双靶点单通道穿刺角度深度计算法的修正与应用初探

作者:刘凤强

    作者单位：嘉兴市第一医院神经外科， 浙江 嘉兴 314000       【摘要】  目的 修正并重新验证双靶点单通道穿刺角度深度计算法。 方法 将拖板侧倾角称为β角，将穿刺路径在冠状面上的投影与Z轴的夹角称为γ角 （即划线法确定的拖板侧倾角）。修正拖板侧倾角计算公式：β＝Tan－1[（x1－x2）/]。γ=Tan－1[（x1－x2）/（z1－z2）]。在ASA602S型立体定向仪的直角坐标系中设定5个靶点，分别经位于顶端3个定角靶点 （T1） 向足端的2个目标靶点 （T2） 进行双靶点单通道立体定向穿刺。计算并测量各组α角、β角、γ角与实测结果间的误差。 结果 修正后，双靶点单通道计算法确定的拖板倾角与实测结果误差平均为0.1°，而按划线法计算的拖板角与实测结果间误差平均为7.3°。 结论 修正后的双靶点单通道穿刺角度计算结果较划线法更加准确可靠，可用于有框架的神经导航系统。

   【关键词】  双靶点 计算 立体定位技术　

    Amendment and application of calculation method for puncture angle of single channel-double target

    LIU Fengqiang

    Department of Neurosurgery, First Hospital of Jiaxing, Jiaxing 314000, China

    Abstract:  Objective  To amend and re-certificate the calculation of the puncture angles of single channel double target puncture.  Methods  The tilt angle of the extension unit was set as β, and the path of puncture in the coronal plane with the projection angle between the Z-axis angles called γ, which is called angle of bank of tool carriage defined by cross-puncture method. The calculation formula for angle of bank was adjusted as follows: β＝Tan－1[（x1－x2）/]; γ=Tan－1[（x1－x2） /（z1－z2）]. In ASA602S-stereotactic Cartesian coordinate system, 5 target points were set, three target angles locating at the top (T1) and two foot target goals (T2), via which the single channel double target stereotactic puncture was performed. α, β and γ were calculated, measured, and compared.  Results  After amendment, the relative accuracy between the "double target-single channel system" extension unit and measured results was averaged 0.1°, while that between the crossed calculations by extension unit angle was 7.3°.  Conclusion  The adjusted angle calculation results of single channel-double target puncture are more accurate and reliable than those by cross method, and can be used for a frame-based neuronavigation system.

    Key words:  double target;  mathematical computing;  stereotactic techniques

    不具备手术计划系统或术中CT引导时，确定立体定向手术路径的传统方法是通过在MRI冠状面与矢状面图像上划线以确定弓架与拖板倾角。若采用CT引导，则划线法无能为力，为此，笔者曾推导出双靶点单通道穿刺角度深度计算法[1]。但在实践中发现：基于划线法原理的拖板角计算公式有误，笔者通过打靶实验证实：传统的划线法有缺陷，需对原计算公式进行修正。我科自2004年9月开展立体定向手术以来，52例病人中同时用划线法确定穿刺路径17例，利用ASA-620S手术计划系统验证，在轨迹图与棒视图模式下均发现传统方法存在难以克服的偏差，在完成公式修正并行打靶实验后淘汰此法。

    1    材料与方法

    1.1    计算公式    在直角坐标系统和极坐标系统相结合的混合性定向系统中，将弓架由90°位置向前或后倾斜的角度称为α，拖板偏离90°位置的偏转角称为β。穿刺路径在冠状面上的投影与Z轴的夹角称为γ （相当于划线法获得的β角） （图1）。设定由顶端T1 （x1，y1，z1） 向足端T2 （x2，y2，z2） 穿刺，修正后的计算公式如下：

    α = Tan－1 [（y1－y2）／（z1－z2）]

    β = Tan－1[（x1－x2）/]

    γ = Tan－1[（x1－x2）/（z1－z2）]

    1.2    方法　   在ASA602S立体定向仪的不同位置设定5个直径为2 mm的金属小球。行1.25 mm层厚无间隔CT连续轴位扫描。依次从左到右、从顶端到足端，将小球命名为A、B、C、D、E。拟分别经A、B、C点穿刺抵达D、E点，使穿刺道形成各种角度的前后倾角及偏转角组合。

    手工测量CT片的图像放大率、各小球坐标测量值，换算出各小球的框架坐标；分别以A、B、C作为定角靶点 （T1），D、E作为目标靶点 （T2）。在经T1穿刺T2形成的各种组合中，分别记录其弓架倾角 （α）、拖板偏转角 （β） 及两靶点间距离；γ角通过上述公式计算获得并与β角进行比较。

    1.3    打靶实验

    1.3.1    定位精度测量 （表1）：    选择2.1 mm立体定向探针实施打靶。记录探针抵达各靶点时，针尖与金属小球间的误差距离。

    1.3.2    定向精度测量：    将框架坐标分别设定在D、E两点，调整弓架与拖板倾角，使穿刺路径依次经过A、B、C点。分别测量各种组合的α与β角 （表2），并与上述公式的计算结果进行比较。

    2    结    果

    2.1    靶点定位误差    0~1.10 mm，平均0.42 mm，可排除由于定位不准所致计算错误。

    2.2    定向精度误差    修正后的计算值与实测值的平均误差：α：1.1°，β：0.1°；原公式中基于划线法的拖板倾角 （γ角） 与实测结果相差1.0~22.2°，平均7.3°，说明原公式误差范围较大 （表3）。

3    讨    论

    采用直角坐标系与极坐标系结合的混合性定向系统，是目前立体定向仪最常采用的一种立体定向方式[2]。常见的手术计划系统多可进行精确的路径设计，但在无此辅助设备时，利用病灶所在冠状面与矢状面MR图像，以划线法确定穿刺角度 （路径），在许多医院仍是通行的做法。从定向仪工作原理分析，除非进针时弓架与拖板倾角均为90°，否则划线法所依据的冠状面与矢状面图像，均非穿刺路径所在解剖面。我们在打靶实验中发现：按此原理测算出的拖板倾角 （γ角） 与实测存在较大误差，只有当弓架与拖板倾角均接近90°时误差变小。在应用国产 《ASA620S手术计划系统v1.0》 作对比计算时发现：虽然目标靶点如期出现在轨迹图上，但作为确定路径依据的A、B、C 3个小球却全部偏离在穿刺路径之外。

    与传统方法利用弓架与拖板分别代表两个平面交线作为手术路径不同，双靶点单通道穿刺角度深度计算法[1]利用“空间的2点确定1条直线”原理，根据手术路径需要，分别在2个不同层面确定目标靶点与定角靶点，以2点的三维坐标计算连线的穿刺角度与2点间距离。按修正公式计算，结果与实测高度一致；将结果输入 《ASA620S手术计划系统v1.0》 验证，目标靶点与定角靶点均如期出现在轨迹图的穿刺路径上。

    在路径设计得到精确保证的情况下，我们应用双靶点单通道技术进行了一系列尝试：①高血压脑出血：在肾形血肿长轴的两端分别设定目标与定角靶点，按计算的路径穿刺可沿血肿长轴作多靶点定量抽吸，提高了清除效率；对丘脑－脑室型出血，分别在丘脑血肿与侧脑室设定目标与定角靶点，按2点连线穿刺，实现脑内血肿与脑室共道引流。②多房性脓肿：在不相通的2个脓腔分别设定目标与定角靶点，沿2点连线穿刺，实现双靶点单通道引流。③脑动静脉畸形出血：分别以深部的供血动脉及血肿最表浅处为目标与定角靶点，以2点连线作为手术路径，在探针引导下先清除血肿，再处理畸形血管团的供血动脉，使手术难度降低。④功能区深部肿瘤：以肿瘤中心与脑沟分别作为目标与定角靶点，以2点连线作为手术路径，易于寻找肿瘤，减少并发症。同样的，经单通道依次取出2枚颅内异物，确定囊肿－脑室内引流的穿刺角度与引流管侧方开口位置等也可循此思路进行手术设计。这种“点到点”的立体定向过程，实现了“一石二鸟”功能，尤其在采用CT引导时，本计算法可将立体定向仪的直角坐标系统和极坐标系统在功能上更为紧密地融合，从而有助于进行新的手术尝试。

    修正后的双靶点单通道穿刺角度深度计算法可以满足精确设计手术路径的需要。应当指出的是，在进行双靶点单通道设计时，若无法使手术路径避开重要的神经结构，仍应选择双通道。

    近年来，因定向仪框架存在可能妨碍操作，不能即时显示病灶区域和脑结构，不能随时将术中的解剖结构及病变情况反馈给手术医师等弊端[3]，在神经导航出现后有被取代的趋势。但同时我们也应意识到：随着诊断技术的进步，各种微创技术 （锁孔技术、显微技术、神经内镜等） 的发展和相互融合，在切口与操作通道呈现小型化的趋势下，定向仪框架对手术操作的妨碍已不像过去那样突出。另外，有框架立体定向术仍有一些突出优势，如机械精度非常高，可以给手术器械提供一个稳固的操作平台，较少受到脑移位的影响，而且价格便宜等[4]。将立体定向技术与超声碎吸装置[5]、内镜[6]、显微镜[7]等结合，可通过毫米级大小的穿刺道进行微创手术。

    因此，对框架立体定向技术仍有深入研究的必要。利用修正后的双靶点单通道穿刺角度深度计算法进行计算机软件化处理，可以取神经导航之长。

【参考文献】[1] 刘凤强. 双靶点单通道穿刺角度深度计算法 [J]. 立体定向与功能性神经外科杂志,　2000, 13(3): 159-160.

[2] 傅先明,　牛朝诗.　立体定向和功能性神经外科学 [M]. 合肥: 安徽科学技术出版社, 2004: 18-35.

[3] KELLY P J, KALL B A, GOERSS S J. Results of computed tomography-based computer-assisted stereotactic resection of metastatic intracranial tumors [J]. Neurosurgery, 1988, 22(1 Pt 1): 7-17.

[4] POLINSKY M N, GEER C P, ROSS D A. Stereotaxy reduces cost of brain tumor resection [J]. Surg Neurol, 1997, 48(6): 542-551.

[5] HONDO H, UNO M, SASAKI K, et al. Computed tomography controlled aspiration surgery for hypertensive intracerebral hemorrhage. Experience of more than 400 cases [J]. Stereotact Funct Neurosurg, 1990, 54-55: 432-437.

[6] HSIEH P C. Endoscopic removal of thalamic hematoma: a technical note [J]. Minim Invasive Neurosurg, 2003, 46(6): 369-371.

[7] BARLAS O, KARADERELER S. Stereotactically guided microsurgical removal of colloid cysts [J]. Acta Neurochir (Wien), 2004, 146(11): 1199-1204.