鼻内镜外科技术 (nasal endoscopic surgery, NES) 是20世纪鼻科学领域里程碑式的进步，其广泛应用和普及使鼻腔鼻窦疾病的外科治疗真正进入了微创时代，并迅速延伸至鼻咽、前中颅底、眼眶等相邻解剖区域。但由于受到内镜视野、解剖变异、病变范围、手术出血及经验技巧等多种因素的影响，特别是手术涉及视神经、颈动脉、颅底等关键解剖结构时，鼻内镜手术出现严重并发症或病变残留仍难以避免。2012年美国最新的全国范围调查报告显示，包括脑脊液鼻漏、眶损伤、导致失血性失血在内的鼻内镜手术主要并发症仍在1%左右^[1]。

这种对内镜手术安全性和准确性更高程度的需求，使影像导航这种在神经外科领域率先发展起来的术中图像定位技术，在鼻窦-颅底外科领域得到了迅速的普及应用，并极大地降低了手术并发症的发生率，提高了手术疗效，拓宽了鼻内镜手术的范围。据不完全统计，国内医疗机构目前已拥有进口和国产导航设备超过200台，某些县市级医院也已引进，已形成较广泛的应用基础^[2]。

1 影像导航技术的工作原理

影像导航手术系统 (imagimg navigation opera-tion system, INOS) 发展至今，已包括应用术前影像导航和术中影像导航两大类。前者是利用特殊设计的计算机软件，将病人术前CT或MRI图像进行三维重建 (3-D-reconstruction)，并通过术中定位系统，对手术器械在术野中的位置进行精确定位，术者参照显示在计算机监视器上的三维影像 (水平位、矢状位、冠状位) 观察到手术器械的实际位置；后者的区别在于利用移动式CT扫描机或手术室术中MRI单元对患者的CT或MRI图像进行间断性数据更新，实现真正的术中实时导航。

具体到鼻窦-颅底影像导航手术，就是将患者手术前或手术中采集的鼻窦及颅底影像数据，输入影像导航计算机工作站。经计算机工作站处理，形成水平位、冠状位和矢状位图像。探头安装在特制的吸引器尖端、手术器械或电动吸割器手柄上。术中通过影像导航工作站的定位系统，在重建的三维图像上实时显示探头尖端在鼻腔、鼻窦及颅底的位置，帮助术者判定手术操作的部位。

而根据术中定位系统的不同，可分为声导型、机械臂型、电磁感应型和光感应型四种影像导航系统。其中，光感应型定位系统利用红外线来追踪手术器械，而电磁感应型定位系统则是由放在手术相关区域附近的磁场和安装在手术器械上的电磁传感器组成，导航系统通过探测磁场中电磁传感器的位置而精确测算出手术器械的位置。目前鼻窦-颅底外科临床常用的影像导航系统主要是这两种类型的导航系统，但相对于光感应型导航系统，电磁感应型导航系统操作更加简便^[3]。

2 影像导航技术在鼻窦-颅底外科领域的应用历史

上世纪80年代末影像导航技术在鼻窦-颅底外科领域得到应用。由于CT图像对骨结构的分辨效果明显好于MRI图像，鼻窦-颅底CT影像导航比MRI影像导航更多应用于临床。1986年德国Aachen大学医院的研究者开发了应用术前CT影像的机械臂型导航系统 (Viewing Wand system)，并很快研发了改进型，通过其设计的一种6关节视觉编码器的计算机系统，使导航的准确率达到可临床应用的1~2 mm。1993年该大学医院的Mosges和Klimek在德国应用这种影像导航系统完成了212例鼻窦手术，认为导航手术可将鼻窦手术并发症发生率降低2%左右。1994年Anon等^[6]在美国应用同一导航系统首次报道计算机辅助鼻内镜手术，认为效果满意，但二次CT扫描增加了患者的辐射量。而1996年Roth等在临床应用该导航系统的基础上，提出鼻窦-颅底影像导航系统发展必须具备的基本条件：① 导航定位精度维持在2~3 mm以内；② 避免重复进行CT扫描；③ 患者头部在导航过程中应能够移动；④ 吸引器、切割器等手术器械应能够被导航追踪；⑤ 导航系统可由医师直接操纵，无需技师参与。随后影像导航技术的发展，较好地满足了这些条件，并相继出现了电磁感应型导航系统 (如Insta Trak导航系统) 和光感应型导航系统 (如LandmarX和Vector Vision导航系统)，近来开发的第三代电子机械臂型导航系统更强调了可操作性。而国内自2001年起步，由北京同仁医院韩德民教授等最早介绍了28例应用术前影像的导航系统辅助鼻窦手术的临床经验，目前国内已有多家医院能够成熟开展影像导航内镜下的鼻窦-颅底手术。截至目前，我科自2005年引进LandmarX手术导航系统以来，实际开展各类复杂鼻窦-颅底 (包括眼眶) 手术已达到751例。

随着可移动式CT扫描机的问世，目前Siemens、Neurokogica、GE和Philips公司的术中CT整体手术室方案已经得到了临床医生的一致认同，实现了术中实时CT导航 (iCT) 的临床实际应用。2008年Jackman等^[4]报告了应用术中CT影像导航系统实施鼻窦手术的临床初步经验，其中30%患者结合术中影像调整了手术处理方案。国内第一台术中CT结合导航系统也于2008年在解放军总医院投入临床使用，但国内尚未有应用于鼻窦手术的临床报告。

而MRI影像导航，由于其对软组织结构分辨效果的独特优势，一直在神经导航领域受到重视。特别是1996年低场强术中实时MRI扫描影像导航 (iMRI) 临床应用以来，已成为微侵袭神经外科的重要组成部分，已成为解决软组织内操作及其解剖结构随手术操作有所变化情况下，纠正导航指示偏差的最好办法。尤其适用于软组织较多的颅底区域病变的处理，可有效地减少肿瘤切除残留的几率。但由于设备昂贵，并未在鼻窦及颅底领域得到广泛临床开展。

3 影像导航技术在鼻窦-颅底外科领域的适用范围

随着20年导航技术的临床实际应用，耳鼻喉科医师尽管在导航辅助能否提高手术疗效方面仍存在争议，对导航辅助能否降低手术并发症未能拿出最可靠的循证医学证据^[5]，但对影像导航手术的临床适用范围意见趋于一致。

1994年Anon等^[6]提出了应用影像导航系统最佳适应证，包括: ① 鼻窦修正手术；② 鼻窦病变广泛；③ 蝶窦病变；④ Onodi气房或其他解剖变异，有可能导致手术并发症；⑤ 额隐窝及额窦病变；⑥ 视神经减压手术；⑦ 鼻腔-鼻窦恶性肿瘤手术。德国莱比锡临床大学 (University Clinic Leipzig) 则建议影像导航内镜鼻窦手术应包括：① 涉及后组筛窦的手术 (不论是初次还是修正手术)；② 蝶窦开放术；③ Draf Ⅱ或Ⅲ型额窦手术；④ 前颅底低位或伴有其他解剖异常 (Hailer气房、Onodi气房、眶纸板部分缺失)；⑤ 儿童鼻窦炎 (解剖异常)。

2003年美国耳鼻咽喉－头颈外科学会 (AAO-HNS) 给出了一个影像导航内镜鼻窦-颅底手术的应用建议^[7]，适用情况包括：① 修正性鼻窦手术；② 外伤、手术或发育所致的解剖结构异常；③ 范围广泛的鼻息肉病；④ 病变累及额窦、后组筛窦、蝶窦；⑤ 病变临近颅底、眼眶、视神经或颈内动脉；⑥ 脑脊液鼻漏或一些颅底缺损；⑦ 良性、恶性鼻腔鼻窦肿瘤；⑧ 后鼻孔闭锁。

随着术中实时影像导航 (iCT/iMRI) 的临床应用，其对鼻窦-颅底内镜手术的辅助价值已得到初步证实^{[4, 8]}，并在垂体瘤等颅底病变切除手术中获得了满意的临床效果，但何种鼻窦炎病例更加适合实施此类手术尚在探索之中。

4 鼻窦-颅底手术中应用影像导航系统的态度

尽管影像导航鼻窦手术在提高手术安全性和有效性方面具有潜在作用，原则上适用于所有的鼻颅底内镜外科手术，被认为能够减少内镜手术的并发症，能够更充分地切除鼻窦及颅底病变，并增加术者的自信心；但影像导航技术的应用会使患者的治疗费用增加，治疗程序更加复杂，其应用需要直接有力的循证医学证据支持。

2007年Smith等^[9]从循证的角度系统回顾了影像导航技术的临床应用，发现影像导航鼻内镜手术已经广泛应用于临床，但获得基于临床或患者的随机对照研究等高等级 (Ⅰ~Ⅱ级) 循证医学证据比较困难，在总共回顾的105篇文献中，只有5篇论文被认为回答了：影像导航内镜鼻窦手术确实能降低并发症的发生，影像导航内镜鼻窦手术能增加手术效果等问题。Ramakrishnan等^[5]在今年刚发表的研究报告中，做了类似的系统性回顾，发现所有支持导航辅助鼻内镜手术能够降低并发症、增加手术疗效的文献，循证级别仅为C类。

值得注意的是，目前临床使用的导航系统实际精确度在2 mm，这2 mm的误差对于纤薄的筛板及视神经管骨壁已经很大了。因而，影像导航应作为术中鼻窦解剖位置的验证工具，不能作为寻找鼻窦解剖标志的手段。一般来说，如果外科医生熟悉鼻窦解剖和患者个体的解剖变异发生情况，在手术过程中应用导航技术来验证鼻窦的解剖位置，会增加手术的安全性；反之，如果医生并不熟悉手术解剖，想要依靠导航定位来决定如何完成手术，则反而会给手术带来更大的危险性。

因此，尽管影像导航技术已得到极大的临床应用，Metson等^[10]在2003年提出的鼻窦-颅底手术中使用导航系统所应保持的态度仍未改变，包括：① 外科医生需从简单病例入手学习影像导航系统的使用；② 影像导航系统的准确率和可靠性是相对的；③ 使用导航系统会增加手术时间和手术花费；④ 使用导航系统可增加术者的自信心；⑤ 并不是每位患者都需要影像导航系统；⑥ 当遇到毫米级的解剖结构定位，不能依赖导航系统做决定；⑦ 当导航数据和术中所见有矛盾时，以术中所见为准；⑧ 工程技术不能替代手术技术和经验。

5 影像导航技术在鼻窦－颅底外科领域的临床应用进展

随着导航设备的日益普及和不断更新发展，在导航辅助鼻窦-颅底手术的临床价值、导航技术的应用范围以及导航新技术投入临床等方面都发生了新的改变。

5.1 导航技术辅助常规鼻窦内镜手术的临床应用

影像导航技术几乎可以辅助所有的常规鼻窦内镜手术，如复杂的鼻窦炎鼻息肉、鼻窦黏液囊肿、霉菌性鼻窦炎、鼻咽纤维血管瘤、鼻窦内翻性乳头状瘤、鼻窦骨化纤维瘤及骨纤维异常增殖症等。近期的研究报告显示，鼻窦外科医师对导航技术辅助常规鼻窦内镜手术的应用价值又有了新的认识。

Tschopp等^[11]评价了功能性鼻内镜手术中应用与不应用CT影像导航对手术疗效的影响，对123例内镜下实施筛蝶窦切除术的鼻窦炎患者进行了前瞻性研究，结果显示，导航手术并不能提高内镜手术疗效，但对降低手术并发症的出现有一定辅助作用。而Philpott等^[12]报告了76例鼻窦内翻性乳头状瘤导航辅助内镜切除的临床经验，认为导航手术可以有效防止肿瘤复发，其肿瘤复发率由32%降至11%。Rawlings等^[13]评估了导航辅助内镜下全筛切除手术的彻底性，结果发现通过目前使用的术前影像导航设备，仍很难到达切除全部筛房的目的，眶壁气房的残留率高于颅底气房。Farhadi等^[14]回顾了其2004至2009年使用影像导航系统的临床经验，认为现阶段应用的导航系统主要作用是避免颅底和眼眶损伤，为充分开放鼻窦提供可能。

另外，Parikh等^[15]报告了33例儿童导航辅助鼻窦内镜手术的5年随访结果，认为在出现解剖变异、手术涉及蝶窦、额窦、眼眶及颅底的儿童鼻窦手术中需要应用导航技术。而2012年美国最新的鼻内镜手术并发症全国范围调查显示眶损伤更容易发生于儿童^[1]，似乎提示在涉及眼眶的儿童鼻窦手术中，导航技术具有更重要的应用价值。

随着术中实时影像导航技术的成熟，鼻窦外科医师也开始尝试使用这一新的系统实施内镜手术。Batra等^[16]术中采用0.4 mm间隔CT扫描，对24例鼻窦手术患者 (鼻窦炎12例、鼻窦粘液囊肿6例、鼻窦肿瘤5例、骨纤维异常增殖1例) 实施了术中实时CT导航内镜手术，其应用目的包括判定手术解剖部位、肿瘤切除边界、额窦支架放置位置等，有6例 (24%) 依据术中导航情况调整手术措施，认为应用术中实时导航对鼻窦-颅底手术有重要应用价值；并于2011年再次报告了49例鼻窦病变患者 (36例鼻窦炎、11例鼻窦良恶性肿瘤、2例鼻窦黏液囊肿) 实施术中实时CT导航内镜手术的结果，其平均准备时间5.3 min，CT图像优良率49%，18%的病例根据术中CT影像修正手术方案，但息肉、肿瘤、前期手术史、应用导航、CT图像质量等因素均未能成为预测术中是否应用实时导航的依据^[8]。

一些辅助导航鼻窦手术的新设备也在不断涌现。2006年Koulechov等^[17]开发并应用了一种术中实时预警装置。利用这种装置，手术医生可以在术前设定手术解剖安全边界，术中被导航追踪的动力吸切系统一旦超过设定的解剖边界，将自动停止工作。他们应用这种装置实施10例鼻窦炎导航内镜手术，导航控制的动力吸切系统关闭平均16.5次/例，由术者证实其关闭正确率为90.5%，并与术中实际解剖位置和术前设定边界一致，认为该系统可以缓解术者手术压力，保证手术安全性。另外，一种利用口腔放射诊断技术-锥形束CT成像技术，开发的术中实时CT导航系统，已成功应用在尸头解剖训练中，被证明对鼻窦-颅底的手术训练作用显著^[18]。该技术可以明显减少实时扫描时医生和患者接受的辐射量。

5.2 导航技术辅助内镜下前中颅底肿瘤手术的临床应用

随着内镜鼻窦外科在处理鼻窦慢性炎症方面取得的巨大成功，内镜下实施脑脊液鼻漏修补、经蝶垂体瘤切除、视神经减压手术也显示了其微创的优势。影像导航技术的应用使颅底内镜手术更加安全、精确、微创^[19]。

Sale等^[20]研究了影像导航技术在脑脊液鼻漏手术中的作用，发现影像导航对定位漏口部位的敏感性及特异性均为100%，可以取代其他寻找定位漏口的方法。Zuckerman等^[21]应用术前高分辨率CT诊断结合术中影像导航定位，使脑脊液鼻漏修补手术成功率达到95%~100%。张华等^[22]也报告了12例合并脑脊液鼻漏的复杂视神经减压手术中应用导航技术的临床结果，脑脊液鼻漏全部修补成功，视神经管减压总有效率为58.33%，认为鼻内镜和影像导航系统的结合应用使手术视野开阔、定位精确并增加了安全性，尤其在局部解剖结构因外伤而导致毗邻关系改变的情况下，可有效减小创伤，提高安全性，是一种安全有效的治疗方法。

对于垂体瘤等颅底肿瘤的导航手术，神经外科医师似乎拥有更大的发言权。他们由应用显微镜结合导航技术切除颅底肿瘤发展到目前开始应用导航神经内镜实施此类手术，均积累了大量的病例。Hitier等^[23]应用术前CT影像导航实施经蝶垂体瘤切除手术，肿瘤全切率50%，无严重手术并发症，认为影像导航可以帮助医生进行关键部位毫米级的解剖定位，提高手术安全性，制定最佳肿瘤切除方案。许志勤等^[24]报告了近5年的经蝶垂体瘤手术，138例采用术前MRI影像导航技术，肿瘤全切除7l例 (51.4%)，无手术死亡病例，认为导航技术不仅安全、准确，特别适用于蝶窦气化不良、复发性或侵袭型垂体瘤、颅底异常增厚、双侧颈内动脉间距较窄和位于极外侧或垂体深部的微腺瘤。

而术中核磁导航 (iMRI) 对于辅助手术医生判定术中肿瘤残留情况的作用令人鼓舞。Ahn等^[25]报告了应用低场强核磁 (0.15T) iMRI导航实施垂体瘤切除手术，肿瘤全切率由74.5%提高到94.1%。吴劲松等^[26]报告了122例应用超高场强 (3.0T) iMRI导航切除颅内及颅底肿瘤的手术结果，由于术中MRI扫描能够发现残留肿瘤，为最大程度安全切除肿瘤提供可能，其肿瘤全切除率胶质瘤由71.7%提高到90.0%，垂体瘤由75.9%提高到93.1%。同时，术中CT扫描技术 (iCT) 已经对现代前颅底外科手术产生越来越大的影响，多层螺旋CT可以提供对血管和颅底骨结构良好的显像。由于扫描时间缩短和空间分辨率的提高，术中扫描并自动重新注册的实时CT导航已应用于临床。与术中实时MRI导航相比，CT导航更加容易安装，费用经济^[27]。

5.3 导航技术辅助鼻窦-颅底内镜手术的范围拓展

导航手术最初是应用于鼻窦手术，目前其应用指征已得到极大扩展，如在特殊部位肿瘤活检、涉及重要易损结构的异物取出、低年资医师手术训练等方面均显示出其应用的优势。

眶内肿瘤穿刺活检一直是眼眶外科的难点之一，由于眼眶区域空间狭小，解剖结构复杂，盲目穿刺风险大，如运用X线透视会对晶状体造成不可逆转的损害，B超监测的精确性很难保证。而导航技术精确性及无辐射的特点，可以帮助手术医生安全地完成穿刺。Sieskiewicz等^[28]报道了影像导航下经鼻内镜行眶内病变的活检术，导航的应用使得活检部位更准确，损伤更小，特别是在病灶微小、病灶位于球后或病灶与眶周、眶内组织相似的情况下，导航系统的作用更明显。

而涉及颅底、眶周等重要易损结构的异物尽管比较少见，但成功取出异物仍是很大的挑战，因为这些区域难于暴露并邻近关键解剖结构。应用导航技术可以使手术器械比较安全的接近这些易损结构，并使操作更加微创、安全。Farhadi等^[14]认为鼻窦及颅底异物取出手术同样是应用影像导航系统的主要适用症。

最近的前瞻性研究显示^[29-30]，影像导航系统是低年资手术医生安全有效地实施内镜鼻窦手术的有力工具，可以训练其迅速增加术中内镜解剖的空间方向感。但受训阶段鼻窦手术医生观摩经验丰富手术医生实施导航鼻窦手术时，容易高估导航系统的可靠性，并低估手术风险，因此导航技术对辅助稍有经验的鼻窦手术医生更加有效。

6 影像导航技术在鼻窦-颅底外科领域的未来发展方向

视觉导航技术是近年来导航研究领域的新热点。高分辨率数字内镜的研发为新一代导航系统的开发提供了新的途径。高分辨率数字内镜结合计算机系统可以提供诸如解剖重建、表面注册、运动追踪、增强现实等一系列的计算机视觉效果。

如颅底手术，由于毗邻重要解剖结构，安全操作空间小，手术中常需甄别毫米级神经血管结构，而目前的导航系统无论使用何种配准方式，均属于间接配准方法。研究显示，现阶段全自动注册配准的CT导航精确度在1.2 mm左右，而骨锚式标记注册、激光表面扫描注册在前颅底手术中的精确度分别为 (0.75±0.21) mm、(0.93± 0.34) mm^[31-32]。因此，Mirota等^[33]提出一种直接对应术中解剖关系的配准方法，即通过数字内镜相机获取视频图像特征点，并将其3D重建，与依据术前CT重建的解剖数据点对应注册，通过此方法可获取亚毫米级 (平均0.7 mm) 的导航精度，可以进一步提高导航手术的准确性和可靠性。

2003年Klapan教授在第十届国际鼻科学大会上介绍了三维计算机辅助功能性鼻内镜手术，即利用手术室建立宽带计算机网络将工作站与视频连接。手术前在工作站用CT影像建立三维模型，并用三维模型进行虚拟内镜模拟手术，设计理想手术方式，模拟手术操作，术者借此预览所有重要解剖结构和病变特征，便于术中参考^[34]。而Dixon等^[35]结合术中锥形束CT技术开发了实时3D图像增强、仿真导航系统，已成功应用在颅底尸头解剖训练教学中，帮助初学手术医生增加自信心和操作准确度。

另外，导航设备正在向小型化、微型化方向发展。微型化颅针式参考架有望替代目前使用的普通参考头架设计，使影像导航技术可以在开颅及眼眶手术中更好地应用。新型膝上计算机-影像导航系统的研发，可以使导航设备摆脱沉重不便的使用方式，有望成为鼻窦-颅底外科医生能够个人携带、可在不同场所灵活使用的医疗工具^[36]。