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展望Dextroscope虛擬現實(shí)手術(shù)規劃系統在神經(jīng)外科的應用
計算機圖像處理技術(shù)的飛越，提供了日益清楚細致的醫學(xué)影像，但不同成像技術(shù)在成像能力上對不同組織各具優(yōu)勢。虛擬現實(shí)(virtual reality, VR)的出現，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(shù)取長(cháng)補短，并通過(guò)后處理，在虛擬三維空間上呈現給人們一個(gè)可以交互互動(dòng)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(shù)規劃系統，對10例神經(jīng)外科手術(shù)病例進(jìn)行術(shù)前手術(shù)規劃和模擬操作，心得如下。
1 資料和方法
1.1 臨床資料 本組共進(jìn)行了10例術(shù)前手術(shù)規劃和模擬，其中蝶骨嵴內側型腦膜瘤、聽(tīng)神經(jīng)瘤各2例，巨大嗅溝腦膜瘤、垂體瘤、眼動(dòng)脈瘤、前交通動(dòng)脈瘤、巖斜腦膜瘤、松果體區腫瘤各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，軟件版本RadioDexter 1.0。(1)術(shù)前完成患者各類(lèi)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，數據都將會(huì )被轉換為RadioDexter原始格式(mk)。掃描要求為無(wú)間隔、薄層、無(wú)重疊、不間斷連續掃描。(2)加載數據到Radiodexter，通過(guò)預處理排除圖像干擾，將各類(lèi)圖像的優(yōu)勢細節調試出來(lái)，導入Dextroscope VR環(huán)境，通過(guò)圖像配準和融合，獲得一個(gè)細節豐富、易于區分的三維立體圖形。通過(guò)分割工具，可以將不同結構單獨挑選出來(lái)全方位仔細觀(guān)察，還可以調整透明度和分別著(zhù)色后重新放回原位，使不同結構的分界更加直觀(guān)。(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備，術(shù)者有機會(huì )體驗顯微鏡下真實(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量。所有操作動(dòng)作均可被記錄和反復回放，進(jìn)行事后評估和演示教學(xué)。
1.3 實(shí)施手術(shù) 依據手術(shù)模擬確定的體表標志開(kāi)顱，對照比較術(shù)前虛擬環(huán)境和真實(shí)手術(shù)入路中所見(jiàn)解剖標志和空間關(guān)系。
2 結 果
虛擬顯示大腦皮層血管和引流靜脈和術(shù)中所見(jiàn)完全吻合。虛擬眼動(dòng)脈段動(dòng)脈瘤朝向及瘤頸和前床突及視神經(jīng)關(guān)系和實(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，事先獲知蝶骨嵴內側型腦膜瘤對同側頸內動(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減壓縮小體積，然后動(dòng)脈主干得以平安游離，腫瘤全切(圖2)。其他病例術(shù)前手術(shù)模擬也為手術(shù)骨窗調整和病變周邊細節解析提供了常規影像無(wú)法獲得的信息，手術(shù)時(shí)間大為縮短。
虛擬現實(shí)技術(shù)已經(jīng)面世多年，但由于早年硬件龐大昂貴，最初僅應用于軍事及航天飛行練習領(lǐng)域。該技術(shù)使代價(jià)高昂的操作得以低成本的無(wú)限重復，非凡為初級醫務(wù)人員無(wú)法觸及的領(lǐng)域提供了實(shí)踐機會(huì )。醫用Dextroscope系統運用VR技術(shù)實(shí)現了手術(shù)操作的真實(shí)模擬。最主要的特征是摘要：(1)交互性摘要：按操作者意圖去執行并即刻反饋，盡量接近臨床的真實(shí)過(guò)程。(2)虛擬性摘要：通過(guò)計算機技術(shù)將不同影像技術(shù)進(jìn)行整合，在一個(gè)數字模型中同時(shí)展示各自的優(yōu)勢，并根據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)可復性摘要：由于不接觸病人，虛擬手術(shù)操作可多次重復、修改和擴展[1～3]。
3 討 論
本組病例的實(shí)際應用顯示，VR系統構建的相關(guān)結構三維可視化模型，使操作者可以透過(guò)立體眼鏡觀(guān)察到三維立體圖像，并且在近似日常操作環(huán)境的眼前30～40 cm處觀(guān)察和直接操作3D虛擬對象，不僅真實(shí)模擬手眼協(xié)調操作，而且同步體驗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(lèi)影像信息，加深影像理解，更為直觀(guān)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)計劃，充分估計手術(shù)難點(diǎn)、制定策略并反復推演[4]。
我們同時(shí)也發(fā)現摘要：首先圖像導入后的處理過(guò)程需要熟悉，非凡是三維數字模型中各個(gè)結構的分割處理，調試不當可能損失許多解剖細節。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定，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)法區分實(shí)際伴行其間的大腦前動(dòng)脈主干，需要臨床醫生根據解剖常識去判定。另外，軟件對高亮信號結構的數據提取良好，對低暗信號病變，比如囊性變部分，圖像分割時(shí)很難建立滿(mǎn)足的三維模型。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分上會(huì )更加清楚。
我們認為，Dextroscope VR系統的模擬影像和真實(shí)情況吻合度高，充分顯示解剖細節和變異，操作界面友好。對于初學(xué)者，有助于無(wú)創(chuàng )診斷、模擬外科操作、教學(xué)和練習。對于有經(jīng)驗的臨床醫生，可以更好解讀患者的解剖信息，預知解剖變異，使手術(shù)目標更加清楚，手術(shù)操作更加平安。
【參考文獻
[1]卜博,許百男,周定標，等. Dextroscope手術(shù)計劃系統在顱腦手術(shù)中的應用及評估[J].中華神經(jīng)外科雜志,2007,23摘要:750.
[2]楊德林,徐啟武,車(chē)曉明，等.虛擬現實(shí)技術(shù)在顱底外科中的應用[J].中國微侵襲神經(jīng)外科雜志,2008,13摘要:193.
[3]Rosahl S K, Gharabaghi A, Hubbe U, et al. Virtual reality augumentation in skull base surgery [J]. Skull Base, 2006, 16摘要: 59.
[4]孫兵,楊德林,顧士欣，等.三維仿真技術(shù)虛擬Labbé靜脈解剖在神經(jīng)外科手術(shù)中的應用[J].臨床神經(jīng)外科雜志,2008,5摘要:61.
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