第一部分数字化颅底外科模式与传统颅底外科模式的对比性研究背景颅底解剖结构密集而复杂,病变的手术治疗涉及多学科的知识和技能,对医生的临床经验和相关专业的知识,尤其是局部解剖知识要求较高。自上世纪80年代以来,颅底外科备受关注,逐步发展、分化成为多学科知识、技能的边缘交叉学科。经典的颅底外科研究是建立在群体局部解剖学基础上的,利用群体局部解剖学获得一些颅底结构的重要参数,用于在手术中估计患者的局部解剖概况。由于这种基于群体标本获取的数据缺乏个体化的针对性,用于推算患者个体解剖学特征,不可避免地存在着一定的误差。另外,由于操作者、研究条件的不统一性,加之抽样误差的原因,即使对同样结构进行测量,各家报道数据结果也有一定的差异。数字化影像学技术可以提供个体的解剖学信息,但是,它的准确性受影像质量的影响。尤其MRI影像,由于受磁场的不稳定及气-水、气-脂伪影的影响,图像易产生扭曲变形从而影响影像学信息的准确性。CT通过X线直接获取信息,图像不会发生扭曲变形,因此,有较高的准确性,但是,层厚也会影响到影像学信息的准确性。基于当前先进的影像学技术,CT影像提供的解剖学信息和个体实际解剖学信息的差别有必要进行对比研究。神经导航系统通过采集患者个体的神经影像学信息,完全个体化地将患者重要的解剖结构及病变进行标记并实施三维重建,从而更确切地提供患者的个体解剖特征。另外,在手术早期,神经导航系统采用虚拟成像原理,可为医生提供经典颅底外科手术中无法看到的深部颅内重要结构和解剖信息,并且实时引导手术医师精确定位术中的重要结构及病变,最大限度地弥补操作医生手术经验和局部解剖学知识的欠缺。神经导航虚拟成像功能还可以同手术显微镜系统实现耦合,形成一个“透视模式”的虚拟术野,有助于医生了解某些隐藏在实际术野深层的重要结构,可大幅度降低手术难度级别,提高手术的安全性。颅底外科手术最能充分体现神经导航系统的实用价值。因为在多数神经外科手术中,颅内结构由于受手术操作的多种因素影响,产生不同程度移位,使术前获取的影像学信息对手术的指导作用大打折扣,影响神经导航系统的精确性。而颅底手术可利用颅底固定的骨性结构作为定位标志,这些标志在手术过程中不会因操作移位而影响神经导航系统的精确性。目的本课题旨在通过对比获取个体解剖信息的两种模式,即数字化模式和局部解剖学模式,研究哪种模式式对个体解剖特点估计得更精确,进而定量评价颅底外科手术摆脱传统的局部解剖学研究模式最终进入数字化应用模式的可行性和前景,从理念上促进颅底外科模式的根本变革。方法1颅底标本制作20%福尔马林溶液浸泡过的成人尸头25个,去除颅盖骨和脑组织,充分暴露颅底结构。采用乙状窦前入路将上半规管、外半规管及后半规管轮廓化,测量以下结构间的距离：外半规管外侧缘中点-卵圆孔内侧端、上半规管上缘中点-棘孔外侧端、后半规管外侧缘中点-舌下神经管上缘中点、上半规管上缘中点-内耳门外侧缘中点。2影像资料的获得尸头经CT扫描,资料经光盘导入BrainLAB VectorVision2神经导航工作站三维重建,在三维图像上测量所选结构间的距离。3神经导航测量影像资料经ZIP盘导入BrainLAB VectorVision2术中导航系统并三维重建,采用Z-touch激光面部扫描注册,注册完成后测量所选结构间的距离并测量靶点定位误差。4变异系数的测量两个独立的实验者对同一个尸头上的两侧卵圆孔内侧端之间的距离分别进解剖学、影像学和神经导航测量,比较三种测量方式的变异系数。5靶定位误差的测量在神经导航系统的引导下,在术中定位内耳门、棘孔和外半规管的位置,影像引导外科系统所确定的位置与实际位置的偏差即为的靶定位误差。6数据处理所有数据采用SPSS 13.0统计软件处理,数据服从正态分布的比较采用配对t检验,非正态分布分数据比较采用非参数检验。P<0.05被认为差别具有统计学意义。结果1测量结果解剖学、影像学及影像引导外科测量的结果分别为：外半规管-卵圆孔:37.74±2.42mm,37.46±2.54mm,37.95±3.50mm；上半规管-棘孔：28.00±2.24mm,27.81±2.13mm,27.68±2.85mm；后半规管-舌下神经管：34.28±3.50mm,34.50±3.39mm,34.75±3.46mm；上半规管-内耳门：13.87±1.61mm, 13.75±1.37mm,14.05±1.82mm.统计学分析显示,所有的P值均大于0.05,三种测量方式之间没有统计学差别。2靶定位误差Z-touch激光扫描注册,靶点的平均定位误差为2.09±0.65mm。3三种测量方式的变异系数解剖学测量、影像学测量、神经导航测量的变异系数,在实验者1,分别为0.40%、0.39%、0.40%；在实验者2,分别为0.69%、0.47%、0.68%。结论1与基于群体解剖的传统颅底外科模式相比,基于影像学和计算机技术的CT和神经导航系统能提供更精确的个体解剖学信息。2与传统的人工操作方式相比,基于CT和计算机技术的自动化、数字化测量模式具有更高的稳定性和灵活性。3数字化颅底外科模式必将取代传统的基于局部解剖学的颅底外科模式而得到广泛应用。第二部分Z-touch激光注册与面部粘附标志物注册的对比性研究背景神经导航已经日益在神经外科中被广泛应用,它通过注册完成患者影像和其解剖结构的配对,在影像坐标系和手术坐标系之间建立一种关联,即建立两个坐标系之间的三维坐标换算关系。注册完成后,神经导航系统可以通过超声或红外线等介质监测手术器械在手术空间内的位置,从而引导术者准确定位病变,避免对正常组织的误伤,降低手术的风险。注册是应用神经导航的一个关键步骤。最常用的标志物注册因其具有较高的注册精度和靶定位精度而在临床上被广泛应用。但是,骨植入标志物注册需在病人颅骨内植入钛钉,直到手术结束才能取出,给病人带来很大痛苦。面部粘附标志物注册需术前在病人头面部粘贴可以被CT/MRI识别的标志物,但皮肤的移位和肿胀会降低注册的精度,偶尔的标志物脱落会延长手术的时间。而非标志物的解剖标志注册尽管很容易被执行,但因其难以实现对解剖标志在影像学上的精确定位而导致注册精度和靶定位精度的严重下降。BrainLAB VectorVision2神经导航系统提供了一种称为Z-touch的非标志物、非接触性的注册方式。它使用红外激光扫描病人的额部、眼眶及鼻根来获取病人的面部信息,反射的红外线被红外相机接受识别后转化为数字化信息,神经导航系统通过分析这些数字化信息在现实空间和影像空间之间建立一种联系来完成注册。Z-touch注册不需要任何标志物,作为一种非接触性注册,可以很容易地实现术中的再注册而无需一些特殊的设备。目前对Z-touch激光注册的研究多集中在其注册精度上和靶定位精度上,还很少有人对其进行系统的研究给予综合的评价。目的通过对比Z-touch激光和面部皮肤粘附标志物两种注册方式的注册耗时、注册精度及靶定位精度,对Z-touch激光注册给予综合的评价,同时对影响靶定位精度的因素做初步的探讨。方法1影像资料的获取16个结构完整的尸头被选择作为研究对象,6个皮肤粘附标志物被分散地、非对称性地粘贴在头面部皮肤上。尸头进行薄层CT扫描,资料写入光盘。2影像资料术前处理影像资料通过光盘导入BrainLAB VectorVision2神经导航术前计划工作站,重建尸头三维影像,并定位注册标记物：在三维影像上以一定顺序确认标志物,按顺序用鼠标逐个点击标志物中心,力求点击位置的准确,以保证注册时获得更高的精度,完成后资料导入ZIP盘。3皮肤粘附标志物注册ZIP盘内的影像信息导入BrainLAB VectorVision2术中神经导航系统。尸头和头架适配器被牢固地固定在Mayfield头架上,皮肤粘附标记物注册被执行,记录注册耗费时间、注册精度和靶定位误差。4 Z-touch激光面部扫描注册对尸头进行Z-touch激光面部扫描注册,记录注册耗费时间、注册精度和靶定位误差。5实验结果分析比较两种注册方式的注册耗时、注册精度和靶点定位误差。比较不同靶点的定位误差,分析注册精度与靶定位误差的关系。所有数据采用SPSS13.0统计软件处理,测量结果的比较采用非参数检验,P<0.05被认为差别具有统计学意义。结果1注册耗费时间Z-touch激光注册平均为121.69±16.16s；面部粘附标记物注册平均为368.75±66.76s,两者有统计学差别(P<0.05)。2注册精度Z-touch激光扫描注册平均为1.16±0.24 mm,最大为1.6mm,最小为0.7mm；面部粘附标记物注册平均为0.43±0.13mm,最大为0.7mm,最小为0.3mm,他们之间的差别有统计学意义(P<0.005)。3总的靶定位误差Z-touch注册的平均靶定位误差为2.19±0.24mm；面部标记物注册的平均靶定位误差为1.27±0.15mm。两者有统计学差别(P=0<0.05)。4各靶点定位误差靶点1、棘孔(左)、内耳门(左)、靶点2、靶点3、棘孔(右)、内耳门(右)、靶点5、靶点6的定位误差,在Z-touch激光注册平均1.01±0.15mm、1.81±0.31mm、2.17±0.18mm、2.54±0.25mm、2.65±0.37mm、3.17±0.46mm、1.88±0.29mm、2.21±0.23mm、2.61±0.19mm、2.93±0.39mm;在面部标记物注册平均为0.92±0.16mm、1.06±0.13mm、1.25±0.18mm、1.48±0.29mm、1.26±0.12mm、1.73±0.35mm、1.10±0.16mm、1.34±0.16mm、1.36±0.36mm、1.21±0.15mm。两种注册方式的靶定位精度和注册精度有强烈的相关性。结论1与皮肤粘附标志物注册相比,Z-touch激光注册在注册精度和靶定位精度上略有下降,但它注册需要的时间更短,消耗的医疗资源更少,可以方便地进行术中的再注册。2 Z-touch激光注册可以取代标志物注册而在临床上被广泛应用。