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GPS導航在人們生活中越來越重要，人們在出門或旅遊前都會很習慣的打開手機導航軟體，輸入目的地，規劃線路，開始實時導航，從而快捷準確的到達目的地。而在與人們日常生活相去甚遠的醫院手術室，也有一種「GPS」導航系統，在脊柱外科手術中發揮著巨大的作用，那就是接下來要給大家介紹的術中實時三D導航系統。
很多脊柱外科疾病的手術離不開脊柱內固定尤其是椎弓根螺釘的固定。我們都知道，人的脊柱是重要的支撐結構，並保護著重要的脊髓和神經根。因而脊柱內固定位置的好壞在某種程度上決定了手術的成敗。內固定位置有差錯，輕則破壞骨質造成穩定性降低，重則傷及神經，造成功能障礙，病情較為複雜的疾病如脊柱畸形、脊柱腫瘤等風險性更高。因此在手術過程中，如何精準、快速、安全的植入脊柱內固定物成了每一個脊柱外科醫師需要面對的難題。
傳統脊柱外科手術中，手術醫師通常需要根據術前的檢查結果，如X線、CT、MRI等檢查結果，以及術中所見的解剖標誌和術中透視，來判斷患者的解剖結構，進而植入椎弓根螺釘或者其他內固定物。但X線和術中透視為平面圖像，CT和MRI是將人體分成若干個連續的層面，對每一個層面進行掃描，之後通過計算機重建形成圖像，均為斷層圖像，不能全面、準確的反映患者的解剖結構。而每位患者個體差異較大，年齡和疾病因素均可造成解剖標誌的改變甚至消失，增大了手術醫師手術的難度。有研究報道，徒手植入椎弓根螺釘的準確率約為90.3%-94.1%，而且該準確率與患者疾病複雜程度以及手術醫師置釘經驗有關，當疾病病情複雜、解剖結構變異或技術經驗不足時，仍然有較大幾率出現螺釘植入位置不良的情況，嚴重的甚至會給患者造成極大的痛苦。而術中實時導航系統則可以較好的針對上述幾個不足之處進行改進，幫助手術醫師更好的進行螺釘植入。
術中導航系統，是將患者術前或術中所進行的影像學檢查如CT數據和手術床上病人解剖結構進行準確對應，手術中跟蹤手術器械並將手術器械的位置在患者影像上以虛擬探針的形式實時顯示，可以清晰顯示患者的解剖結構。
圖1：O-arm
圖2：計算機導航儀
脊柱外科手術中常用的實時三D導航系統由O-arm和術中計算機導航儀兩部分組成（圖1-2）。確定好手術節段後，先採用O-arm對手術節段進行掃描，隨後將數據傳輸至導航儀內，由計算機導航儀進行計算並重建出三D立體的圖像，通過和固定於患者身上的定位架進行匹配（圖3），從而將三D立體的圖像與手術床上患者的實體結構進行精準的對應，減少了因手術體位與術前檢查體位差異導致的解剖位置上的誤差。術中導航系統可以在手術過程中追蹤手術器械，並將手術器械的位置在病人術中的影像上實時更新顯示出來，讓手術醫師可以清楚準確地看到手術器械的位置，以及與患者解剖結構之間的關係。同時導航系統的導航功能，可以實時模擬手術器械的前進和後退，還可以顯示手術器械向患者身體深處的延長線，幫助手術醫師更準確的判斷手術器械前進路線上的解剖結構與周圍組織的關係。同時具備的實時測量功能可以測量患者解剖結構的深度和寬度，有助於醫師選擇正確尺寸的內固定物（圖4）。通過以上這幾點，術中實時三D導航系統能有效地幫助手術醫師更加精確安全的進行手術，而不僅僅靠經驗來解決問題，就能大大提升脊柱置釘準確率，減少置釘失誤導致的術後脊柱不穩定、脊髓神經和血管等重要結構損傷等併發症。導航系統能明顯減少手術中C型臂X線透視的使用，而且O-arm掃描時手術醫生可以離開手術室，這就能同時減少患者和手術醫師所接受的輻射量，更好的保護手術人員的安全。
圖3：術中定位架
圖4：導航系統操作介面
目前術中實時三D導航系統已經廣泛應用於多種脊柱外科疾病的手術治療，如複雜脊柱骨折、頸胸椎黃韌帶骨化、椎管狹窄症、腰突症、腰椎滑脫、脊柱腫瘤、脊柱畸形等。尤其是繼發性脊柱惡性腫瘤，轉移性腫瘤侵蝕椎體，導致正常結構破壞，給脊柱手術帶來了極大的困擾。而採用術中實時三D導航系統，可以幫助醫生術中實時判斷患者的病變位置、大小範圍以及與周圍組織的毗鄰關係，尤其是血管神經等重要結構，可以更加安全的進行手術。
由此可見，術中實時三D導航系統就如同生活中使用的GPS導航一樣，可以為手術醫師提供清晰準確的人體「地圖」並實時導航手術，使手術更加安全、更加精準！
作者：復旦大學附屬中山醫院
復旦大學醫學科普研究所
王振卿 林紅
審校：董健
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