完成手术规划和手术操作的三维定位系统。CANS工作原理类似于全球卫星定位系统，其基本配置（图42-1）主要包括三个部分，即图像工作站（图像处理软件，如simpleware、mimics软件）、位置探测装置和专用手术器械及适配器（图42-2）。
术前医生或技术人员将数字化扫描技术（CT、MRI等）所得到的患者术前影像信息，输入到计算机工作站，通过三维重建、图像配准、图像融合（图42-3）等处理，重建出患者的三维模型影像并建立虚拟坐标空间，医生即可在此影像基础上进行术前计划和模拟操作，实际手术过程中系统红外线摄像头动态追踪手术器械和植入体相对患者解剖结构的当前位置（实际坐标空间），并明确显示在患者的二维、三维影像资料上，将两个坐标空间匹配，实时显示定位图像。手术医生通过导航仪显示屏观察手术区域内冠状面、矢状面、轴面、斜面及三维重建的解剖结构（图42-4），并从各个方位实时观察手术入路及各种参数（角度、深度等），以确保手术切除的部位、钻孔、开道、置钉等每一操作步骤的精确度，并及时观察开道及器械置入时的细微状况，从而最大限度地避开危险区，在最短的时间内到达靶点区域。
图42-1 计算机导航系统的组成
图42-2 术中导航常用的工具：固定器、固定针和跟踪器主要用于导航的注册；开口器和开路器主要用于术中导航截骨和置钉
图42-3 计算机导航系统中CT与MRI的图像融合过程（白色箭头指示融合方向，黄色箭头指示肿瘤侵袭范围）
图42-4 术中导航
A、B、C、D分别为导航仪显示屏观察手术区域内冠状面、矢状面、横断面及三维重建的解剖结构（白色箭头指示肿瘤区域）
三、 CANS常用设备
根据选择的导航信号不同，CANS可分为光学（红外线）定位、磁（电磁场）定位、声学（超声信号）定位和机械定位4种类型。导航系统从最初的CT交互式导航发展到现在的光学导航和电磁导航，其定位精度在不断提高，临床实用性也越来越强。1986年，日本、美国和瑞士等国家先后开发了由交互式CT机组成的导航设备，也就是最初的计算机辅助骨科手术技术。1990年，枢法模公司推出全球首台针对骨科的光学手术导航系统并投入临床使用。新一代导航系统以主动式光学导航技术为主，以摄像机作为传感器，利用安装在手术器械上的红外发光二极管发出的红外线的空间位置，判断出手术器械的位置和姿态，指导医生完成手术操作，其具有更高的定位精确性，是目前导航系统中的主流定位方法，也是脊柱肿瘤外科治疗的主导信号传导方式。目前国内外应用于脊柱肿瘤切除手术的导航系统主要包括：中国深圳安科高技术股份有限公司开发的ASA-630V系统，美敦力（Medtronic）公司开发的FluoroNavTM、StealthStation、O-arm系统，德国博 医来（BrainLAB）公司开发的VectorVision系统 和西门子（Siemens）公司开发的ISO-C系统等。目前在国内应用最为广泛的导航系统是史赛克（Stryker）公司的主动式光学导航系统（图42-5）。
图42-5 史赛克（Stryker）公司的主动式光学导航系统
四、 计算机辅助导航脊柱肿瘤手术适用范围与禁忌（一） 导航手术适用范围
计算机辅助导航可适用于脊柱不同节段、不同类型肿瘤的切除与重建，其主要应用于以下几个 方面。
1. 判定脊柱肿瘤的安全边界 CANS能够有效融合CT、MRI、PET-CT等图像，将传统的静态图像与功能影像进行融合，形成三维图像，能够很好地确认肿瘤的边界，尤其是CT和MRI的融合图像可以清晰显示肿瘤在骨和软组织内的侵袭范围，有利于制定手术计划，再利用术中导航验证，做到安全完整的肿瘤切除。
2. 脊柱良性骨肿瘤精确定位刮除和微创化手术 CANS应用于良性骨肿瘤的刮除手术，可以明显减少传统术中影像参考带来的误差，实时指导外科医生确认肿瘤部位和刮除边界，避免盲目扩大或刮除不足。对于一些位于解剖结构复杂区域，仅需去除病灶的良性肿瘤（如骨样骨瘤、骨软骨瘤等），CANS能精确定位肿瘤位置，并能指导手术操作，减少手术创伤，尽可能保留正常解剖结构，从而达到手术部位重要结构的微创化。
3. 辅助解剖结构复杂区域的肿瘤手术 如骶骨区域的肿瘤，其三维解剖结构与骨盆其他组织相邻，毗邻重要的神经血管等复杂结构，肿瘤与周围组织可视性欠佳，瘤体切除较困难，手术风险较高。CANS可以精确定位，能够明确肿瘤边界，按照术前计划完成肿瘤安全边界切除，同时最大限度地保留周围负重区的正常骨质，减少肿瘤切除后的功能缺失并有利于骨缺损的重建，同时也可显著降低手术风险和手术难度。
4. 引导脊柱肿瘤切除后骨缺损的重建 脊柱肿瘤切除后，造成的骨缺失常常需要重建以恢复功能，但脊柱结构复杂，空间狭小，重建过程中如果内固定或植入物置放不准确会导致神经脊髓损伤，术后内固定失败的发生率也会增高。CANS可以通过影像引导，使内固定得到精确置放，从而避免损伤神经、血管等重要结构，使脊柱重建效果更加 理想。
（二） 导航手术禁忌证
计算机导航在脊柱肿瘤切除重建中的应用没有明确的禁忌证。但对于胸椎上段肿瘤、十分肥胖的患者以及伴有严重骨质疏松的脊柱肿瘤患者，由于透视成像比较困难，会导致导航时定位不够准确，成为计算机导航在脊柱肿瘤外科治疗应用方面的相对禁忌证。
五、 计算机导航辅助脊柱肿瘤外科治疗的实施流程（图42-6）
（一） 术前设计
图42-6 计算机导航辅助脊柱肿瘤外科治疗的实施流程
1. 基于图像融合的脊柱肿瘤安全边界的确定 脊柱骨肿瘤切除范围包括椎体内及周围软组织内的肿瘤切除，计算机导航辅助的脊柱肿瘤切除需要根据术前肿瘤的影像学进行术前边缘设计和术中切除的影像指导。虽然患者的体内信息无法通过三维坐标测量和激光抄数等实体轮廓测量方法获取，但CT/MRI扫描能够很好地解决患者体内组织器官形态信息的采集问题。CT扫描具有精确度高、可在不破坏组织结构的前提下获取实体内外表面的参数，从而确定骨组织的侵袭范围；MRI检查可以显示软组织解剖结构的细微差别，可以确定髓内或软组织侵袭范围。然而，单一的影像学资料并不能完整地显示骨肿瘤的全貌，需要X线片、CT、MRI、ECT等从不同角度综合反映脊柱肿瘤的局部生长和毗邻情况。因此需要术前采集患者的CT和MRI等图像数据并导入导航系统的工作站进行图像融合，并重建目标区域，即脊柱肿瘤发生部位的3D图像，通过阈值算法（如采用成人骨皮质的Hounsfield值2 000），对融合图像进行结构划分（包括骨、肌肉、神经、血管、肿瘤等），使术者能够直观地掌握肿瘤组织中骨性成分、软组织成分以及坏死组织成分的分布范围，根据多个层面的图像融合，了解肿瘤精确的立体构型，并标记、勾画出肿瘤边界（图42-7）。术者可以依据脊柱肿瘤外科分期系统（如WBB、Tomita和Enneking等分期），设计肿瘤切除范围并进行标记，供术中导航指引操作。
2. 数据采集要求及图像融合 在术前获取患者数据的过程中，CT扫描参数要求层厚小于 2 mm，一般选择CT扫描层厚为0.625 mm，分辨率512×512。而患者MRI扫描参数无特殊要求，但层厚越小则图像数据精度越高，两者均要存储为Dicom3.0格式。另外，MRI多种序列可以更好地显示肿瘤范围，如在MRI的T1WI上和脂肪抑制的T2WI上，可更加清楚地显示肿瘤在髓腔内的侵犯范围。MRI可以更清楚地显示有无软组织肿块，了解肿瘤是否侵蚀或压迫邻近的肌肉、脏器、大血管和重要神经等组织结构，同时可清晰显示肿瘤周围有无水肿和水肿的范围。这些参数既能够满足重建高精度骨三维模型的要求，又能够满足计算机辅助导航系统精确定位的参数要求。
但需要注意的是，在采集数据的过程中，虽然CT和MRI检查时是同源的，但是不同机、不同时，而且获得的数据包括图像扫描层厚、分辨率及空间定位等不同，因此不能简单地将两者图像机械地加以单叠，需要利用MRI和CT数据分别进行三维重建。在建立三维模型的过程中，要保证原始数据的坐标系不变，不能变换三维坐标系，不能对体数据集进行重新切割或重组，这样做的目的是在各种软件及导航系统中转换数据或传输模型时，有一个统一的基准三维坐标。
3. 模拟肿瘤切除后椎体固定与重建 根据术前设计的肿瘤切除范围，医生可在计算机导航系统中模拟肿瘤切除操作，同时也可模拟肿瘤切除后脊柱的重建过程，通过导航系统，选择最佳的固定方式和植入物，有效避让脊髓、重要神经、血管和脏器等，寻找合适的钉道位置、方向、固定点等。
（二） 脊柱肿瘤精确切除与重建操作流程
术前1天进行导航准备，将患者的病变区域的CT数据及术前设计中所获得的各项参数（肿瘤切除参数和固定参数，包括截骨范围、截骨平面、角度、钉道位置、方向等）输入导航系统，并调试准确。
图42-7 图像融合技术辅助脊柱肿瘤导航术前设计
A. 脊柱肿瘤水平位CT扫描图像（白色箭头所示肿瘤破坏区域）；B、C. CT重建图上可见肿瘤区域（黄色线所示的区域）；D. CT图像融合后所得的三维重建效果图（黄色示肿瘤范围）
1. 导航注册 手术区域的骨性标志与计算机导航系统中的模型的配准，称为注册。手术按正常操作进行，麻醉满意后常规消毒、铺单，显露患处椎体节段后。按设计入路逐层分离组织，显露正常骨皮质，按计划打入示踪器固定针，固定示踪器，再分别显露注册点。完成示踪器及指示器的注册后，按照术前设计的注册点进行点注册，即在骨骼表面选择3～5个骨性标志点，分别与导航系统中术前三维模型表面的虚拟对应点互相匹配，完成点注册，若点注册误差＞3 mm，则重新进行点注册。再通过面注册校正，若面注册误差＞1 mm，则需要重新进行注册。通过以上步骤完成计算机导航系统的注册。
2. 肿瘤精确切除 术中实时精确地显示解剖位置，使术者能够实时直观看到CT显示的肿瘤三维构象。按照术前标记操作，使术前设计的理想切除范围具有可操作性和可视性，同时指导、验证术者术前的手术计划和术中的操作结果。
3. 脊柱精确重建 切除脊柱瘤体后，若对于脊柱的稳定性、功能有影响时，需要对脊柱进行固定或重建。固定前需将特制的夹具夹在邻近手术区域的棘突上，其尾端安装示踪器。在进行此项操作时，需注意示踪器不能妨碍手术操作，同时确保固定可靠，术中不能有任何移动，否则会影响导航的精度。导航设备的靶罩为空间定位装置，在正、侧位透视时，需确保患者示踪器和靶罩同时被定位装置追踪到。在图像采集时，所有物体的相对位置不能有任何改变。图像采集完成并经图像工作站自动计算和匹配后显示在监视器上，导航系统就能发挥虚拟X线成像功能，并进行手术区域的空间定位导航和距离、角度等的测量。术中使用的特殊器械如开口锥和椎弓根探子等尾端安装示踪器后，能为定位装置接收，伴随器械的移动，代表器械尖端的光点实时重叠在手术区域的正、侧位图像上，整个过程中医生可以直观地判断进钉的部位并及时调整进钉方向和角度。当使用人工椎体或钛网进行椎体重建时，可以通过导航验证钛网安放的位置是否符合解剖结构要求，避免脊髓压迫，减少术中透视次数。
六、 术后评价
术后常规进行影像评估和对切除标本进行病理学检查。根据肿瘤性质和肿瘤切除的边界，选择性进行辅助化疗或放疗。术后第3、6和12个月定期随访观察局部肿瘤控制、远隔转移、内固定位置和植骨融合等情况，以后每半年或一年一次。每次随访时需对患者进行临床查体，常规拍摄X线片，选择性进行CT、MRI、胸部CT和ECT等检查，观察肿瘤有无复发和转移，并进行功能评分。根据上述方法系统评价导航辅助脊柱肿瘤切除重建的效果。
七、 导航辅助脊柱肿瘤外科治疗临床应用
按照计算机导航辅助脊柱肿瘤手术的适用范围和禁忌证，制订计算机导航辅助脊柱肿瘤精确切除及椎体重建、固定的流程，对脊柱肿瘤患者进行外科干预。肿瘤类型包括良性肿瘤和恶性肿瘤，切除方式根据骨肿瘤外科原则包括刮除术和整块切除术。
（一） 导航辅助胸椎椎体骨样骨瘤精确刮除术
图42-8 T9椎体后缘病变（考虑骨样骨瘤）
A、B. CT检查中白色箭头所示的T9椎体后缘有一溶骨破坏区，范围约5 mm×5 mm，周边骨质硬化；C、D. MRI检查中白色箭头所示的T9椎体后缘瘤巢，椎体后壁有破损，病变紧邻硬膜囊
图42-9 SPECT/CT检查提示T9椎体后缘骨代谢轻度活跃（考虑良性病变）
1. 一般资料 患者女性，37岁，胸背部疼痛1年余，加重1个月。术前CT检查、骨扫描检查提示T9椎体良性病变。MRI检查提示T9椎体后缘异常信号，有硬化边，考虑良性病变（图42-8）。SPECT/CT检查提示T9椎体内略高密度影，骨代谢轻度活跃，多考虑良性病变（图42-9）。患者夜间疼痛明显，疼痛持续性发作，影响日常生活及休息，为明确诊断，解除症状，进行手术处理。然而，病变位置隐蔽，常规方法寻找病灶困难，创伤大，易于造成病变残留，有损伤脊髓可能。为准确定位病灶，微创处理，避免损伤脊髓，选择导航辅助病灶清除术。
2. 术前设计
（1） 图像融合：按照图像融合的操作流程，将患者的CT和MRI影像数据导入Spinal Navigation软件，进行图像融合并模拟重建。分析确定肿瘤切除（刮除）的安全通道和边界，计算机模拟重建肿瘤的切除范围，供术中导航指引。
（2） 规划肿瘤切除范围：根据脊柱肿瘤探查活检（切除）原则，依据融合图像的影像指导，确定病灶刮除范围和边界。
3. 手术操作
（1） 导航注册：术前一天完成导航影像资料和系统准备。手术在全麻下操作，患者取俯卧位，常规消毒、铺单，以T9为中心行后正中切口显露T8～T10棘突及小关节突，在T7棘突上固定跟踪器，注册连接史赛克导航系统（图42-10）。
（2） 肿瘤（病灶）刮除：咬除T9右侧横突及近横突端部分肋骨，由肋横突关节处进入。以椎板钳咬除右侧椎板及椎弓根，显露硬膜囊右后方及椎体后缘。导航定位病变组织位置后，导航软件提示误差为0.4 mm，以导航引导方向以高速磨钻磨除椎体右后方骨质，建立通道。反复导航定位确定病变位置（图42-11）。以刮勺和高速磨钻交替处理病变组织，直至导航确定病变组织被完全去除。透视验证病灶清除效果，见病变组织被完全去除。
（3） 脊柱固定融合：因病灶清除时去除了T9右侧椎弓根和部分椎板，肿瘤刮除后行脊柱固定融合。在导航引导下（图42-12），于T8、T10双侧置入万向椎弓根螺钉4枚，位置准确，常规安装钉棒系统，以高速磨钻将T8、T10椎板打磨出血后，将人工骨置入T8、T10双侧椎板及小关节间隙、横突间，行后外侧植骨融合（图42-13）。
图42-10 选取骨骼标志点进行导航注册： 跟踪器固定于T7棘突上，显露T9附件
图42-11 术中导航定位病变部位
A、B、C、D分别从CT重建图的冠状位、矢状位、横断位及三维重建图上对椎体病变进行定位，其中黄色线表示术前计划的进针方向及深度，蓝色线是术中导航指引器，术中导航指引器尖端紧贴椎管右侧壁准确到达病变部位
图42-12 在导航术前置钉计划的引导下分别于T8、T10各植入两枚螺钉，其中黄色线指示术前定位的病变位置， 蓝色线为导航的置钉开路器，白色箭头指示计划植入的螺钉
图42-13 T8～T10钉棒固定、植骨融合
图42-14 术后胸椎正侧位X线片
白色箭头所示病灶清除彻底，钉棒系统固定良好
4. 术后疗效随访 切除的标本送病理学检查，病理诊断证实为T9椎体骨样骨瘤。术后患者胸背部疼痛症状消失，无围手术期相关并发症。术后常规拍摄X线片显示脊柱固定良好（图42-14）。术后第3天患者即可佩戴胸背支具下地活动。患者于术后3、6和12个月随访，其后每年随访1次，病变无复发，植骨融合满意，功能良好。
（二） 导航辅助胸椎软骨肉瘤精细化整块切除术
1. 一般资料 患者女性，59岁，左侧胸背部疼痛2年，加重1个月。患者曾于2年前行左胸壁及第9肋骨肿瘤切除术，术后病理诊断为高分化软骨肉瘤。最新骨扫描显示T8～T9椎体骨代谢活跃，CT、MRI检查（图42-15）提示T8～T9骨质破坏，椎旁左侧软组织包块，考虑肿瘤复发，拟行椎体肿瘤整块切除。(https://www.daowen.com)
2. 术前设计
（1） 图像融合：按照前述方法，将患者的CT和MRI影像数据，导入Spinal Navigation软件，进行图像融合并模拟重建，分析确定肿瘤切除的安全边界，计算机模拟重建肿瘤切除范围，供术中导航指引。
（2） 规划肿瘤切除范围：根据脊柱软骨肉瘤整块切除原则，确定手术入路和肿瘤切除的外科边界，标定肿瘤周围重要结构（如胸膜、大血管和脊髓等），供术中参考（图42-16）。
3. 手术操作
（1） 导航注册：常规导航术前准备。患者先取右侧卧位，消毒铺单，行左侧第8肋弧形切口，后方起于棘突，前方止于腋前线。切开皮肤、皮下组织及深筋膜，见皮下存在大量手术及放疗后瘢痕，瘢痕组织与椎体、胸膜粘连紧密。仔细分离第7和第8肋骨并切除，向T8～T9椎体分离，小心保护胸主动脉，分离椎前筋膜与胸主动脉，探查见肿瘤突出于T8～T9椎体左侧，沿肿瘤外缘继续分离，直至跨越椎体前正中线。
图42-15 CT和MRI检查A、B. CT显示患者T8、T9骨质破坏；C、D. MRI显示患者T8、T9骨质破坏（白色箭头指示肿瘤侵袭范围）
图42-16 术前手术规划A、B、C、D分别从CT重建图的冠状位、矢状位、横断位和三维重建显示导航辅助术前规划，白色箭头指示计划的截骨平面，黄色箭头指示计划的置钉 方向
安装注册史赛克导航系统，跟踪器固定在T5椎体上（图42-17），定位确定T7-T8椎间隙（图42-18）、T9-T10椎间隙（图42-19），导航引导完全切除T9-T10椎间盘组织，充分游离肿瘤上下、前方和外侧边界，冲洗、止血，临时关创。更换体位为俯卧位，重新消毒铺单，沿T5～T11棘突行后正中纵行直切口，与前方切口形成T字形，纵行切开棘上韧带，于T6～T11棘突骨膜下剥离椎旁肌，显露双侧T6～T11椎板和横突，导航定位T7～T9椎体和椎 弓根。
图42-17 跟踪器固定在T5棘突上，导航注册后定位
T7T8、T9T10间隙
图42-18 蓝色线为指引器定位T7T8椎间隙（白色箭头指示T7T8椎间隙）
图42-19 蓝色线为指引器定位T9T10椎间隙（白色箭头指示T9 T10椎间隙）
图42-20 术中导航显示肿瘤侵袭部位
A. 红色区域指示肿瘤侵袭部位； B. 指示器指向T7-T8椎间隙；C. 在导航工具视角（toolp’s eyes）下，指示器定位与主动脉相邻的椎体边缘；D. CT图像融合显示肿瘤区域（白色箭头指示区域）
（2） 肿瘤整块切除：在导航引导下（图42-20），于T6、T7及T10、T11双侧椎弓根置放万向头椎弓根螺钉8枚，剪除T9、T10棘突，以椎板咬钳咬除T8双侧下部分椎板、T9-T10全椎板及T11上部分椎板，显露该节段硬膜囊。显露并切除T8、T9右侧横突及肋骨头，结扎T8、T9肋间神经及血管，沿T8、T9椎体右侧分离，直至椎体前缘与左侧相通，以Tomita手术专用挡板，保护胸主动脉及胸膜后，导航再次定位T7-T8，T9-T10椎间隙，处理T9-T10残余椎间盘，依据胸椎弧度预弯固定棒，安装右侧固定棒做临时脊柱稳定，导航定位确定T7椎体中部截骨平面后，骨刀截断椎体。分离结扎左侧T8、T9神经根，将硬膜与椎体后缘分离，将T8、T9椎体和部分T7椎体整体游离，确定病椎与硬膜囊无粘连后，将T7～T9整块从左侧旋出（图42-21），最后用导航验证截骨边缘，确定肿瘤切除完整无残留（图42-22）。将植入自体骨的适合长度钛网植入椎体间，导航和透视验证钛网大小合适，位置满意，安装左侧固定棒，并双侧适度加压，增加钛网稳定性，于T7～T10棘突间行异体骨结构植骨，安装横向连接杆，于T6、T7、T9、T10两侧椎板、小关节及横突间植入自体骨，行后外侧植骨融合（图42-23）。
图42-21 整块截除的部分T7椎体和T8、T9椎体肿瘤
3. 术后疗效随访 切除的标本送病理学检查，证实切缘干净完整。术后常规预防感染，制动和功能锻炼。术后常规拍摄X线片（图42-24）显示脊柱固定稳定。术后1周佩戴胸背支具下地活动。患者于3、6和12个月随访，其后每年随访1次，无肿瘤复发、远隔转移和内固定失效，植骨融合满意，功能良好。
（三） 导航辅助骶骨肿瘤精确整块切除术
1. 一般资料 患者女性，14岁，确诊骶骨Ewing肉瘤11个月，给予异环磷酰胺、洛铂-多柔比星方案化疗9次，病情稳定，肿瘤局限，无远隔转移。根据脊柱Ewing肉瘤外科治疗原则，拟采取骶骨肿瘤整块切除术。术前影像（X线片、CT和MRI）显示肿瘤位于S1、S2右侧（图42-25），为达到肿瘤精确整块切除的目的，使用导航辅助引导外科操作。术前1天，在CT引导下行经皮穿刺动脉栓塞术，栓塞肿瘤滋养血管，以减少术中出血。
图42-23 自体骨联合棘突间H型异体植骨，达到360°植骨融合目的
图42-22 T7部分椎体及T8、T9椎体肿瘤整块切除后导航验证截骨平
面，确定肿瘤切除完整，边界安全
图42-24 术后胸椎正侧位X线片显示T7～T9椎体、肋骨肿瘤切除
彻底，钛网及椎弓根螺钉位置满意
图42-25 高位骶骨Ewing肉瘤
A. 骨盆平片显示S1、S2右侧骨质破坏；B：CT显示S1、S2右侧骨质破坏，肿瘤局限在骨内；C、D. MRI显示肿瘤侵袭S1、S2右侧骨质，周围软组织内未见明显包块（白色箭头指示肿瘤侵袭部位）
2. 高位骶骨肿瘤矢状位整块切除术前设计
（1） 图像融合：按照前述导航图像融合方法，将患者的CT和MRI影像数据导入相关软件，进行图像融合并模拟重建，直观显示肿瘤部位与范围，为手术规划创造条件（图42-26）。
（2） 规划肿瘤切除范围：根据肿瘤切除原则确定肿瘤切除的外科边界，计算机模拟重建肿瘤的切除范围，供术中导航指引（图42-27）。
3. 手术操作
（1） 导航注册：患者取俯卧位，消毒铺单后，取L4～S3棘突上后正中直切口，切开皮肤、皮下组织和深筋膜，向两侧剥离椎旁肌肉，显露L4～S3棘突、椎板和两侧髂骨后部，跟踪器固定在左髂后上棘上，在导航引导下于双侧L4、L5椎弓根置放螺钉。
（2） S1、S2肿瘤矢状位整块切除：咬除L5椎板及部分关节突，咬除S1～S3椎板，显露硬脊膜和神经根。导航引导下从右侧髂骨外板向内侧骶髂关节进行截骨，截除髂后上棘和部分后侧髂骨，正常骨质留待后续植骨用。用手指顺骶髂关节腹侧将骶前筋膜和血管神经束推开，钝性分离骶前间隙，显露L5～S1椎间盘，离断清除右侧部分，导航验证肿瘤边界，因右侧S1神经根包绕在肿瘤内，予以离断，使用超声骨刀沿S1、S2椎体后壁向腹侧进行矢状位截骨（图42-28），完整整块切除S1、S2肿瘤，从背侧将肿瘤取出，在双侧髂骨后方安装椎弓根螺钉，连接钛棒和横连，修整植骨块，将其镶嵌在L5椎体和右侧残余髂骨上，用骨松质螺钉固定植骨块（图42-29），导航及透视验证内固定位置良好。术后患者右足背外侧皮肤感觉减退，右足跖屈、背伸肌力略下降，与术中切除S1神经根有关。
4. 术后随访 患者术后X线片显示S1、S2肿瘤切除完整，骶-髂植骨固定满意（图42-30），继续给予规范化化疗，术后随访过程中未发现局部复发和肺转移，植骨融合良好。
图42-26 计算机导航系统中CT与MRI的图像融合过程
白色箭头指示融合方向，黄色箭头指示肿瘤破坏区域
图42-27 术前规划
A、B、C、D分别从CT重建图的冠状位、矢状位、横断位和三维重建显示导航的术前规划，绿色箭头指示肿瘤破坏区域，白色箭头指示计划的截骨平面，黄色箭头指示计划的置钉方向
八、 小结
（一） 导航辅助脊柱肿瘤外科治疗的优点
计算机辅助导航脊柱肿瘤切除与重建是骨科领域的一项创新技术，具有比普通透视辅助手术更卓越的性能，是外科医生的重要辅助工具，已成为脊柱肿瘤精细化外科治疗的重要手段。
图42-28 术中截骨导向
蓝色线为导航指引器引导截骨方向，红色线指示肿瘤边界
图42-29 腰髂融合（带蒂髂骨瓣植骨融合）示意图
（1） CANS应用中，通过影像信息和图像融合技术，可以提供骨肿瘤的准确解剖部位，确定安全的切除边界，实时确定解剖部位、重要结构和相关器械的位置，从而为术者提供精确的术中影像指导，特别针对复杂的脊柱肿瘤，由于局部解剖结构复杂多变，与周围重要神经、血管和脏器毗邻，手术操作要求更为精细，因此，手术导航系统的应用就具有重要的价值。当脊柱肿瘤引发脊柱畸形时，脊柱解剖标志点不易识别，内固定的安装将更加困难，通过导航辅助，可以大大降低置钉等操作的失败率，从而降低手术风险。
（2） CANS的应用，还可以减少手术医生和患者术中辐射暴露的次数，使手术医生通过显示屏清楚地看到手术区域和手术器械的实时位置，及时纠正操作错误，弥补不足。
（3） CANS的应用，更能使脊柱肿瘤的切除与重建更加微创化，对于良性脊柱肿瘤（如骨样骨瘤等）或脊柱微小病灶，在导航辅助下，可以使操作更加迅速，病灶定位更加准确，刮除更加精准和彻底，从而避免盲目扩大手术、病灶刮除不足和结构破坏过多等问题，最大限度地保留正常骨质，维持脊柱的稳定和功能，为重建创造条件。
图42-30 术后腰骶椎X线正侧位片显示骶骨肿瘤切除彻底，植骨固定满意
（二） 导航辅助脊柱肿瘤外科治疗仍然存在以下问题
（1） 导航系统价格昂贵，患者需要承担更大的经济负担。
（2） 在开展导航辅助脊柱肿瘤手术初期，外科医生需要经过一定的学习曲线，以致手术时间相对延长，增加了术中感染的风险。
（3） 当脊柱肿瘤侵犯周围软组织时，术中导航定位的组织漂移问题仍未解决，急需开发针对软组织肿瘤的计算机软件。
（4） 导航术前需要进行图像采集与输入，准备时间约1小时，尤其在复杂部位的脊柱肿瘤手术设计与实施过程中，需要花费更长的操作时间，因此，需要安排专人（技术人员）负责此项工作。
（5） CANS不能替代外科医生的手术思维与操作，只是外科医生手术操作的重要辅助手段，术中不能过度依赖导航系统，以免因为系统误差造成手术失误。
随着计算机辅助导航外科技术的发展，以及新的骨肿瘤导航软件模块的开发与应用，CANS将能更加便捷、精准地指导医生进行手术规划、手术操作和术后重建，相信在不远的将来，该项技术将在脊柱肿瘤外科治疗领域发挥更大的作用，并得到更好的普及。
（郭征 杨兴海）
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