经鼻内镜颅底手术解剖数据实时采集的初步研究

经鼻内镜颅底手术解剖数据实时采集的初步研究

1 周华磊 2 李建兴 3 聂智樱 4 张伟强

深圳市龙华区中心医院，耳鼻喉科 518110

【摘要】目的：对于经鼻内镜以翼管为标记颅底手术解剖数据中，利用双目视觉导航仪（Micron Tracker）实时采集可行性进行分析和探讨，将解剖的科学依据提供给经鼻内镜颅底手术。鼻内镜下以翼管为标记对中线颅底及旁中线颅底区域进行解剖，探讨经鼻入路。方法：将双目视觉导航仪（Micron Tracker）作为基础，对经鼻内镜以翼管为标记颅底手术解剖数据的实时采集系统进行成功地研制，选取干颅骨20具作为研究对象，男性8具，女性12具，将干颅骨有关平面和解剖结构间的距离和角度进行测量，并且进行统计学处理。结果：其一，经鼻内镜以翼管为标记颅底手术解剖数据的实时采集系统运行比较稳定，无论对于探针的方向角和俯仰角，还是针尖涉及的任意2点距离，都能够实时地读取；其二，对主要解剖标志测得的数据情况：鼻底平面与额骨平面的夹角，男性为（78.7±5.9）^o，女性为（82.1±4.6）^o；法兰克福平面与额骨平面的夹角，男性为（77.8±4.8）^o，女性为（80.7±4.6）^o；蝶窦开口至同侧鼻棘侧缘的俯仰角，男性为（40.6±9.2）^o，女性为（46.4±6.9）^o，方向角，男性为（2.2±1.9）^o，女性为（3.7±2.7）^o，距离，男性为（56.3±3.2）毫米，女性为（53.5±3.1）毫米；破裂孔的前缘至同侧鼻棘的侧缘的俯仰角，男性为（61.4±7.7）^o，女性为（65.7±7.2）^o，方向角，男性为（7.1±2.7）^o，女性为（7.2±1.9）^o，距离，男性为（68.8±4.2）毫米，女性为（66.4±3.8）毫米。结果：其一，根据双目视觉导航仪（Micron Tracker），鼻内镜以翼管为标记手术实时采集解剖数据系统，对于快速空间定位和记录解误时标志能够有效地实现；其二，正中矢状面和额骨平面以及颅底和鼻腔结空间的关系恒定，对于定位前颅底和鼻腔解剖标志空间，可以作为基准平面^[1]。

【关键词】经鼻内镜；颅底；解剖学；视觉导航

从当前来看，经鼻内镜以翼管为标记颅底手术在颅底外科领域中，是一个热点，在手术拓展和研究内镜解剖学方面，都属于外科领域比较活跃的分支领域。通过20年的完善和发展，经鼻内镜颅底手术技术，对于鼻窦外科概念已经完全超出了，对垂体和眶等比较复杂病变的处理上，也取得了很好的效果，并且也进行了深入地扩展^[2]。但是，因为系统研究解剖学应用欠缺，很大程度地限制了颅底等相关复杂区域的普及和发展。有效运用双目视觉导航仪（Micron Tracker），能够将经鼻内镜颅底手术解剖实时采集数据的系统进行设计，并且测量干颅骨部分的主要结构，该系统已被证实既应用方便又准确快捷，以下为具体的报告。

一、材料和方法

（一）一般材料

鼻内镜的系统：70^o内镜和0^o内镜，双目视觉导航仪（Micron Tracker），笔记本电脑，头颅固定器。

选取成人干颅骨20具，男性8具，女性12具，明显畸形没有发现。

方法

设计经鼻内镜颅底手术实时采集数据系统

结合需要，将探针模板和基准定位模板设计。探针模板的直径为1.9毫米，

坐标原点到探针针尖的距离为214.58毫米；基准定位模板的下方将定位柱突出，在模板的正中位置，横截面为10毫米×10毫米，高度为10毫米，可以利用该定位柱和标本额骨平面固定^[3]。

应用双目视觉导航仪（Micron Tracker），属于边缘检测技术。该导航仪通过将标识模板黑白交界边缘提取到边缘交点，将交点坐标值Xpoint值获取。2个Xpoint点能够将一个坐标轴构建起来，如果Xpoint点有3个，就能够将一个坐标系构建起来。将长轴作为x轴，单个交点向2个交点指向的方向作为正方向，现模板垂直向下作为z轴的正方向，再根据右手定则将y方向确定。并将长轴中心作为原点，再将各个向量进行单位化，如此这样，一个模板坐标系就构建起来。

实验系统根据系统结构将三个坐标系统构建起来：Micron Tracker坐标系和基准定位模板坐标系Vhf以及探针模板标系Vhf。实验主要是通过不同坐标间映射的关系，将跟踪模板探针的位置和姿态有效地实现。先将坐标系Vhf与Vm之间转换的关系构建，运用Vhf坐标系同一平面上的4个点，在Vm与Vhf的两个坐标系统中对应的坐标，将转换矩阵和转换关系获取，Vhf向Vm进行映射，可以按照刚体的变换进行计算，致使Vm标系任意的一个点，都能够将Vhf坐标系统中的点表示。同样的道理，也可以将Vm坐标系和Vhf坐标系构建，有效运用Vif-Vm与Vhf-Vm转换的关系，将Vif至Vhf转换的矩阵获取，如此这样，相对于基准定位模板，探针的各种相对的角度姿态和位置就能够获得

^[4]。

在头颅上固定基准定位模板，就能够将探针对于头颅各个解剖部位的姿态和位置获得，并且将相关数值在电脑显示器上显示^[4]。

为了使其准确性得以有效地保证，该实验进行了30次的测量，再采取加权平均的方法鼻内镜下以翼管为标记对中线颅底及旁中线颅底区域进行解剖，探讨经鼻入路。

采集干尸头的解剖数据

判断干颅骨的年龄和性别。

其一，额骨平面。两侧眉弓最高点的连线为线a，经过线a，并且将相切于

额骨曲面的平面作为额骨平面，该平面与探针夹角就是俯仰角^[6]。

其二，矢状面。在两侧眉弓中点和鼻棘中点以及鼻骨中线划线b，经过线b，

并且与枕结节的中点平面作为矢状面，该平面与探针夹角就是方向角。

其三，安装基准定位模板和固定标本。用双面胶在额骨平面上将基准定位模板固定，将线a与柱截面下缘重合定位。在颅骨固定器上固定基准定位模板颅骨，将摩立逊定颅器进行参考，对采用法兰克福平面方法进行确定，调整好姿势，致使探针模板和基准定位模板都能够在双目视觉导航仪（Micron Tracker）的视野范围以内^[7]。探针将枕骨大孔和切牙缝中点通过，或者平行于腭中缝，对基准定位模板进行调整，致使其XZ轴面与探针的角度为0^o，便认为额骨平面与基准定位模板XY是平行的，矢状面可以由基准定位模板XZ代表。探针与XZ的夹角和基准定位XY面以及探针针尖的移动距离，在笔记本的显示窗口都能够读出。

探针在内镜下紧贴鼻底，对鼻底的平面俯仰角进行测量；利用头颅固定器将颅骨固定在法兰克福平面上，放置的探针模板与法兰克福平面平行，能够将法兰克福平面与额骨平面的夹角读出；自同侧鼻底前缘或者侧鼻棘侧缘中点将探针插入，探针的针尖抵达到想要测量的部位，对探针位置的方向角和俯仰角进行记录，将探针模板坐标位置（Z₁、Y₁、X₁）进行采集，探针后退至针尖抵达插入点，再次将探针模板坐标的位置（Z₂、Y₂、X₂）采集，能够将针尖所触两点直线的距离算出来。

统计学处理

采用SPSS11.5软件，输入测得数值进行统计分析，用 ±s表示数值变量，用t检验比较两组之间。

结果

鼻底平面与额骨平面的夹角，男性为（78.7±5.9）^o、（87.3~68.5）^o女性为（82.1±4.6）^o、（86.8±66.3）^o；法兰克福平面与额骨平面的夹角，男性为（77.8±4.8）^o、（88.7~71.3）^o，女性为（80.7±4.6）^o、（89.3~70.9）^o，男性和女性之间均差异有统计学意义（P＜0.01）。从梨状孔方便部位探针到达需要测量解剖的标志，也就是从同侧鼻棘侧缘至下鼻甲后端附着点蝶窦开口、破裂孔前缘、枕骨大孔前缘以及翼突内板下缘，从同侧鼻底前缘的中至咽结节以及后鼻孔的上缘，将其的俯仰角和方向角以及距离进行记录，男性和女性在各结构俯仰角及距离之间，都差异有统计学意义（P＜0.01或者P＜0.05）

讨论

随着医学事业的发展，经鼻内镜以翼管为标解剖手术也扩展为斜坡和鞍上以及鞍旁等相关区域病变外科治疗，国内外许多学者都认为对于鼻内镜颅底外科发展阻碍的主要因素，就是研究解剖学详细应用欠缺^[8]。学者们在经鼻内镜颅底解剖学上，将多个解剖部位进行了分析和研究，将颞下窝、翼腭窝、海绵窦、斜坡、岩尖以及鞍旁等经鼻内镜解剖结构都进行了观察，因为方便测量工具欠缺，基本都是采用剖开尸头，将两脚规和软尺以及游标卡尺等为量具方法。这些分析和研究都是限于对解剖局部结构间的距离关系，参照标志与解剖结构之间的三维位置关系却难以形象地构建起来，本装置借助探测和对探针模板空间姿势的计算，能够将探针触及所有空间定位进行测量，无论是剖开标本才能够测量的缺点，还是标本剖开锯耗带来的误差都能够避免；此装置操作很简单，探针只要能够到达测量位置，便能够从显示器上将定位数据读出，所以，在经鼻内镜手术中，可以应用该系统，将患者解剖标志定位数据进行实时记录。鼻内镜下以翼管为标记对中线颅底及旁中线颅底区域进行解剖，探讨经鼻入路

双目视觉导航仪（Micron Tracker），属于第一个第3代跟踪视觉的产品，其如同人类的眼睛一样，能够通过可见光，将物体立体地进行观察，可以利用打印模板作为被跟踪物体；利用标准数据线作为摄像机；在计算机里，软件对摄像机图像进行处理，将图像里的靶模板精确地进行探测。双目视觉导航仪（Micron Tracker）的靶模板具有高对比度区域，模板设计者可以根据特定规则进行处理和几何定义。跟踪的精度能够达到0.25毫米，在环境导致精度下降少数的情况下，内部检测功能发出警报。北京航空航天大学的机器人研究所，有效运用双目视觉导航仪（Micron Tracker），将该种新型视觉手术导航系统开发，最优化地设计目标模板和摄像机，灵活性非常强，能够将特殊应用要求有效地满足，在探针模板表面上，只要将一个棋方格标记模板贴上，空间矩阵转换的计算就能够通过，将视野范围探针模板坐标系统的姿态和位置实时地获取

^[9]。

法兰克福平面，是测量人体颅骨的经典基准平面，定义就是左侧眶下缘点与

两侧外耳门上缘点的平面，与影像学定义的听眶线平面一致，听眶线与听眦线的夹角为12^o，该实验获取数据显示，法兰克福平面与额骨平面的夹角，男性为（77.8±4.8）^o，女性为（80.7±4.6）^o；便可推算出听眦线与额骨平面基本垂直，男性为（89.9±4.5）^o，女性为（93.6±4.8）^o，通常听眦线为CT平扫横断位的平面，便可以认为额骨平面与冠状位平面接近。基准模板的设计，将这一平面准确地反映出来。男性眉弓与女性相比，发育比育比较粗壮，额骨向后倾斜，因此，男性额骨平面与法兰克福平夹角比女性小，具有性别上的差异。

有效运用双目视觉导航仪（Micron Tracker），能够同时将距离和角度进行测量的工具研制了，并且测量干尸头进行了验证，这种方法的可行性被证实了。

参考文献：

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[4]周凯. 经鼻蝶内镜下斜坡及脑干腹侧区的应用解割学研究及临床研究[D].新疆医科大学,2016.

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[6]邢云飞.经鼻内镜治疗颅底肿瘤的回顾性分析[J].中国实用神经疾病杂志,2015,18(18):140-141.

[7]甄宏韬,龙小博.经鼻内镜颅底外科培训体系探讨[J].临床耳鼻咽喉头颈外科杂志,2015,29(16):1420-1423.

[8]杨刚. 内镜下扩大经鼻入路治疗颅底病变[D].新疆医科大学,2013.

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