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關(guān)于Dextroscope虛擬現(xiàn)實(shí)手術(shù)規(guī)劃系統(tǒng)在神經(jīng)外科的應(yīng)用
【論文關(guān)鍵詞】 顱底外科 虛擬現(xiàn)實(shí) 神經(jīng)外科 手術(shù)計(jì)劃
【論文摘要】 目的 應(yīng)用手術(shù)規(guī)劃系統(tǒng)，探索虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在神經(jīng)外科的應(yīng)用價(jià)值和方法。方法 術(shù)前采集10例顱內(nèi)深部病變患者的CT、MRI、CTA、MRA、DSA影像資料輸入Dextroscope工作站進(jìn)行圖像融合處理和三維重建，在虛擬影像上觀察病變與周圍組織的空間關(guān)系，設(shè)計(jì)手術(shù)入路、模擬手術(shù)過(guò)程進(jìn)行骨窗開(kāi)顱、顱骨磨除及腫瘤切除，并與實(shí)際術(shù)中所見(jiàn)進(jìn)行比較。結(jié)果 術(shù)中所見(jiàn)病變與周邊重要神經(jīng)血管結(jié)構(gòu)的空間關(guān)系和病變解剖細(xì)節(jié)與術(shù)前模擬完全吻合，減少了手術(shù)時(shí)間。通過(guò)手術(shù)模擬，術(shù)者得以提前預(yù)演手術(shù)經(jīng)過(guò)，為優(yōu)化治療方案創(chuàng)造了條件。結(jié)論 虛擬現(xiàn)實(shí)手術(shù)規(guī)劃系統(tǒng)有助于術(shù)前診斷、制定詳細(xì)的手術(shù)計(jì)劃、預(yù)先評(píng)價(jià)手術(shù)難度，提高手術(shù)安全性。是醫(yī)療教學(xué)和訓(xùn)練的得力工具。
圖像處理技術(shù)的飛越，提供了日益清晰細(xì)致的影像，但不同成像技術(shù)在成像能力上對(duì)不同組織各具優(yōu)勢(shì)。虛擬現(xiàn)實(shí)（virtual reality, VR）的出現(xiàn)，為不同模式的影像資料融合成同一圖像提供了平臺(tái)，使各種成像技術(shù)取長(zhǎng)補(bǔ)短，并通過(guò)后處理，在虛擬三維空間上呈現(xiàn)給人們一個(gè)可以交互互動(dòng)的全息立體仿真。我科自2006年10月至12月間，運(yùn)用Dextroscope 手術(shù)規(guī)劃系統(tǒng)，對(duì)10例神經(jīng)外科手術(shù)病例進(jìn)行術(shù)前手術(shù)規(guī)劃和模擬操作，體會(huì)如下。
1 資料與方法
1.1 資料 本組共進(jìn)行了10例術(shù)前手術(shù)規(guī)劃和模擬，其中蝶骨嵴內(nèi)側(cè)型腦膜瘤、聽(tīng)神經(jīng)瘤各2例，巨大嗅溝腦膜瘤、垂體瘤、眼動(dòng)脈瘤、前動(dòng)脈瘤、巖斜腦膜瘤、松果體區(qū)腫瘤各1例。
1.2 Dextroscope工作站(Dextroscope MK 10，新加坡Volume Interactions公司)，包括主服務(wù)器和虛擬操作平臺(tái)，軟件版本RadioDexter 1.0。(1)術(shù)前完成患者各類影像資料的采集，可用DICOM3、TIFF和SGI Classic、Raw volume chunk或slices、Analyze AVW Volume或7.5 Image等多種格式的CT、MRI、MRA、CTA、DSA資料，數(shù)據(jù)都將會(huì)被轉(zhuǎn)換為RadioDexter原始格式(mk)。掃描要求為無(wú)間隔、薄層、無(wú)重疊、不間斷連續(xù)掃描。(2)加載數(shù)據(jù)到Radiodexter，通過(guò)預(yù)處理排除圖像干擾，將各類圖像的優(yōu)勢(shì)細(xì)節(jié)調(diào)試出來(lái)，導(dǎo)入Dextroscope VR環(huán)境，通過(guò)圖像配準(zhǔn)和融合，獲得一個(gè)細(xì)節(jié)豐富、易于區(qū)分的三維立體圖形。通過(guò)分割工具，可以將不同結(jié)構(gòu)單獨(dú)挑選出來(lái)全方位仔細(xì)觀察，還可以調(diào)整透明度和分別著色后重新放回原位，使不同結(jié)構(gòu)的分界更加直觀。(3)通過(guò)佩戴立體眼鏡和將雙手伸入反射鏡面背后操縱電磁示蹤設(shè)備，術(shù)者有機(jī)會(huì)體驗(yàn)顯微鏡下真實(shí)操作環(huán)境，模擬手術(shù)入路和操作，直接切除病變并空間測(cè)量。所有操作動(dòng)作均可被記錄和反復(fù)回放，進(jìn)行事后評(píng)估和演示教學(xué)。
1.3 實(shí)施手術(shù) 依據(jù)手術(shù)模擬確定的體表標(biāo)志開(kāi)顱，對(duì)照比較術(shù)前虛擬環(huán)境與真實(shí)手術(shù)入路中所見(jiàn)解剖標(biāo)志和空間關(guān)系。
2 結(jié) 果
虛擬顯示大腦皮層血管和引流靜脈與術(shù)中所見(jiàn)完全吻合。虛擬眼動(dòng)脈段動(dòng)脈瘤朝向及瘤頸與前床突及視神經(jīng)關(guān)系與實(shí)際相同，簡(jiǎn)化了術(shù)中周邊探查步驟，從而順利實(shí)施前床突磨除和動(dòng)脈瘤夾閉(圖1)。通過(guò)手術(shù)模擬，事先獲知蝶骨嵴內(nèi)側(cè)型腦膜瘤對(duì)同側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈和大腦中動(dòng)脈的包裹情況，手術(shù)開(kāi)始早期腫瘤得以迅速內(nèi)減壓縮小體積，然后動(dòng)脈主干得以安全游離，腫瘤全切(圖2)。其他病例術(shù)前手術(shù)模擬也為手術(shù)骨窗調(diào)整和病變周邊細(xì)節(jié)解析提供了常規(guī)影像無(wú)法獲得的信息，手術(shù)時(shí)間大為縮短。
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)面世多年，但由于早年硬件龐大昂貴，最初僅應(yīng)用于軍事及航天飛行訓(xùn)練領(lǐng)域。該技術(shù)使代價(jià)高昂的操作得以低的無(wú)限重復(fù)，特別為初級(jí)醫(yī)務(wù)人員無(wú)法觸及的領(lǐng)域提供了實(shí)踐機(jī)會(huì)。醫(yī)用Dextroscope系統(tǒng)運(yùn)用VR技術(shù)實(shí)現(xiàn)了手術(shù)操作的真實(shí)模擬。最主要的特點(diǎn)是：(1)交互性：按操作者意圖去執(zhí)行并即刻反饋，盡量接近的真實(shí)過(guò)程。(2)虛擬性：通過(guò)技術(shù)將不同影像技術(shù)進(jìn)行整合，在一個(gè)數(shù)字模型中同時(shí)展示各自的優(yōu)勢(shì)，并根據(jù)需要在任意角度和平面分別或綜合提供全息化的解剖信息。(3)可復(fù)性：由于不接觸病人，虛擬手術(shù)操作可多次重復(fù)、修改和擴(kuò)展［1～3］。
3 討 論
本組病例的實(shí)際應(yīng)用顯示，VR系統(tǒng)構(gòu)建的相關(guān)結(jié)構(gòu)三維可視化模型，使操作者可以透過(guò)立體眼鏡觀察到三維立體圖像，并且在近似日常操作的眼前30～40 cm處觀察和直接操作3D虛擬對(duì)象，不僅真實(shí)模擬手眼協(xié)調(diào)操作，而且同步體驗(yàn)操作空間的透視縱深感。通過(guò)模擬，術(shù)者可以更為有效地利用各類影像信息，加深影像理解，更為直觀地了解解剖關(guān)系，在手術(shù)進(jìn)行前制定最優(yōu)的手術(shù)計(jì)劃，充分估計(jì)手術(shù)難點(diǎn)、制定對(duì)策并反復(fù)推演［4］。
我們同時(shí)也發(fā)現(xiàn)：首先圖像導(dǎo)入后的處理過(guò)程需要熟悉，特別是三維數(shù)字模型中各個(gè)結(jié)構(gòu)的分割處理，調(diào)試不當(dāng)可能損失許多解剖細(xì)節(jié)。其次，影像解讀仍然需要基于良好的生理和病理解剖知識(shí)的判斷，比如嗅溝腦膜瘤病例，模擬顯示腫瘤表面豐富的血管網(wǎng)，卻無(wú)法區(qū)分實(shí)際伴行其間的大腦前動(dòng)脈主干，需要臨床醫(yī)生根據(jù)解剖常識(shí)去判斷。另外，軟件對(duì)高亮信號(hào)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)提取良好，對(duì)低暗信號(hào)病變，比如囊性變部分，圖像分割時(shí)很難建立滿意的三維模型。因此，融合較多不同成像方式影像建立的三維模型在結(jié)構(gòu)區(qū)分上會(huì)更加清晰。
我們認(rèn)為，Dextroscope VR系統(tǒng)的模擬影像與真實(shí)情況吻合度高，充分顯示解剖細(xì)節(jié)和變異，操作界面友好。對(duì)于初學(xué)者，有助于無(wú)創(chuàng)診斷、模擬外科操作、教學(xué)和訓(xùn)練。對(duì)于有經(jīng)驗(yàn)的臨床醫(yī)生，可以更好解讀患者的解剖信息，預(yù)知解剖變異，使手術(shù)目標(biāo)更加清晰，手術(shù)操作更加安全。
【參考文獻(xiàn)】
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【Dextroscope虛擬現(xiàn)實(shí)手術(shù)規(guī)劃系統(tǒng)在神經(jīng)外科的應(yīng)用】相關(guān)文章：
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