简易脑立体定向装置的研制及临床应用
作者：王昌适 王建湘 周晓琳 黄赣湘 谢 宏 张智博
单位：湖南省长沙市第一医院(长沙 410005)
关键词：立体定位技术；神经外科手术；脑损伤；脑肿瘤
湖南医学990607 摘要 目的 自行研制简易脑立体定向装置并应用于临床。方法 采用自制简易颅内三维定位仪及颅内穿刺定向仪，于操作前先计算CT，MR病灶在自制三维定位仪的位置，然后标记在头皮上对应的部位，算出穿刺病灶中心的深度及病灶在颅内三维方向的具体轮廓及其方位，再作颅内病灶的穿刺或开颅手术皮瓣设计。结果 ①模拟病灶(10 mm×10 mm×10 mm)定位精度平均误差X轴1.2 mm；Y轴1.3 mm；Z轴1.2 mm;②经模拟试验后应用于神经外科临床共217例，其中颅内穿刺93例，指导开颅手术皮瓣设计124例。颅内穿刺病灶一次命中率100%。开颅手术皮瓣设计切口与病灶部位无一偏移。结论 该立体定向装置定位准确，能满足幕上立体定向手术需要，能有效保护脑功能，符合微侵袭手术原则。其结构简单，使用方便，造价低廉，适用于各级医院尤其在基层医院，具有推广价值。
, 百拇医药
Simplified Stereo-orientation Apparatus for Brain Operation:
Design and Application Study
WANG Changshi,WANG Jianxiang,ZHOU Xiaoling,et al
Department of Neurosurgery,The First Municipal People′s Hospital,Changsha,410005
Abstract Objective To investigate the clinical efficiency of a simple stereotactic apparatus used for brain operation.Methods Focus locations in 217 patients were analyzed by CT or magnetic resonance imaging (MRI) scan.Then,according to the data collected from the home-made stereotactic apparatus,the projections of these focus locations on their scalp were marked,and the depth and width of these intracranial foci were calculated in three dimensional directions.Brain punctures were performed in 93 patients and 124 patients received craniotomy and flap design.Results ①On the mimic locations,the average error of precision was 1.2 mm on X axis,1.3 mm on Y axis and 1.2 mm on Z axis;②The target accuracy in brain puncture was 100%.In this research,the scalp designs were consistent with cerebral focus locations which were found during operations.Conclutions This stereotactic apparatus is precise and it can provide accurate orientations for supratentorial operations.With the help of apparatus brain parenchyma can be protected from damage to a great extent,fulfilling the principle of minimally invasive neurosurgery.Its construction in simple,application is convenient and the manufacturing cost is cheap.This apparatus can meet various requirements for many hospitals.
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Key words stereotaxic techniques;neurosurgery;brain injuries;brain neoplasms
1995年作者参考国内外立体定向手术装置的结构与原理，立足国内现有条件，自行研制了简易颅内三维定位仪和颅内穿刺定向仪，已申请并获得两项国家专利(专利号分别为ZL 98 2 30087.5；ZL 982 30084.0)。该装置经模拟试验后应用于神经外科临床，效果满意，现报道如下。
1 材料与方法
1.1 简易颅内三维定位仪
1.1.1 结构与原理 受立体直角坐标原理直接法启发[1，2]，该定位仪由三块筛状有机玻璃板相互垂直镶嵌而成。两长板均为15 cm×12 cm，短板为12 cm×12 cm，筛孔直径4 mm，无论横向或纵向筛孔中心间距均为1 cm(与常规CT，MRI扫描层面间距相同)，这样，定位仪便重建了与CT，MRI扫描相仿的三维直角坐标系(见图1)。
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图1 简易颅内三维色位仪示意图
1.1.2 定位方法 ①在常规按OM线扫描CT或MRI片上，选择最佳病灶层面，划出该层面矢状线AB，以前额、后枕的A，B点，作直线AC，BD垂直于AB。直线CD为大脑半球病灶侧颞部的球面切线，平行于AB(见图2)。②以病灶中心为靶点测出其与AC之距离为X坐标值；与CD之距离为Z坐标值(穿刺深度)；与OM线之距离为Y坐标值(层面数)。③将定位仪架在患者头颅上，短板贴于额部，长板下缘重合于OM线，于X，Y坐标交点处即为穿刺点(见图3)。④如指导开颅手术皮瓣设计，则先测出各层面病灶前、后缘或内、外缘最突出点之X坐标值或Z坐标值，将其与Y坐标值之交点逐一描于筛板，连接各点即为病灶矢状面或冠状面之轮廓，再经筛孔转移至相应头皮。
图2 CT片上X，Z坐标测量图
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图3 定位仪使用模拟图
1.2 颅内穿刺定向仪
1.2.1 结构与原理 该定向仪由有机玻璃矩形定位靠板、扇形量角器、滑标以及连接它们的不锈钢铰、定位扭、固定扭组成。定位靠板前沿刻有量尺，其后方是滑槽和滑标，滑标沿滑槽移动，可由定位扭固定在所需位置而指示量尺的数值。量角器由铰固定于量尺的一端，能绕铰点转动，其上方有一圆弧导向槽，当量角器绕铰点转至所需角度时，即可由固定扭通过导向槽固定之(见图4)。我们运用简易颅内三维定位仪确定头皮穿刺点，均选在靶距头皮垂直最短距离，但如遇大血管或重要功能区为避开之，则用颅内穿刺定向仪改选穿刺点、穿刺方向及深度。
图4 颅内穿刺定向仪示意图
①定位靠板；②扇形量角器；③滑标；④铰；⑤滑槽；
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⑥定位扭；⑦固定扭；⑧导向槽；⑨量尺
1.2.2 方法 ①设靶点为O，原定穿刺点为E，则深度为EO，设改选后穿刺点为F(须与E在同一层面上)，穿刺角度为a，深度为FO(见图5)。②已知EO距离，EF距离由量尺量得，根据反三角函数和勾股定理：a=arctg EF/EO,
(以上得数均可由电子计算器直接快速求出)。③将定位靠板垂直于头皮，铰点对准F，滑标箭头对准E，由定位扭固定之，将量角器转至a角拧紧固定扭，使但可沿量角器边缘经F点行锥颅脑穿刺。该定向仪由透明有机玻璃制成，可两面使用，亦便于术前浸泡消毒。
图5 定向仪使用模拟图
1.3 模拟试验 在人体颅骨标本内塞满实性泡沫海绵块，分别在左、右额、顶、颞、枕及丘脑基底节区埋置一橡皮泥块(10 mm×10 mm×10 mm)，其前、后、左、右表面均标“十”字形直角坐标。行CT扫描后以橡皮泥块中心点为靶点，用简易颅内三维定位仪确定穿刺点、经颅垂直穿刺，刺中后测量针尖在“十”字坐标中位置及偏离中心点数值。结果表明，平均误差：X轴0.9 mm；Y轴1.1 mm；Z轴1.0 mm。用颅内穿刺定向仪改选穿刺点、穿刺方向再行穿刺。结果表明，平均误差X轴1.3 mm；Y轴1.4 mm；Z轴1.4 mm。总平均误差：X轴1.2 mm；Y轴1.3 mm；Z轴1.2 mm。
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1.4 临床应用 本简易脑立体定向装置应用于神经外科临床共217例，男151例，女66例，年龄6～78岁。其中大脑皮质下54例，丘脑及基底节区72例，硬膜下51例，硬膜外40例。用于颅内穿刺93例，体积最小0.89 cm3，均一次性命中病灶，命中率100%，且无一例发生并发症。其中，配合高血压脑出血血肿定位碎吸术82例，不但扩大了手术适应证，而且大幅度降低了死亡率和致残率，提高了患者的生存质量。1例脑挫裂伤、脑内血肿，就诊时并发脑疝，立即在急诊室锥颅抽吸获新鲜血液22 ml，为下一步开颅手术争得了时间。1例慢性硬膜下血肿出现脑危象，床旁急行锥颅穿刺引流，病人转危为安。脑脓肿穿刺抽吸注药4例，治疗效果良好。脑深部取活检3例，2例为炎性病变，1例为胶质细胞增生，明确了诊断而免于开颅手术。脑内囊肿穿刺2例，皆为陈旧性出血，一次吸净而愈。指导开颅手术皮瓣设计共124例，定位准确，手术切口与病变部位无一偏移。提高了手术质量，减少了对脑的副损伤。
2 讨论
, 百拇医药
近年来，在神经外科领域内已形成了一个新的概念，即“微侵袭神经外科”，是应用神经影像学、立体定向、激光、放射等技术及计算机科学等的综合进展，达到以最小的创伤治疗颅内疾病的目的[3]。国内随着CT，MRI应用于临床，立体定向技术有了长足的发展。但至今未能普及至基层医院，因为常规CT，MRI扫描虽然显示颅内病变在二维图像上的形态大小及解剖位置，但难于将其轮廓及中心点在颅外体表的投影位置上作出精确定位，故不能单独用于立体定向。而目前与之配套的标准立体定向仪，因其价格昂贵，操作复杂，加之其有创性，故广大基层医院难于接受。
常规CT，MRI扫描图像所示颅内病变不能精确标记定位于颅外体表的主要原因，是两者之间的特定位置关系不明确。本简易颅内三维定位仪在颅外重建三维坐标，根据立体直角坐标原理，结合CT和MRI图像，不但明确了颅内病变与颅外头皮相对应的位置关系，而且可将病变的轮廓和中心点标于头皮上，以此进行立体定向。立体定向手术的穿刺点及穿刺途径应选择距病变近，且避开脑重要功能区或重要结构的部位[4]。遵循这一原则，作者研制了颅内穿刺定向仪，以弥补简易颅内三维定位仪之不足。根据平面解析几何原理，颅内穿刺定向仪能准确改选穿刺点，确定穿刺角度、深度及穿刺途径，从而最大限度保护脑功能。
, 百拇医药
本简易脑立体定向装置，经模拟试验成功后应用于临床，效果满意，能满足幕上立体定向手术的需要，符合微侵袭神经外科原则。其定位准确、快速、无损伤、操作简便，可用于床旁急诊颅内穿刺，亦可携带出诊且结构合理，造价低廉，适用于各级医院尤其基层医院推广使用。
参考文献
1 Mundinger F,Birg.CT～streotaxy in the clinical routine.Neurosurg Rev,1984,7:219
2 李钢新.CT—脑立体定向仪及其临床应用进展.立体定向及功能性神经外科杂志，1990，3：35
3 中国微侵袭神经外科杂志创刊词.中国微侵袭神经外科杂志，1996，1(创刊号)：1
4 Hitchcock FR,COwie R.Stereotactic removal of intracranial foreign bodies:review and case report.Injury,1993,14:471
(19981011 收稿), 百拇医药
单位：湖南省长沙市第一医院(长沙 410005)
关键词：立体定位技术；神经外科手术；脑损伤；脑肿瘤
湖南医学990607 摘要 目的 自行研制简易脑立体定向装置并应用于临床。方法 采用自制简易颅内三维定位仪及颅内穿刺定向仪，于操作前先计算CT，MR病灶在自制三维定位仪的位置，然后标记在头皮上对应的部位，算出穿刺病灶中心的深度及病灶在颅内三维方向的具体轮廓及其方位，再作颅内病灶的穿刺或开颅手术皮瓣设计。结果 ①模拟病灶(10 mm×10 mm×10 mm)定位精度平均误差X轴1.2 mm；Y轴1.3 mm；Z轴1.2 mm;②经模拟试验后应用于神经外科临床共217例，其中颅内穿刺93例，指导开颅手术皮瓣设计124例。颅内穿刺病灶一次命中率100%。开颅手术皮瓣设计切口与病灶部位无一偏移。结论 该立体定向装置定位准确，能满足幕上立体定向手术需要，能有效保护脑功能，符合微侵袭手术原则。其结构简单，使用方便，造价低廉，适用于各级医院尤其在基层医院，具有推广价值。
, 百拇医药
Simplified Stereo-orientation Apparatus for Brain Operation:
Design and Application Study
WANG Changshi,WANG Jianxiang,ZHOU Xiaoling,et al
Department of Neurosurgery,The First Municipal People′s Hospital,Changsha,410005
Abstract Objective To investigate the clinical efficiency of a simple stereotactic apparatus used for brain operation.Methods Focus locations in 217 patients were analyzed by CT or magnetic resonance imaging (MRI) scan.Then,according to the data collected from the home-made stereotactic apparatus,the projections of these focus locations on their scalp were marked,and the depth and width of these intracranial foci were calculated in three dimensional directions.Brain punctures were performed in 93 patients and 124 patients received craniotomy and flap design.Results ①On the mimic locations,the average error of precision was 1.2 mm on X axis,1.3 mm on Y axis and 1.2 mm on Z axis;②The target accuracy in brain puncture was 100%.In this research,the scalp designs were consistent with cerebral focus locations which were found during operations.Conclutions This stereotactic apparatus is precise and it can provide accurate orientations for supratentorial operations.With the help of apparatus brain parenchyma can be protected from damage to a great extent,fulfilling the principle of minimally invasive neurosurgery.Its construction in simple,application is convenient and the manufacturing cost is cheap.This apparatus can meet various requirements for many hospitals.
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Key words stereotaxic techniques;neurosurgery;brain injuries;brain neoplasms
1995年作者参考国内外立体定向手术装置的结构与原理，立足国内现有条件，自行研制了简易颅内三维定位仪和颅内穿刺定向仪，已申请并获得两项国家专利(专利号分别为ZL 98 2 30087.5；ZL 982 30084.0)。该装置经模拟试验后应用于神经外科临床，效果满意，现报道如下。
1 材料与方法
1.1 简易颅内三维定位仪
1.1.1 结构与原理 受立体直角坐标原理直接法启发[1，2]，该定位仪由三块筛状有机玻璃板相互垂直镶嵌而成。两长板均为15 cm×12 cm，短板为12 cm×12 cm，筛孔直径4 mm，无论横向或纵向筛孔中心间距均为1 cm(与常规CT，MRI扫描层面间距相同)，这样，定位仪便重建了与CT，MRI扫描相仿的三维直角坐标系(见图1)。
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图1 简易颅内三维色位仪示意图
1.1.2 定位方法 ①在常规按OM线扫描CT或MRI片上，选择最佳病灶层面，划出该层面矢状线AB，以前额、后枕的A，B点，作直线AC，BD垂直于AB。直线CD为大脑半球病灶侧颞部的球面切线，平行于AB(见图2)。②以病灶中心为靶点测出其与AC之距离为X坐标值；与CD之距离为Z坐标值(穿刺深度)；与OM线之距离为Y坐标值(层面数)。③将定位仪架在患者头颅上，短板贴于额部，长板下缘重合于OM线，于X，Y坐标交点处即为穿刺点(见图3)。④如指导开颅手术皮瓣设计，则先测出各层面病灶前、后缘或内、外缘最突出点之X坐标值或Z坐标值，将其与Y坐标值之交点逐一描于筛板，连接各点即为病灶矢状面或冠状面之轮廓，再经筛孔转移至相应头皮。
图2 CT片上X，Z坐标测量图
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图3 定位仪使用模拟图
1.2 颅内穿刺定向仪
1.2.1 结构与原理 该定向仪由有机玻璃矩形定位靠板、扇形量角器、滑标以及连接它们的不锈钢铰、定位扭、固定扭组成。定位靠板前沿刻有量尺，其后方是滑槽和滑标，滑标沿滑槽移动，可由定位扭固定在所需位置而指示量尺的数值。量角器由铰固定于量尺的一端，能绕铰点转动，其上方有一圆弧导向槽，当量角器绕铰点转至所需角度时，即可由固定扭通过导向槽固定之(见图4)。我们运用简易颅内三维定位仪确定头皮穿刺点，均选在靶距头皮垂直最短距离，但如遇大血管或重要功能区为避开之，则用颅内穿刺定向仪改选穿刺点、穿刺方向及深度。
图4 颅内穿刺定向仪示意图
①定位靠板；②扇形量角器；③滑标；④铰；⑤滑槽；
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⑥定位扭；⑦固定扭；⑧导向槽；⑨量尺
1.2.2 方法 ①设靶点为O，原定穿刺点为E，则深度为EO，设改选后穿刺点为F(须与E在同一层面上)，穿刺角度为a，深度为FO(见图5)。②已知EO距离，EF距离由量尺量得，根据反三角函数和勾股定理：a=arctg EF/EO,
(以上得数均可由电子计算器直接快速求出)。③将定位靠板垂直于头皮，铰点对准F，滑标箭头对准E，由定位扭固定之，将量角器转至a角拧紧固定扭，使但可沿量角器边缘经F点行锥颅脑穿刺。该定向仪由透明有机玻璃制成，可两面使用，亦便于术前浸泡消毒。图5 定向仪使用模拟图
1.3 模拟试验 在人体颅骨标本内塞满实性泡沫海绵块，分别在左、右额、顶、颞、枕及丘脑基底节区埋置一橡皮泥块(10 mm×10 mm×10 mm)，其前、后、左、右表面均标“十”字形直角坐标。行CT扫描后以橡皮泥块中心点为靶点，用简易颅内三维定位仪确定穿刺点、经颅垂直穿刺，刺中后测量针尖在“十”字坐标中位置及偏离中心点数值。结果表明，平均误差：X轴0.9 mm；Y轴1.1 mm；Z轴1.0 mm。用颅内穿刺定向仪改选穿刺点、穿刺方向再行穿刺。结果表明，平均误差X轴1.3 mm；Y轴1.4 mm；Z轴1.4 mm。总平均误差：X轴1.2 mm；Y轴1.3 mm；Z轴1.2 mm。
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1.4 临床应用 本简易脑立体定向装置应用于神经外科临床共217例，男151例，女66例，年龄6～78岁。其中大脑皮质下54例，丘脑及基底节区72例，硬膜下51例，硬膜外40例。用于颅内穿刺93例，体积最小0.89 cm3，均一次性命中病灶，命中率100%，且无一例发生并发症。其中，配合高血压脑出血血肿定位碎吸术82例，不但扩大了手术适应证，而且大幅度降低了死亡率和致残率，提高了患者的生存质量。1例脑挫裂伤、脑内血肿，就诊时并发脑疝，立即在急诊室锥颅抽吸获新鲜血液22 ml，为下一步开颅手术争得了时间。1例慢性硬膜下血肿出现脑危象，床旁急行锥颅穿刺引流，病人转危为安。脑脓肿穿刺抽吸注药4例，治疗效果良好。脑深部取活检3例，2例为炎性病变，1例为胶质细胞增生，明确了诊断而免于开颅手术。脑内囊肿穿刺2例，皆为陈旧性出血，一次吸净而愈。指导开颅手术皮瓣设计共124例，定位准确，手术切口与病变部位无一偏移。提高了手术质量，减少了对脑的副损伤。
2 讨论
, 百拇医药
近年来，在神经外科领域内已形成了一个新的概念，即“微侵袭神经外科”，是应用神经影像学、立体定向、激光、放射等技术及计算机科学等的综合进展，达到以最小的创伤治疗颅内疾病的目的[3]。国内随着CT，MRI应用于临床，立体定向技术有了长足的发展。但至今未能普及至基层医院，因为常规CT，MRI扫描虽然显示颅内病变在二维图像上的形态大小及解剖位置，但难于将其轮廓及中心点在颅外体表的投影位置上作出精确定位，故不能单独用于立体定向。而目前与之配套的标准立体定向仪，因其价格昂贵，操作复杂，加之其有创性，故广大基层医院难于接受。
常规CT，MRI扫描图像所示颅内病变不能精确标记定位于颅外体表的主要原因，是两者之间的特定位置关系不明确。本简易颅内三维定位仪在颅外重建三维坐标，根据立体直角坐标原理，结合CT和MRI图像，不但明确了颅内病变与颅外头皮相对应的位置关系，而且可将病变的轮廓和中心点标于头皮上，以此进行立体定向。立体定向手术的穿刺点及穿刺途径应选择距病变近，且避开脑重要功能区或重要结构的部位[4]。遵循这一原则，作者研制了颅内穿刺定向仪，以弥补简易颅内三维定位仪之不足。根据平面解析几何原理，颅内穿刺定向仪能准确改选穿刺点，确定穿刺角度、深度及穿刺途径，从而最大限度保护脑功能。
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本简易脑立体定向装置，经模拟试验成功后应用于临床，效果满意，能满足幕上立体定向手术的需要，符合微侵袭神经外科原则。其定位准确、快速、无损伤、操作简便，可用于床旁急诊颅内穿刺，亦可携带出诊且结构合理，造价低廉，适用于各级医院尤其基层医院推广使用。
参考文献
1 Mundinger F,Birg.CT～streotaxy in the clinical routine.Neurosurg Rev,1984,7:219
2 李钢新.CT—脑立体定向仪及其临床应用进展.立体定向及功能性神经外科杂志，1990，3：35
3 中国微侵袭神经外科杂志创刊词.中国微侵袭神经外科杂志，1996，1(创刊号)：1
4 Hitchcock FR,COwie R.Stereotactic removal of intracranial foreign bodies:review and case report.Injury,1993,14:471
(19981011 收稿), 百拇医药