脑立体导向手术

脑立体导向手术，或称定向手术，是利用某种特殊仪器（称定向仪），将手术操作器械如脑针、电极、脑组织切割刀等通过颅骨钻孔，放到脑深部的某一结构中，进行操作，造成一人工的病灶，以改变该处的脑功能，达到减轻或消除疾病症状的目的。这种手术包括两个步骤：首先是定出脑深部待手术的结构 （称为靶结构或目标结构）在空间的坐标位置，这一步骤称定位术； 第二步是按照确定的坐标位置，将操作器械放到脑深部待手术的靶结构中去，称为导向术，然后进行破坏。这种手术方法首先由Spiegel和Wycis (1947)应用于人体。操作方法有多种，如高频电灼、冷冻、注入化学物质、安置放射性物质等。主要用以治疗震颤麻痹，但诸如恶痛、某些顽固性精神病、癫痫等症、破坏垂体、摘出脑内异物，以及放置深部电极进行脑部的生理学观察等，都可用此手术进行。
定向仪的一般结构 包括三部分，即定位器、导向器和脑部操作器。
(1)定位器： 包括
❶定位架： 为一金属支架，附有刻度，通过头颅摄片，可以定出脑部目标结构的位置，用坐标读数表达。
❷固定器： 用以将定位器固定于病人的头部，常呈钉状，将支架直接固定在颅骨上。
(2)导向器：包括
❶握持器：用以握持脑部操作器。
❷导向器支架： 用以将握持器安装到定位器上，能按各种方向移动和倾斜，将脑部操作器按坐标读数插入脑内。
(3) 脑部操作器： 按手术目的而异。可为电极、脑组织切割刀、脑针、磁棒等。
几种有代表性的定向仪有：
❶Spiegel-Wycis型 (图1):是首先使用于人体的定向仪。定位器为立方体支架，采用直角坐标。导向器较简单，基本上也用直角坐标导向，因而脑部操作器的穿刺方向较受限制，只能在矢状面内倾斜。
❷Leksell型(图2):是目前使用最广的定向仪之一。定位器为立方体支架，采用直角坐标。导向器为一半圆形弧，采用球面坐标。使用此定向仪时，脑部操作器可通过头颅上任一钻孔穿刺目标结构，是其最大优点。
❸Reicert-Mundinger型(图3a、b):使用也较广。定位术采用直角坐标，但定位器并无立方形坐标支架。导向器也是一半圆弧。导向术利用一个模型进行。脑部操作器也可通过头颅上任一钻孔穿刺目标结构。
❹Gillingham型 (图4): 定位器和导向器合而为一，由一个弓形架固定在头颅上。定位术用柱面坐标，坐标原点和柱面主轴在横杆处。在定向仪两侧有一直杆，杆端为一小圆环。使用时在X线电视屏下将X线的中心射线对准两个小圆环并通过目标结构。根据直杆伸出长度了解脑操作器应作的穿刺深度，用此仪器时，头颅钻孔位置可以选择，但穿刺方向限于矢状平面内。
❺MeCaul-Fairman 型 (图5): 定位器和导向器也合而为一，仪器凭支撑脚直接固定在颅骨环锯孔上。定位术和导向术均用球面坐标，坐标原点在颅骨锯孔处。脑部操作器可从任一方向经颅骨锯孔穿刺目标结构，颅骨锯孔可选择在任一部位。穿刺方向由定向仪上的两个角度控制。此定向仪的优点是小巧，使用简便。缺点是定位不易准确。摄片时必须将X线的中心射线对准目标结构，才能消除两个倾斜角的估差； 而穿刺深度只能通过重复尝试予以校正； 如果在X线电视屏下进行操作，可以减少这些困难。

图1 Spiegel-Wycis型导向器

图2 Leksell导向器

图3a、b Reichert-Mundinger型导向器

图4 Gillingham型导向器

图5 MeCaul-Fairman型导向器

定位术 将定位架安装在病人头部，摄头颅X线平片（必要时作脑造影），找出目标结构，确定目标结构相对于定位架的位置（即坐标）。由于在通常的头颅摄片中，头部的影象有放大和变形，所以从这样的摄片中直接度量出目标结构的坐标必须加以校正，可采用下面四种方法中的一种作校正：
❶计算法： 根据形象变形的几何特点进行数学推算。推算原理是： 在X线片中定出X线中心射线的所在，此点就是坐标原点。再按照目标点所在平面的X线放大比例，度量出目标点的坐标。
❷模型法： 使用此法时需有一个与定位架相同的模型，先从侧位X线摄片上找出目标结构的坐标，将此坐标转移到模型架的左右框架上，用一根线连接起来作为代表。再在正位摄片上对目标结构的坐标作同样处理。这样，在模型架上有两根细线，从不同的走向都通过目标结构。它们的交点就是目标结构在定位架上的实际位置。
❸远距离摄片法： 如将X线球管与摄片间的距离增大到3～4m，则在中心X射线四周6cm的范围内射线接近平行。这时摄得的X线片变形将不显著。只要将目标结构投射在中心射线四周6cm的区域内，那末从X线摄片上量出的坐标读数，可认为与实际相接近，不必再进行校正。Talairach等甚至将摄片距离增加到15m。这样所摄的X线片可认为是没有变形或放大的。但增加距离势必要有高功率的X线球管才能做到。
❹中心射线法： 使用此法时，定位架两侧需各有一个可以移动的《中心射线标志》能在摄片中显影。操作时，移动中心射线标志，使二者在摄片上的影象互相重合，并再重叠在目标结构上。这时，两个标志和目标结构就在同一直线上（这直线就是中心射线），从而将目标的位置定出。此法在X线电视屏下使用较为方便。
导向术 导向术就是确定从颅骨钻孔到目标结构的穿刺方向和深度，并具体将脑部操作器送到目标结构。导向术也有四种方法如下：
❶计算法： 是根据目标结构的坐标和颅骨钻孔的坐标，利用立体解析几何公式计算穿刺时的两个倾斜角度和穿刺深度。
❷模型法：使用此法，需要一个定位器模型、一个颅骨钻孔模型和一个目标结构模型。定位器模型的大小、形状和坐标刻度与定位器支架完全相同。颅骨钻孔和目标结构模型则能通过一些附件安装在定位器模型上。进行导向术时，根据颅骨钻孔和目标结构的坐标位置，将钻孔模型和目标结构模型安装在定位器模型上。然后将导向器连同脑部操作器也安装在定位器模型上。调整导向器的位置和倾斜角度，使脑部操作器适能穿过钻孔模型，刺到目标结构模型上。记下导向器的位置。倾斜角度和穿刺深度。按照同样的位置和角度将导向器移换到定位器支架上。这时只要按照同样的深度将脑部操作器通过颅骨钻孔刺入脑内，就必然到达目标结构。
❸球心法：定向器结构如图2所示，其定位部分是一立方架，导向部分是一半圆弧。半圆弧由附件安装在定位器架上，并可进行调整，将圆弧的圆心放到任一坐标位置上。此圆弧可绕其直径前后转动。在圆弧上安装握持器，后者又可沿圆弧左右滑动。如握持器上的脑操作器正好穿刺到圆弧的中心，则不论圆弧如何绕直径转动，握持器如何绕圆弧滑动，脑操作器将始终停留在圆弧中心上。进行导向术时只需调整圆弧的位置，使其中心与目标结构重合。这时不论从那一方向进行穿刺，只要能使脑操作器刚好通过颅骨钻孔进入脑内，则当穿刺深度等于圆弧的半径时，脑操作器就到达目标结构。
❹直接法： 用中心射线定位法。中心射线通过目标结构，在X线摄片上可直接量得目标结构的角坐标，可按此角度直接进行目标穿刺。不过，使用球坐标时，穿刺深度可有误差。
如果目标结构能在X线摄片中显影（如金属异物），则只要摄取头颅X线平片就能满足手术要求。如目标结构不能在X线摄片中直接显影（如苍白球），就需要用造影术(气脑、脑室、脑血管等造影)显示出目标结构本身或其邻近的某个特定结构(称之为“标志结构”)，再根据《人脑的标准切面图谱》，找出目标结构与标志结构之间的位置关系，确定目标结构的位置。标志结构的选择，以尽可能接近目标结构为原则，以减少可能发生的误差。例如应以前联合作为确定尾核头部的标志，以侧脑室颞角前端作为确定杏仁核的标志等等。常用的标志结构有前、后联合，以及前后联合联线的中点等。摄头颅X线平片时，要求头部及定位器呈精确的正位与侧位。为此目的，有些定向器将病人的头颅、定位器、手术台、X线球管用机械框架予以连结，以保证摄片条件恒定不变。《人脑的标准切面图谱》，是根据多个不同形状的正常人脑，制成切片，选出一个大小与形状都处于中间状态的标本，摄制相片而成。显然，如与个别人脑比较，存在差异。所以根据《标准图谱》定位，可能引入误差。这就要求在手术时进行一些检查，以核对定位是否准确。
核对目标结构的定位准确程度有下述方法：
(1) 将脑部操作器放到目标结构处，摄头颅正、侧位片，观察操作器的位置是否正确。
(2) 脑部电生理观察： 包括
❶电刺激试验： 刺激参数是： 方脉冲波、双相、50～100Hz、波宽不超过2m·s、强度2～4mA(峰-峰值)。当刺激强度为2mA时，刺激范围的半径为2～3mm，与目标结构的破坏范围相当。电刺激时视电极的部位不同，可产生各种反应如运动、感觉等，或不产生反应，根据反应情况来判断电极的位置是否正确。
❷深部脑电图记录： 可用大电极或微电极进行记录。记录内容有两种，一种是自发电活动。脑深部灰质的自发电活动是中等电压(40～80μV)的β节律，混有少量α和θ节律。脑白质中没有电活动或电活动很少。脑室中没有电活动。另一种是诱发电活动。这方面的研究很多，有肯定定位意义的只有利用周围深、浅感觉刺激，记录丘脑感觉更代核的诱发节律。
❸电阻抗测定； 由于导电性能的不同，脑室的阻抗最小，灰质次之，白质最大。后二者相差15～45%。可在X线配合下，在推进电极时进行阻抗测定，以区别出脑室、内囊和丘脑。用单极电极测量，误差较小。
(3) 暂时性功能阻滞试验： 有下述五种。
❶局部机械加压： 用Cooper带囊脑针。穿刺到目标后，向囊腔注入造影剂。囊腔膨隆后压迫四周的脑组织，造成功能阻滞。Bertrand白质刀也有暂时性功能阻滞作用。
❷局部化学剂注射： 向目标结构注射普鲁卡因 (2%0.25ml)，可获暂时性功能阻滞。阻滞时间为数小时。
❸高频电加热：采用尖端裸露的绝缘脑针，通以高频交流电(频率2MHz)。并用半导体测温计监护局部温度，在44～49℃范围内，可引起可逆性功能阻滞，而不致有组织破坏。如用偏心绝缘的电极和定向接地，还可控制加热方向。此法的缺点是： 造成暂时性功能阻滞与永久性组织破坏的温度相差较小，如无优良的温度监护，容易引起差错。
❹冷冻：当脑组织的温度在0～20℃时，其生理活动随温度的下降而减小，在0℃时活动消失。这一现象被利用来进行暂时性功能阻滞。只要降温足够低，而又不造成脑组织冰冻，就不会引起脑组织的永久性损害。7℃是最理想的冷冻温度。冷冻时使用特制冷冻脑针，用液氮为冷却剂。
❺超声波照射： 能造成脑组织的暂时性功能阻滞。照射停止后1～5分钟，神经功能完全恢复。照射所用参数是：980kHz，声质点运动振幅400cm/s，照射时间2.3秒。上述各种阻滞试验以局部普鲁卡因注射最为简便实用。(4) 分次扩大永久性破坏灶： 通过脑部操作器（电极）先作一小破坏灶，然后将电极留置于病人脑部，观察两天。在术后第一天，由于脑组织水肿，破坏灶所造成的影响往往有所加重。这时如果出现并发症状如偏瘫，意识障碍等，即终止手术。由于首次破坏灶较小，这些并发症多能自行恢复。如果观察期间，原疾病的症状又行加重，则可通过留置的电极扩大破坏灶。如此反复施行，直至获得良好治疗效果，电极留置时间，不宜超过4～5天。
脑部永久性破坏灶的制造方法有下列几种：
(1) 直流电解：在电解过程中，阴极四周气体形成较多，影响破坏灶的形状和大小，故用阳极较好。破坏灶的大小，与所用库伦电量成正比，电流、电压、电阻的大小，可在较大范围内变动。用双极电极电解所产生的破坏灶形状较不规则，故常用单极电极（另加无关电极）。所用参数为：正极电流小于5mA，电解时间小于30秒。电解电量过大时，在电极四周有气体积聚，还可能造成血管损伤，引起其供血区缺血和脑组织坏死，这些将使破坏灶的形状和大小无法控制。
(2)机械切割： 用特制的切割刀，在目标结构进行机械切割。切割刀的类型很多。常用的一种(Bertrand)是用钢琴弦丝作成的刀刃，用16G注射针作套管。平时刀刃收在套管中。切割时压紧顶端按钮，刀刃即呈半圆形露出，将切割刀绕长轴旋转360°，切开一块球形的脑组织。通常切割直径为8～12mm。由机械切割所造成的破坏灶形状不规则，常伴出血。
(3) 药物注射： 以Cooper的双腔脑针为代表。脑针的一腔与针端的小囊相通，另一腔开口于针尖。手术分次进行。第一日将脑针插到目标后，向小囊内注入脑血管造影剂(使能在X线摄片中显影，以便进行位置核对)，小囊膨胀，在目标处造成一个球形空隙，以容纳注入的药物。脑针留置于脑内，第二日排空囊内液体，通过另一管腔向脑内注入破坏神经药物。较理想的药物是8%乙基纤维素酒精溶液。此剂呈软膏状，注入脑内后不会四溢。注射分次进行，第一次0.5ml，直至疗效满意为止。此法所造成的破坏灶，形状和大小都不规则，可引起出血。另外，Narabayashi (1960)混合普鲁卡因、植物油和蜡，制成软胶样混合剂，直接注射至目标结构内，制成球形或卵形异物。此法实际是一种机械性压迫造成破坏灶。
(4)高频电烙： 所用频率为0.5～4MHz，以2MHz为最常用。破坏灶的大小，与采用的功率、电流大小、通电时间与电极形状都有关系。当电极作用面积为20mm2，电流强度为125～150mA，通电30秒，破坏灶直径6～6.5mm。所用电极，以单极所制成的破坏灶呈球形或卵形，比较规则，双极电极可能制成葫芦形破坏灶或相互分离的两个破坏灶。如用偏心绝缘的电极和定向接地，可以控制破坏灶的位置方向。为防止电烙区组织焦化，电烙温度以60℃为佳，可用测温计监护。
(5)冷冻： 使用特制的冷冻脑针，冷源为液氮。脑组织在针尖四周冰冻，形成破坏灶。破坏灶的病理形态，各家意见不一。有认为是一个缺血性梗死灶，仅有极少量出血，边界清晰，大小规则；也有认为破坏灶的大小和形状都难预测，灶内有出血，四周有水肿。冷冻区大小与所用条件的关系是： 温度为-40℃时，结冰区直径6mm; -50℃时为8mm; -100℃时为12mm。
(6) 超声波照射：由超声波束制造的破坏灶边界清晰，可选择适当参数使血管不受损伤，破坏灶四周无水肿，用较低的剂量可选择性地破坏白质而不损伤灰质； 但所用的器械复杂，费时很多，且手术时需作大骨瓣开颅，以消除声波在颅骨上散射。Meyer等(1958)应用于临床，所用参数为： 频率980kHz/s，声质点运动振幅400cm/s破坏白质时暴露时间为2.3秒，破坏灰质时3.0秒。
(7)放射性破坏灶： 将放射性核素植入目标结构，利用放射能制造破坏灶。在α、β、γ三种射线中，β粒子在脑中的最大辐射距离小于1cm，适于在定向手术中应用。90Yb和109Pd最为合用，而以90Yb应用较广。90Yb的半衰期为2.54天，放射2.18mev的β粒子，放射能量中的99%在半径4mm的范围内被脑组织吸收，形成破坏灶。后者呈圆形，边界清晰，无远处反应，也无远期反应。