複合手術室

複合手術室是一個配備了先進的醫療成像設備的潔凈手術室：如固定C型臂CT掃描儀或MRI掃描儀。這些成像設備使介入微創手術成為可能。微創是指外科醫生並不需要動刀將病人完全打開才能接觸到他希望進行手術的身體部分，而是可以透過介入導管或內鏡技術。雖然移動式C臂，超聲內鏡，內鏡檢查的成像技術已經成為手術室的標準組成部分。但介入導管手術需要的成像技術，可以直觀身體的細微部位，例如特別細小的心臟血管，並能通過 3D成像技術讓手術更易行。

複合手術室目前主要用於在心臟，血管和神經手術，但也適用於其他一些外科學科。

1.1心血管手術

對病變的心臟瓣膜的修復和心律失常和主動脈瘤的手術治療可以受益於複合手術室的成像能力。心臟複合（雜交）手術是針對這些疾病的普遍治療方式。

並且，腹主動脈瘤的腔內治療技術的發展，推動了血管造影系統在血管手術環境中的應用。特別是對於複雜的血管腔內移植物，複合手術室應成為基本條件。同時，它也很適用於急診手術治療。有些外科醫生不止認可外科手術進行時的血管腔內移植物，他們同時也使用血管造影系統和應用程序為手術做計劃與引導。由於患者在術前CT和術中透視的解剖位置改變，以及嵌入的堅硬材料而導致的改變，對術中更精準的規劃設計提出了相應要求，如果外科醫生在手術進行時運用旋轉血管造影術，能對主動脈採用自動分割，對腎動脈和其他位置進行3D標記，然後覆蓋二維透視疊加，並且能隨著C型臂角度/位置或手術床的變化而進行更新。

1.2神經外科

在神經外科，複合手術室的應用例如脊柱融合和顱內動脈瘤放置彈簧圈。這兩種手術，都被認為可改善患者預后。對於脊柱椎體融合手術，大型C臂與導航系統的整合，可進一步改善工作流程。

1.3胸外科和支氣管鏡手術

用來診斷和治療肺部微小腫瘤的手術規範最近也被應用於複合手術室，介入圖像引導定位為準確了解腫瘤位置提供了方便，特別是對於微小結節或肺毛玻璃樣變腫瘤，轉移，和或者肺功能降低的患者。這使得活檢過程中實現了精確導航以及在電視輔助胸腔鏡手術中運用切除術。更重要的是，電視輔助胸腔鏡手術中使用介入圖像技術可以避免觸覺感測的損失。這種新的技術同時也傳達了解決肺部健康的潛在可能，通過對於腫瘤確切位置的定位，提高了患者術后的生活質量。

進行診斷和治療的方法，一般包括3個步驟：

1 檢測結節CT或胸部X光射線

2 活檢結節以用來評估惡性腫瘤

3如果有必要，治療結節也可以通過手術/放療/化療術（治療方法），或通過化療栓塞/切除術（姑息手術）。

複合手術室支持這個工作流程的步驟2和3（如果進行手術）

活檢

胸部CT檢測出的肺部小結節需要檢查確定是否為惡性腫瘤，因此，在穿刺過程中，一小塊樣本組織將被採集。穿刺針管可通過支氣管或胸壁穿刺，直到結節的位置。為了確保被捕獲的樣本組織來自結節，而不是意外地採取自健康的肺部組織，成像方式，如移動式C型臂，超聲，或氣管鏡將被使用。小於3厘米的腫瘤小結節活檢率，據報道在33-50%之間。

如想進一步提高檢出率，先進的C型臂血管造影介入成像已被證明是有效的。術中成像的優點是病人無論在2D/3D圖像和實際的活檢都可在完全相同的位置曝光。因此一般精度遠高於使用手術前的數據。在手術過程中，可用利用血管造影系統將支氣管的3D圖像呈現出來。空氣從而作為“自然”的造影劑，結節可以清楚地被觀察到。在這個3D圖像上，使用專用軟體，與計劃路徑為穿刺活檢（支氣管內或經胸腔的）一併，標記結節位置。這些圖像可實時疊加。這改良了肺小結節的引導。在最新的報道中1-2厘米結節的檢出率在90%，大於2厘米的結節的檢出率在100%。

外科電視胸腔鏡手術（VATS）是用一種可避免開胸的微創技術切除肺結節的微創手術。利用胸腔鏡喬卡，將光源，攝像頭，和手術器械進入胸腔進行肺結節等組織切除。雖然這種類型的微創手術可提高患者的恢復速度和並減少潛在的併發症，但視野和觸感確實使得醫生很定位肺小結節，特別是在非表層腫瘤，毛玻璃樣變，和微小病變的情況下難度更大。研究顯示小於1厘米的結節，其檢出率低於40%。因此有時健康的組織比實際需要切除的組織要多，以避免腫瘤殘餘。在手術室採用先進的手術成像有助於精確定位和切除病灶，避免潛在的組織損傷，加快手術流程。在放置喬卡之前也就是在肺葉可能發生塌陷之前，旋轉採集造影可以更好的為VATS提供影像學引導。這樣損傷就能在不用造影劑的情況下看到了。然後，勾型針，，或造影劑（碘油，碘帕醇）被引導至病變處，或臨近病變，以確保肺萎陷后血管造影的可視性。然後開始常規胸腔鏡的步驟。此時使用的成像系統，在透視模式下，可以清楚地看到腔鏡器械和先前標記的病變。使得精準的切除成為可能。造影劑可以被用來標記病變，同樣也可以標記處附近區域淋巴結，並且使用同樣的方式去切除淋巴結。

透視和數據採集

X線透視是以連續發射的X射線，以觀測身體內的導管或其它裝置實時圖像。為了精細描繪解剖結構和植入物，必須擁有出色的圖像質量。特別在運動的心臟介入治療成像時，需要高幀速率（30幀/秒，50赫茲）和高功率輸出（至少80千伏）。心臟應用所需的圖像質量只能依賴達到高功率固定的血管造影系統，而移動式C臂難以勝任。

血管造影系統可提供採集模式，可以自動存儲系統上採集到的圖像並可上傳存檔。普通的透視主要用於指引導管導絲以及重新定位，數據採集主要應用於診斷或報告的目的。當注入對比劑時，此時採集的數據在存儲后，可以在無需重新注入造影劑而被反覆重放。為了達到實現足夠的圖像質量診斷和報告，血管造影系統使用10倍劑量比普通X射線透視。因此，採集只是在必要時才使用。影像採集時任何先進的成像技術的基礎：如DSA數字減影和旋轉採集。

旋轉造影

旋轉血管造影是一種採用固定C型臂術中採集類CT和3D影像的技術。要做到這一點，在C型臂圍繞患者旋轉，取得一系列的數據並用來進行3D重建。

數字減影血管造影

數字減影血管造影（DSA）是一個二維的可視（卡曾，1995）人體血管成像技術。它是應用計算機程序進行兩次成像完成的。在注入造影劑之前，首先進行第一次成像，並用計算機將圖像轉換成數字信號儲存起來。注入造影劑后，再次成像並轉換成數字信號。兩次數字相減，消除相同的信號，得知一個只有造影劑的血管圖像。這種圖像較以往所用的常規腦血管造影所顯示的圖像，更清晰和直觀，一些精細的血管結構亦能顯示出來。由於採集的第一和第二圖像之間有一個時間差，運動校正演演算法是必要的，以消除運動偽影。DSA中一種高級應用是路圖。從所獲取的DSA序列中，血管結構的最大充盈圖像被識別、標記，成為路圖蒙片。實時圖像對路圖蒙片圖像做連續的減影處理，生成實時減影透視圖像，疊加到靜態血管結構上。臨床上的優勢是在不影響其他組織結構的前提下，能觀察到更細小和複雜的血管結構，有利於放置導管和導絲。

2D/3D配准圖像融合和2D/3D疊加現代血管造影系統不僅僅用於成像，而且藉助術前術中採集的3D信息幫助引導外科醫生進行介入引導。這些引導都是基於患者於3D信息的配准，並最終通過特殊的專有軟體運算完成。

工作站和血管造影系統之間的信息傳輸

工作站與血管造影系統之間的信息交互3D圖像是通過固定C臂在患者周圍的旋轉採集后運算得來。容積重建是在單獨的工作站上完成的。 C型臂和工作站保持著持續的信息交換。例如，當用戶使用工作站臂從某個角度觀察解剖位置，此時觀察的參數可以傳遞給血管造影系統，並可讓在C型臂在完全相同的同一角度進行實時透視。以同樣的方式，如果在C型臂的角度發生變化，這些參數可以是發送到工作站，並更新其3維立體圖像的視野和角度。這種後台程序也可以由其他的DICOM圖像，如CT或磁共振圖像數據來完成。

二維透視基礎上的3D疊加信息

將3D圖像本身可以以彩色編碼重疊在上方的透視圖像。任何C臂的角度變化都會讓工作站重新計算實時的3D圖像並將其實時匹配2D透視圖像。醫生無需注射對比劑便可以觀察導絲導管等在3D血管輪廓疊加的透視影像

將工作站的信息添加到透視圖像的另一種可供選擇的方法是疊加，可以在疊加三維圖像的透視圖像上對感興趣結構的部分進行手動或自動分割，勾畫標記輪廓。這為透視圖像提供了額外的信息。有些應用軟體可以自動標記，也可以讓醫生和技師手動添加標記點。舉個病例：了給一個腹主動脈瘤放置一個開窗的覆膜支架，在3D圖像上標記腎動脈開口，然後將標記的3D圖像疊加在實時透視圖像上。在3D標記完成後，它會與實時透視圖像自動匹配，讓醫生可以在實時透視圖像始終觀察到標記好的腎動脈開口，從而讓開窗支架準確定位。

經導管的主動脈瓣植入術（TAVI）

經導管主動脈瓣植入需要精確定位主動脈根部來防止併發症的發生。良好的透視視圖 是必不可少的，由此，在確切的垂直於主動脈根部角度被認為是最佳的植入。最近，應用程序已經發布，支持外科醫生在選擇這個最佳的透視角度，甚至可以引導在C型臂自動投照引導瓣膜垂直至主動脈根部。有些方法是根據在手術前的CT圖像，其中用於分割的主動脈，並計算瓣膜植入的最佳角度。CT圖像必須與C-臂CT或透視圖像配准，並傳輸給血管造影系統。在配准過程中的錯誤，可能會導致在C型臂從最佳角度變化，必須手動修改。此外，術前CT圖像和手術時的解剖變異沒有說明。患者在做CT檢查時採取的是舉手位，但手術時雙手在其身體兩側，因此會導致偏差。基於這樣一個進展，外科醫生不依賴於手術前由放射科採集CT圖像，這樣就簡化了手術室的工作流程，並減少過程中的錯誤。

手術室里的功能成像

時下C型臂技術的改進，使得在手術室中的灌注成像成為可能。要做到這一點，旋轉血管造影（3D-DSA）要與高壓注射以及一個特殊的重建演演算法結合在一起。帶時間窗的血流可直接被觀察到。這對於治療缺血性中風患者非常有用。

滑軌CT可以在手術室移進和移出，以支持複雜的外科手術，比如通過成像獲得影像信息的腦，脊柱和創傷手術。在美國馬里蘭州約翰·霍普金斯灣景醫學中心並介紹了他們術中CT的使用對患者的治療效果有正面的影響，提高安全性，減少感染和降低併發症的風險。

磁共振成像適用於神經外科：

1.術前的精確規劃。

2.術中幫助醫生判斷並解釋腦組織的位移。

3.術后評估結果

MRI系統一般需要一個很大的空間，無論是在房間和病人的周圍。在常規MRI室進行手術是不可能的。在術中如何使用MR有兩種方法，一種是當需要成像時，一個可移動的磁共振掃描儀被移動到手術區域，另一種是在手術過程中把病人運送到臨近有磁共振掃描儀的房間。

不僅複合手術室的使用率是一個“複合”的，它在醫院系統的角色也是複合的。由於它有影像系統，放射科因對操作、技術、維護、和連接有專業知識，所以放射科對手術室房間負主要責任。從患者工作流程來看，這個房間要能被外科部門所使用，而且應該被安裝在其他手術設施的旁邊，以確保患者適當治療和快速轉運。

對於標準的醫院房間大小安裝複合手術室是一大挑戰，因為不僅成像系統需要一 些額外的空間，而且一個正規的手術有更多的人在房間里。一個8至20人的工作團隊，其中包括麻醉醫生，外科醫生，護士，放射技師，體外循環師，從設備公司來的支持人員等能在這樣一個手術室工作。根據所選擇的成像系統，建議房間面積為70平方米，包括一間控制室，但不包括設備間和準備區。房間所必須的額外準備工作是2-3mm的鉛防護，安裝影像系統額外增加在地板上或天花板上的重量（約650-1800千克）。

規劃複合手術室需要考慮各部門以及相關使用者。為了確保手術室的工作流程順利，需要了解在房間里每個使用者的要求，因為這些會影響各種設計諸如空間，影像設備布局等。，這就需要一支專業的項目管理團隊，來進行項目管理和各種設備供應商與影像設備之間問題的協調。結果要以建立跨學科的團隊和醫院的個性化需求和喜好來量身定製最終解決方案。

燈光，監視器和吊塔

在一般情況下，兩個不同的光源需要在手術室：用於手術的無影燈和可支持介入的環境照明。應特別注意的是可提供昏暗的燈光，因為經常需要在X線透視或內鏡檢查。對於手術燈，最重要的是完整的覆蓋整個手術室操作台。更重要的是，不得干預頭的高度以及與其他設備路徑相碰撞。最常見的手術燈的安裝位置是手術台正上方。如果選擇不同的位置，手術燈要可以在手術床的外圍區域旋轉。因為每個手術燈前端的中心軸是必要的，這可能會導致至少兩個中心軸和安裝點，以確保手術區域有足夠的照明。血管造影系統的移動範圍決定了手術燈的位置。中央軸必須在移動路徑和旋轉範圍之外。設備決定了房間高度，這個要求必然 要面對，這非常重要。在這種情況下，頭部凈空高度可能是一個問題。這使得手術燈在規劃和設計過程中是一個關鍵的項目。在手術燈規劃過程中的其他方面包括避免燈光的刺眼和反射。現代手術燈會有額外的功能，如照相和攝像功能。為了傷口區域的照明，雙臂手術光系統是必需的。有時甚至需要第三個手術燈，如在同時進行一項以上的外科手術操作的情況下，例如大腿的靜脈剝離。綜上所述，手術燈系統規劃的主要關鍵點包括：

無影燈的底座應安裝在手術床上方的中心位置（懸吊的血管造影系統除外）。

通常有三個無影燈頭去滿足複雜的手術

自由懸掛運動，穩定的無影燈底座

模塊化設計提供了擴展可能，例如視頻顯示器和/或照相機。

最常見的影像形式，是安裝在複合手術室中的一個大C型臂。專家一致認為在複合手術室移動式C臂的性能是不足的，因為球管有限的功率影響了成像質量，影像增強器的視野小於平板探測器系統的，以及移動式C臂的冷卻系統可能在數小時后就導致過熱，這對於漫長的外科手術過程或一系列複雜的手術而言時間太短了。而這樣一間配備移動式C臂手術室的投資也是很高的。固定C型臂沒有那些局限性，但房間里需要更多的空間。這些系統可被安裝在地板上，或在天花板上，如果選擇雙板系統可兩者兼而有之。如果是兒科心臟病專家，電生理學家或神經介入專家主要使用這個房間，會選擇後者。如果不是這些臨床學科明確要求，安裝雙板系統一般不推薦，因為安裝在天花板上的部件可能引起潔凈度問題：實際上，大部分醫院不會允許操作部件在手術區域的正上方，因為灰塵可能落入傷口而引起感染。因為任何懸吊系統都包括了手術區域上方的可移動部件，會削弱層流，這樣的系統對於肯定不是執行最高潔凈度標準的醫院最佳選擇。（見僅德文兩種）

在決定懸吊系統和落地系統時，還有更多的因素要考慮。懸吊系統需要大量的頂部空間，因此，減少了手術燈或吊臂安裝的位置。儘管如此，許多醫院選擇懸吊系統具有更大的靈活性，能覆蓋全身，最重要的 是不移動手術床。在手術期間移動手術床有時是困難和危險的工作，因為連著喝多的導線及導管也必須被移動。然而，在手術過程中從停機位到工作位的移動，用落地式系統更容易，因為C型臂只是從側面轉動，並且不會幹擾麻醉師。相比之下，懸吊系統在手術過程中能幾乎不用移動在頭端的停機位，也就不會碰撞麻醉設備。在一個像手術室一樣擁擠的環境里，雙板系統增加了其複雜性並干擾麻醉，除了神經外科，神經外科的麻醉不是在頭端端。因此，主要用於心臟手術的房間無疑推薦單板系統。

手術床的選擇取決於這個系統的主要用途。帶有浮動床面的可傾斜，可配托架的介入手術床和能與造影系統整合的多關節手術床競爭。正確的手術床的選擇要考慮介入和外科手術需求之間的折衷。外科手術和介入的需求有時可能很難同時滿足。外科醫生，尤其是骨科，一般和神經外科醫生通常會期望一個定位分段的床面靈活的為患者定位。對於成像的目的，可透射線的桌面，並能讓全身覆蓋，是必需的。因此，使用了整張的碳纖維的床面。在血管造影術期間為允許快速和精確的運動，介入醫生需要一個浮動的床面。心臟和血管外科醫生，在一般情況下，對於複雜的定位的需求較少，但根據他們在血管造影術的介入經驗可用於全自動化運動床和床面。可將患者放置在整張的床面上，並有輔助定位功能。真正的浮動床面不能匹配傳統的手術床，作為一種折衷，為外科使用的浮動面板推薦可四向傾斜。

為了進一步滿足典型手術的需要，能裝配其他手術設備的側軌，如牽引器或肢體托也應用於手術床。房間中床的位置也影響手術流程。在手術室，也應考慮對角線的位置，以獲得房間的空間和靈活性，同樣，也可以從各個方向接近病人。另外，常規手術床也可以成像系統結合，如果供應商提供了一個相應系統。然後，手術間既可以使用支持3D成像的整張的半透射線的床面，也可以用普通的有斷面的可提供強大的病人定位的床，但不支持3D成像。後者特別適合於神經或整形外科手術，最近這些完整的解決方案也越來越商業化。如果被設計成混合的共享的手術間和開放常規程序的，這些有時是首選的。他們提供了更大的工作流程的靈活性，因為桌面是可停駐的，可輕鬆變換的，但需要一些與介入成像間的折衷方案。總之，要考慮的重要的方面是在房間的位置，透射線性（碳纖維床面），兼容性，手術床和成像設備的整合。其他方面包括床的負載，床可調高度和水平移動（浮動），包括縱向和橫向的傾斜。有一些適當的有用的輔助程序也是很重要的：如可裝配特殊外科設備的導軌（如牽引器，相機支架）。能自由浮動的，有傾斜和支架功能的血管造影床最適合於心血管複合手術室。

X射線輻射是電離輻射，因此曝光可能是有害的。與被經典的用於外科手術的移動式C臂相比，，CT掃描儀和固定的C臂的能量影響更大，不當使用導致更高劑量的輻射。為此，監測複合手術室里病人和醫務人員的輻射劑量，這是非常重要的。

在手術室有幾個簡單的措施來保護人員免受散開輻射，從而降低他們受的劑量。意識是一個關鍵的問題，否則可用的保護工具可能被忽視。這些工具中有為軀幹形成防護罩的防護衣，圍繞頸部保護甲狀腺區域的防護盾以及鉛防護眼鏡。可以在床邊安裝額外的鉛裙，保護下體部位。懷孕的工作人員應適用更嚴格的規則。

當然，對工作人員和病人都保護的一個非常有效的措施是運用更少的輻射。總有一個輻射劑量和圖像質量之間的權衡。更高的X射線劑量會導致一個更清晰的畫面。現代軟體技術通過後處理過程可以提高圖像質量，這樣，用較低的劑量就可以達到相同的圖像質量。圖像質量可以通過對比度，信噪比，解析度和偽影等幾個指標來評判。總之，應遵循ALARA原則（合理抑低）。劑量應儘可能低，但權衡圖像質量對檢查診斷的保證及劑量對病人的潛在危害時仍應首先保證圖像質量。

通過X射線設備技術改進減少劑量，操作者根據臨床實際選用低劑量曝光這兩個措施減少劑量。其中前者是射線硬化，後者是幀率設置，脈衝透視和准直器設定。

射線硬化：X射線包含硬射線和軟射線，即能量大的能量小的粒子。不必要的輻射主要是由軟射線造成的，因為他們不易穿透身體，並易產生散射。與此相反，高能量的射線易通過病人。因此在球管前安裝濾過器，可以硬化射線，在不影響圖像質量的情況下降低了射線劑量。

幀率：高速採集幀率（既每秒採集的圖像數量）可避免偽影影響，以更好的觀察動態圖像。然而，幀率越高，輻射劑量越高。因此，應根據臨床需要選擇幀率，並儘可能選擇合理的最低幀速率。例如在小兒心臟介入需要每秒60個脈衝的幀率，而運動特別緩慢的物體只需要每2秒一個脈衝。脈率降低一半，劑量也減少一半左右。幀率由30 P / S降低到 7.5 P / S的結果是輻射劑量降低了75%。

使用脈衝透視時只能按照預先指定的時間間隔曝光，因此，低劑量可以獲得相同的圖像序列。兩次曝光，顯示器顯示最後一次透視圖像。

射線准直器是降低劑量的另一種工具。從探測器的角度來講，只有一小部分用於介入診療。通過准直器可以濾過X線球管的多餘射線，因此探測器只接受了穿過做檢查的組織結構的射線劑量。如今的大C臂能夠在非透視條件下通過採集的圖像做診療。