外科手术也有了精确制导

在海湾战争中，精确制导炸弹给人留下了深刻的印象。一架挂载两枚精确制导炸弹的飞机就足以摧毁一个单独的发电厂变电站，与其形成鲜明对照的是，在第二次世界大战中要用108架B-17轰炸机，挂648枚弹，以及1080名机组人员才能达到如此作战效果。

近几年来，随着计算机医学图像处理技术及三维可视化技术的迅猛发展，外科手术在计算机辅助手术导航系统（computer assisted surgery ,CAS）的帮助下也能产生神奇的威力，实现精确制导，极大地提高手术的安全性和精确度，使以往被认为的“手术禁区”变成了“手术安全区”。

手术导航系统的设计原理源自GPS全球卫星定位系统。但由于无线电波在手术室中容易造成或者易受到干扰，1988年由美国美敦力枢法模．丹历有限公司发明的全球第一台红外线光学手术导航系统解决了这一问题。它的设计原理是现代影像技术、立体定向技术与先进的计算机技术有机结合的成果。

华中科技大学同济医学院附属协和医院骨科主任、博士生导师杨述华教授于2004年2月17日成功实施了华中地区首例计算机脊柱影像导航引导下精确制导的腰椎弓根钉内固定手术。该手术的成功实施，标志着协和医院骨科在脊柱外科手术方面已步入国内先进行列。

本次手术患者是一位55岁的女病人，患慢性腰疼已有十多年，并出现间歇性跛行，需要实施腰椎稳定手术，但由于害怕手术风险而一直不敢接受。本次手术运用导航技术，进行了腰椎弓根钉内固定手术，术前通过把影像资料输入导航设备上，手术中在病人身上安上示踪器，使用特定的手术器械，按照所设计好的路径，把4枚合适的椎弓根钉精确置入到预定位置。术后患者恢复良好。

杨述华教授告诉记者，脊柱手术是一项高风险的手术，由于脊椎骨与神经关系十分密切，稍有不慎容易造成神经损伤引起瘫痪。脊柱外科手术导航系统的出现，为高风险的脊柱手术提供了安全的保障，它利用配合手术器械瞬时追踪技术，经过强大计算机的数据化处理，形成多维手术图像，形象化地引导手术医师准确运用手术器械及内植入物，避开神经到达所需的部位，有效地避免了传统脊柱手术人为的误差，其误差只有1毫米。

手术导航中的图像处理涉及三维重建、图像分割、图像显示、图像融合等方面，它是组成手术导航系统的软件部分。图像分割包括两个部分：一是将人体从背景中分离出来，二是将病灶从人体中分离出来。图像显示中采用医学三维化可视技术，能实时显示病灶及其周围组织的三维空间关系、手术器械、实际创伤等形态学改变；同时，利用透明显示技术还可以去掉遮挡。图像融合是将多模态图像融合到一幅图像中，是一幅图像含有多幅图像的有用信息。例如，将PET图像与CT、MRI等图像融合在一起，可以得到含有病灶清晰解剖位置和其生化代谢状态两种信息的一幅图像，使医师的诊断和操作更加准确可靠。

流行病学资料表明，腰痛是造成45岁以下人口身体活动受限的第一位原因，看病求医的第二位原因，住院的第五位原因，手术治疗的第三位原因。男性和女性的发病率接近，发病率最高的年龄段为40—60岁。在我国，腰痛是职工病假的第二大原因；在美国，超过1／4的职业病是腰部疼痛问题；美国每年仅脊柱腰段手术的病例就超过25万例，为此耗资60亿美元。因此，提高脊柱外科手术的质量具有深远的影响。而计算机辅助脊柱手术导航系统可以从以下几个方面提高脊柱手术的质量：（1）提高手术的准确性，（2）减少手术中的创伤，（3）更好地计划和模拟手术步骤，（4）减少术中医师和患者承受的放射线剂量。

杨述华教授介绍说，三维重建图像引导的手术导航系统是综合多学科研究成果的产物，近年来发展迅猛。手术导航的数字化、实时化、智能化是未来发展的方向，计算机辅助手术导航系统在脊柱手术中的应用将是今后脊柱手术发展的一个新兴领域，对脊柱外科的发展将产生深远的影响。

叶哲伟医学博士