现在外科医生正利用由计算机产生的三维图像来帮助他们完成精细而困难的脑外科手术。

每个星期世界各地的成百上千个医院都在重复着同一个手术：神经外科医生正在切除病人脑部深处核桃大小的肿瘤。手术前，外科医生用最新的核磁共振成像技术（MRI）对病人的头部进行检查，它把病人头部“切”成一系列面包片状，每一片3 ~ 5毫米厚，每张图像就是这一薄片的成像。第一张薄片仅显示头皮和头骨，随着相继出现的图像，病人的脑结构出现了。MRI是通过质子密度来区别组织类型的，在MRI图像上，骨头、灰质、白质、脑脊液、血管及肿瘤本身将呈现不同的灰色层次。有几片“切”到肿瘤，恶性组织将显示明亮的白色，这很容易同它周围的较暗的正常组织以及连结它的动脉和静脉区别开来，因动脉和静脉在图像上分别表现为条纹和黑点状。

根据这些信息，摆在外科医生面前的却是一个很大的难题：他们必须根据这些二维的黑白图像，在他们自己的脑中建立一个肿瘤、肿瘤周围的健康脑组织以及血管的三维图。再根据这一想象图，外科医生为尽可能少地破坏健康组织，不切断任何血管，最终全部切除肿瘤细胞而制定手术方案。

当外科医生开始进行手术时，这一任务将变得更为艰巨，因为他们不能像胸外科那样，作一个长长的切口，拉开肋骨能轻松地接近心脏，他们只能在头颅上钻一个小孔，小心翼翼地撇开周围的脑组织，以接近肿瘤部位。外科医生用肉眼辨别肿瘤边缘的正常组织与肿瘤是困难的。在美国的巴尔的摩约翰 · 霍普金斯医学研究所，神经辐射专家泽恩内切（Zinreich）说：“在这种情况下，外科医生有两种选择：要么通过切除大量的健康脑组织以确保把所有肿瘤切除干净；要么姑息性切除，但这要冒留下一部分肿瘤组织的风险。由于健康组织是病人脑组织的一部分，因此，外科医生总选择后者。”

泽恩内切同一些辐射专家、外科和计算机专家一起一直试图改变这一局面。他们利用MRI技术和计算机X射线断层摄影术（简称CT，它通过放射性核素的分布来区别组织类型）所获得的二维信息，通过绘图工作中心来绘出一个三维图像，这里所用的绘图仪器与工程师和设计师们用的类似。

对外科医生来说，这一技术使他们能反复周密地设计手术方案。对病人来说，可缩短手术时间，减少脑正常组织的损伤。在几年之内，甚至可用一根针来施行手术。通过这根针来对大脑肿瘤组织施行破坏，而对正常组织几乎无损坏，病人也几乎无需恢复时间。

对更复杂的病例，如大脑肿瘤，计算机允许外科医生转动病人头部在屏幕上的图像，以从各个角度检查肿瘤的生长情况。科医生一层一层地剥去组织，他们剥开表皮，在几秒钟之内粉红色的肉体也被剥开，呈现出赤裸的白色头颅。当他们切开头骨，大脑皮层——即脑回和沟的灰质就暴露出来了，这时也能旋转图像，最终找到到达肿瘤的最近的路径。为了到达肿瘤部位，医生也得去除一些脑组织。利用屏幕图像，通过骨头、大脑和血管组织，医生最终可看到肿瘤组织。

阿托贝利（Altobelli）是波士顿儿童医院的脑外科医生，他利用这一技术来模拟手术。他最近收治了一个患有Pfeiffer's综合症的14岁女孩。她的脸部的主骨先天性歪扭，女孩的两眼相距较远而突出。这样本来应包住眼球的眼窝骨不能起到保护作用。她的下颚较上颚突出，因此很难看，并且吃东西也困难。

阿托贝利说：“我们必须移动她的前额使眼窝朝前，并使两眼靠得近些。同时，把她的上颚向前移动，而下颚往后移，使它们相互啮合”。手术是复杂的，每一步都取决于前一步的结果。在过去，病人不得不经受2 ~ 3次手术，相隔都要数星期或数月。

而这次，阿托贝利同辐射专家卓拉斯（Jolesz）和凯琼尼斯（Kikinis）一起先在屏幕上反复模拟、演练手术。阿托贝利“剥开”女孩脸部的皮肤，皮肤下的骨头暴露出来了。他从她的眼窝处“切”下骨头，把病人的眼睛“移”近。他把颚“复位”，并在屏幕上反复排练，以保证上下两颚能平滑地吻合。完成每一次切骨术或者说骨头切除术后，为适应新的骨骼结构，计算机要调整病人的皮肤，这样阿托贝利就能对怎样重组该子的面孔进行估计。

阿托贝利也用计算机所提供的数据来做塑料的头颅模型，这样他能用些模型来练习手术。通过练习，他发现在病人眼睛周围没有足够的空间来切下完整的一圈骨头，这样他们就从每个眼窝切去C字形的部分，然后使病人前额向前移动。

经数小时的练习后，阿托贝利能调整他的病人头表面的骨头及覆盖其上的软组织。凯琼尼斯说：为了减少损伤并让病人少花钱，我们要写出详细的手术步骤（这些都是教科书上没有的）。这一手术的成功将使有些过去由于太复杂和太冒险而被拒之门外的手术，现在将成为可能。

现在在北美、欧洲和日本的许多外科医生在施行膝关节、臀部以及头部和脊骨的手术前都用这一能产生三维图像的设备。泽恩内切已对该设备作了进一步的改进。他把图像系统与带有指针或传感器的自动臂相联，随着手术的进行，它可用于引导医生的手术。

例如，为了切除病人脑中深部的肿瘤，手术开始时用监视器显示病人头部和脑部的图像，随着投上的假色彩的光线增强，能把肿瘤同其周围的健康组织区分开来。然后，医疗小组必须把监示器上的图像同手术台上的病人相关联的方式告之传感器。为了做到这一点，放射专家必须在病人头部图像上标出5个突出的特征，如鼻梁、下巴中的裂口、每个耳叶中心和前齿顶部之间空间。借助传感器，医生可触及病人每一个对应的病变部位。病人的头固定在支架上，然后传感器所捕捉的图像显示在屏幕上，传感器的每一个运动，都可在病人的图像中显示出来。

随着监视器显示出病人大脑的三维图像，医生开始把传感器移到病人大脑上，直到监视器上显示出最适宜作切口的地方，然后他们把传感器放在一边并拿起手术刀。待切掉一瓣皮肤，并暴露出头颅骨后，再把传感器拿过来引导他们作第二个切口，在屏幕上，病人的“皮肤”也以完全相同的方法剥开，暴露出下面想象中的白骨。

一旦切开头骨，医生就在传感器的引导下，通过最窄、最短的通道到达肿瘤部位。当医生接触到肿瘤部位时，他们还不知道。因为医生只能看到切口，而不能看出肿瘤与周围组织的差别，但监视器却清楚显示出肿瘤。通过MRI扫描，肿瘤组织比健康组织显得亮。医生在监视器的引导下，用手术刀或激光插入切口仔细切除或破坏恶性肿瘤组织。

最后，医生把传感器插入已作了切除的空间。当监视器显示出的图像表明传感器已达到原肿瘤组织的每一个边缘时，医生能确信他们已完全切除了肿瘤。虽然医生仍几乎不能看见手术刀或激光如何切除病变组织。但这一技术使手术更精确，对病人的损伤也更小。泽恩内切说：“头盖骨上所需的切口也大大减小、切口减小也降低了感染的危险，并且能加快恢复”。

放射学家想进一步发展这一技术，以使神经学家对一些需要大的切口以便让手术工具伸进大脑的常规脑外科手术加以改进，随着研究脑外科手术的三维图像的深入，当医生在手术期间需要时，屏幕上即能显示出图像来，卓拉斯为此目的，已完成了动物实验，即在MRI控制下对动物施行外科手术。

卓拉斯预测，把大功率计算机、许多信息处理机同MRI扫描仪直接连接，监视器将能直接显示手术台的图像。外科医生在病人头颅上钻一个小孔，然后把一个中空的针插入脑内，仪器将引导针到达肿瘤部位，为了避开脑血管和脑的要害部位，医生通过屏幕能监视整个过程。当针到达肿瘤部位时，医生打开红外激光，激光的能量通过光学纤维细丝传到针尖。通过针尖释放能量把恶性肿瘤组织“烧死”。借助MRI扫描仪，在屏幕上就能提供精确度为1℃的温度图。卓拉斯说：“这一温度图能告诉我们所有的肿瘤组织是否完全杀死了”。

借助于复杂的图像装置和计算机以及高技术外科工具大大突破了常规外科手术的限制。卓拉斯说：“这一技术将减少病人的痛苦，缩短住院治疗时间，使病人能更快地恢复——但最重要的是科学得以进一步发展”。

（New Scientist，1991年3月30日）