山东医药2009年第49卷第28期·述评·

    作者简介:张清，男，北京积水潭医院骨肿瘤科副主任，主任医师，北京大学医学部兼职副教授。主要研究计算机导航在骨肿瘤外科手术中的应用。承担北京市科委课题“原发肢体骨肉瘤综合治疗的研究”、首发基金“骨及软组织肿瘤基因库的建立及研究”。多次荣获北京市科学进步奖及科技成果奖。
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计算机导航技术应用于骨肿瘤切除和重建的意义

张清，牛晓辉，王涛
（北京积水潭医院，北京 100035）

关键词：骨肿瘤；外科治疗；骨重建；计算机辅助设计
中图分类号：R738.1;R730.4文献标志码：A文章编号：1002266X(2009)28000102

    计算机导航技术已经广泛应用于医疗的各个学科领域，在骨科的应用则包括脊柱外科、创伤骨科、关节外科及运动损伤科等领域的结构重建方面，精准的定位提高了骨科重建效果，已得到循证医学的证实。骨肿瘤外科肢体保留手术成为目前恶性骨肿瘤外科治疗的主要趋势，骨盆肿瘤切除后各种骨盆重建方式层出不穷。计算机导航技术在骨肿瘤外科治疗方面的应用报告尚少，肿瘤切除边界精确性的提高有待于进一步探索。积水潭医院于2007年11月～2008年11月，施行红外线主动诱导计算机辅助三维导航下骨肿瘤外科手术50例，初步探讨了计算机导航技术在骨肿瘤外科治疗中应用的临床意义、可行性和局限性。
1计算机导航技术的临床意义
    骨肿瘤的手术治疗包括肿瘤切除和骨缺损结构重建两部分。前者术前应用解剖影像学如CT、MRI和功能影像学如ECT、PETCT等确定肿瘤范围，利用三维重建、血管造影等了解肿瘤所在部位的解剖特点，如没有相应设备时，往往是术者依据丰富的临床经验建立肿瘤的三维构想，但术中对于解剖部位复杂或微小肿瘤，依然难以通过直视确定肿瘤的切除范围，若切除范围过小，截骨端易残留肿瘤，术前计划的边缘切除或广泛切除被动地转变为囊内切除，导致复发率提高。更为困难的是，术中缺乏有效的肿瘤切除边缘检测，仅以术者经验判断；反之，为避免出现肿瘤切除边界不足，盲目扩大肿瘤切除范围、切除过多的正常骨结构给骨缺损重建带来困难，导致术后肢体运动功能损失。骨肿瘤由于其发病部位多累及重要关节（膝关节和髋关节），解剖结构复杂，因此不规范的骨肿瘤外科治疗会造成肢体的残疾，甚至丧失治疗肿瘤的机会，危及生命。术中应用计算机导航技术有可能进行实时指引，进行恰当的肿瘤外科切除及骨缺损重建，为保留肢体功能创造条件。目前计算机导航技术辅助骨肿瘤外科治疗在国外应用尚少，而国内尚无应用报道。
    计算机导航技术应视为协助手术的一种不断改进的高科技工具，它给骨肿瘤患者带来肿瘤精确切除的福音，同时给予外科医生更强的自信。其最大优势体现于术前设计、术中实施计划、肿瘤切除后边界确认及骨结构重建。
1.1术前设计不同于计算机导航技术在脊柱外科、关节外科的应用，骨肿瘤计算机导航技术需要外科治疗小组尤其是术者的参与。将患者的CT和MRI影像导入工作站，依据CT图像确定骨组织的侵袭范围，依据MRI确定髓内或软组织侵袭范围，将CT和MRI图像融合，在CT图像中标记、勾画出肿瘤边界。术者依据骨骼肌肉系统肿瘤外科分期（Enneking分期），设计肿瘤切除范围并标记，供术中导航指引。如有特殊假体设计，也在术前依据CT数据定制肿瘤模型，在导航引导下截除肿瘤，依残留的骨结构设计假体，提高假体匹配程度，进而提高术后功能恢复水平。
1.2术中实施计划术中实时精确地显示解剖位置，使术者及其他手术参与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，同时还能指导、验证术者术前的手术计划和术中的操作结果。
1.3肿瘤外科边界确认肿瘤切除后，可以从解剖角度验证肿瘤外科边界是否恰当，并有记载，而非术者主观判断。
2计算机导航技术在骨肿瘤的适用范围
2.1骨盆肿瘤的切除骨盆肿瘤由于骨盆的三维解剖关系复杂，手术操作困难，在有限的视野中存在视觉偏差，肿瘤切除后的复发率高于肢体肿瘤，如过多切除正常骨结构，对骨缺损重建又造成困难。利用计算机导航技术可以精确定位，能够精确地切除肿瘤，尤其是在髋臼周围（Ⅱ区）和侵及骶髂关节部位（Ⅳ区），能够目标明确地完成术前设计的外科边界，避免盲目性，尽可能地保留髋臼等负重的正常骨质，为重建打下基础，从而极大地保留患者的肢体功能。
2.2四肢肿瘤及其他部位病灶刮除手术外科边界的术中确认传统的四肢肿瘤刮除手术外科边界的确定主要靠术前的影像学评估，术中则主要依据肉眼或X线拍片来判断，计算机导航技术能够将术前的影像学应用到术中，实时指导术者确认刮除边界是否已超越肿瘤边界，从而达到科学地扩大刮除的要求，避免盲目扩大或刮除不足。
2.3解剖位置复杂的良性骨肿瘤的精确定位和手术微创化对于一些仅需去除病灶的良性肿瘤如骨样骨瘤、骨软骨瘤等，若位于骨干等解剖相对简单的部位，传统手术即可以定位并切除，而若位于股骨近端后侧等解剖结构复杂的区域，传统的手术由于定位困难，常常会造成术中较大的创伤。计算机导航技术能精确定位肿瘤位置，并能指导术者在术中定位，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。
2.4保留关节的特制人工肿瘤型假体的安放保留关节的肿瘤切除，因切除区域可操作范围极其有限，假体匹配要求较高，术前采用肿瘤骨制作模型，计算机导航指引截除瘤骨模型，依此特制假体，术中实施计划。此外由于肿瘤切除后缺乏标志性结构，从而使人工假体安装时精确定位变得困难，只能靠术者的经验来确定髓内针的力线和与髓腔的关系，往往会出现髓内针力线与自然力线不吻合的情况，从而增加假体松动的发生机率。计算机导航技术则能提供精确的定位手段，并能够验证术者的判断，克服假体安放过程中的不吻合问题。
2.5肿瘤边界的判断计算机导航技术能够融合CT、MRI、PETCT等的图像，将传统的静态图像与功能影像进行融合，能够很好的进一步确认肿瘤的边界，CT、MRI的融合可以利用MRI显示肿瘤软组织范围及髓腔的优势弥补CT对肿瘤软组织侵及范围判断不足的缺点，利于制定手术计划，再利用术中导航验证，做到完整的肿瘤切除。
3在骨肿瘤外科应用的局限性
    计算机导航是精细完成手术的辅助工具，有经验的骨肿瘤外科专家仍然是手术治疗成败的关键。术中术者要从多种途径判断计算机虚拟重建的影像是否与病变骨匹配，避免依赖计算机导航系统做出错误的判断。
与骨科其他专业中应用计算机导航系统不同，目前没有骨肿瘤专业导航系统。术前设计是术中顺利应用导航、充分发挥导航优势的关键，而且术前设计必须有术者参与。一方面确定肿瘤范围，另一方面术者要判断术前设计的注册点及术中的可操作性，避免为了找到注册点而过度解剖周围组织。如术前不能确定注册点，术中可依据解剖范围确定虚拟图像中是否有可操作性的相对应标志；如病变骨缺乏可注册的解剖标志，术前可以在病变附近固定3～4枚定位螺钉做为注册点。
    增加手术时间是许多外科医生拒绝使用计算机导航系统的一个误区，对于注册时间的长短与操作熟练程度相关，但对于骨肿瘤外科切除，计算机导航系统的精准程度至关重要，它关系到降低局部复发率、减少骨缺损，甚至因肿瘤外科边界切除不恰当，反复复发而威胁生命来说，意义重大，相对于术中时间的有限延长是可以接受的，而且随着不断熟练操作会有改善。
4结论
    随着计算机导航技术在各学科领域、特别是在骨科的广泛和深入的应用，术前设计肿瘤切除范围、结合术者的经验术中依照计划进行手术、确认肿瘤切除边界有利于提高手术的精确度，可以直观地验证手术的正确性，避免因术者主观三维图象的偏差而导致的误操作，并且使参与手术的其他医生可以提高合作效率，更好的辅助术者精确地完成手术。此外，计算机导航技术的应用有助于骨肿瘤的精确切除，保留重要的正常骨组织，为重建创造条件。