關于Dextroscope虛擬現(xiàn)實手術規(guī)劃系統(tǒng)在神經(jīng)外科的應用

關于Dextroscope虛擬現(xiàn)實手術規(guī)劃系統(tǒng)在神經(jīng)外科的應用

作者：陳永嚴劉宏毅鄒元杰常義【論文關鍵詞】顱底外科虛擬現(xiàn)實神經(jīng)外科手術計劃【論文摘要】目的應用手術規(guī)劃系統(tǒng)，探索虛擬現(xiàn)實技術在神經(jīng)外科的應用價值和方法。方法術前采集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系，設計手術入路、模擬手術過程進行骨窗開顱、顱骨磨除及腫瘤切除，并與實際術中所見進行比較。結果術中所見病變與周邊重要神經(jīng)血管結構的空間關系和病變解剖細節(jié)與術前模擬完全吻合，減少了手術時間。通過手術模擬，術者得以提前預演手術經(jīng)過，為優(yōu)化治療方案創(chuàng)造了條件。結論虛擬現(xiàn)實手術規(guī)劃系統(tǒng)有助于術前診斷、制定詳細的手術計劃、預先評價手術難度，提高手術安全性。是醫(yī)療教學和訓練的得力工具。計算機圖像處理技術的飛越，提供了日益清晰細致的醫(yī)學影像，但不同成像技術在成像能力上對不同組織各具優(yōu)勢。虛擬現(xiàn)實（virtualreality，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，使各種成像技術取長補短，并通過后處理，在虛擬三維空間上呈現(xiàn)給人們一個可以交互互動的全息立體仿真環(huán)境。我科自2006年10月至12月間，運用Dextroscope手術規(guī)劃系統(tǒng)，對10例神經(jīng)外科手術病例進行術前手術規(guī)劃和模擬操作，體會如下。1資料與方法1.1臨床資料本組共進行了10例術前手術規(guī)劃和模擬，其中蝶骨嵴內(nèi)側型腦膜瘤、聽神經(jīng)瘤各2例，巨大嗅溝腦膜瘤、垂體瘤、眼動脈瘤、前交通動脈瘤、巖斜腦膜瘤、松果體區(qū)腫瘤各1例。1.2Dextroscope工作站(DextroscopeMK10，新加坡VolumeInteractions公司)，包括主服務器和虛擬操作平臺，軟件版本RadioDexter1.0。(1)術前完成患者各類影像資料的采集，可用DICOM3、TIFF和SGIClassic、Rawvolumechunk或slices、AnalyzeAVWVolume或7.5Image等多種格式的CT、MRI、MRA、CTA、DSA資料，數(shù)據(jù)都將會被轉換為RadioDexter原始格式(mk)。掃描要求為無間隔、薄層、無重疊、不間斷連續(xù)掃描。(2)加載數(shù)據(jù)到Radiodexter，通過預處理排除圖像干擾，將各類圖像的優(yōu)勢細節(jié)調(diào)試出來，導入DextroscopeVR環(huán)境，通過圖像配準和融合，獲得一個細節(jié)豐富、易于區(qū)分的三維立體圖形。通過分割工具，可以將不同結構單獨挑選出來全方位仔細觀察，還可以調(diào)整透明度和分別著色后重新放回原位，使不同結構的分界更加直觀。(3)通過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備，術者有機會體驗顯微鏡下真實操作環(huán)境，模擬手術入路和操作，直接切除病變并空間測量。所有操作動作均可被記錄和反復回放，進行事后評估和演示教學。1.3實施手術依據(jù)手術模擬確定的體表標志開顱，對照比較術前虛擬環(huán)境與真實手術入路中所見解剖標志和空間關系。2結果虛擬顯示大腦皮層血管和引流靜脈與術中所見完全吻合。虛擬眼動脈段動脈瘤朝向及瘤頸與前床突及視神經(jīng)關系與實際相同，簡化了術中周邊探查步驟，從而順利實施前床突磨除和動脈瘤夾閉(圖1)。通過手術模擬，事先獲知蝶骨嵴內(nèi)側型腦膜瘤對同側頸內(nèi)動脈和大腦中動脈的包裹情況，手術開始早期腫瘤得以迅速內(nèi)減壓縮小體積，然后動脈主干得以安全游離，腫瘤全切(圖2)。其他病例術前手術模擬也為手術骨窗調(diào)整和病變周邊細節(jié)解析提供了常規(guī)影像無法獲得的信息，手術時間大為縮短。3討論本組病例的實際應用顯示，VR系統(tǒng)構建的相關結構三維可視化模型，使操作者可以透過立體眼鏡觀察到三維立體圖像，并且在近似日常操作環(huán)境的眼前30～40cm處觀察和直接操作3D虛擬對象，不僅真實模擬手眼協(xié)調(diào)操作，而且同步體驗操作空間的透視縱深感。通過模擬，術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系，在手術進行前制定最優(yōu)的手術計劃，充分估計手術難點、制定對策并反復推演［4］。我們同時也發(fā)現(xiàn)：首先圖像導入后的處理過程需要熟悉，特別是三維數(shù)字模型中各個結構的分割處理，調(diào)試不當可能損失許多解剖細節(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)，卻無法區(qū)分實際伴行其間的大腦前動脈主干，需要臨床醫(yī)生根據(jù)解剖常識去判斷。另外，軟件對高亮信號結構的數(shù)據(jù)提取良好，對低暗信號病變，比如囊性變部分，圖像分割時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構區(qū)分上會更加清晰。我們認為，DextroscopeVR系統(tǒng)的模擬影像與