展望Dextroscope虚拟现实手术规划系统在神经外科的应用

1、展望 Dextroscope 虚拟现实手术规划系统在神经外科的应用 目的应用手术规划系统，探索虚拟现实技术在神经外科的应用价值和 方法。方法术前采集 10 例颅内深部病变患者的 CT、MRI、CTA、MRA、 DSA影像资料输入Dextroscope工作站进行图像融合处理和三维重建， 在虚拟影像上观察病变和四周组织的空间关系，设计手术入路、模拟 手术过程进行骨窗开颅、颅骨磨除及肿瘤切除，并和实际术中所见进 行比拟。结果术中所见病变和周边重要神经血管结构的空间关系和病 变解剖细节和术前模拟完全吻合，减少了手术时间。通过手术模拟， 术者得以提前预演手术经过，为优化治疗方案创造了条件。结论虚拟 现实

2、手术规划系统有助于术前诊断、制定具体的手术方案、预先评价 手术难度，提高手术平安性。是医疗教学和练习的得力工具。 计算机图像处理技术的飞越，提供了日益清楚细致的医学影像，但不 同成像技术在成像能力上对不同组织各具优势。虚拟现实(virtualreality,VR)的出现，为不同模式的影像资料融合成同一图像提 供了平台，使各种成像技术取长补短，并通过后处理，在虚拟三维空 间上呈现给人们一个可以交互互动的全息立体仿真环境。我科自 2006 年10月至12月间，运用Dextroscope手术规划系统，对10例神经外 科手术病例进行术前手术规划和模拟操作，心得如下。1 资料和方法1.1 临床资料本组共

3、进行了 10 例术前手术规划和模拟，其中蝶骨嵴内 侧型脑膜瘤、 听神经瘤各 2 例，巨大嗅沟脑膜瘤、 垂体瘤、眼动脉瘤、 前交通动脉瘤、岩斜脑膜瘤、松果体区肿瘤各 1 例。1.2Dextroscope 工作站DextroscopeMKIO,新加坡 Volumelnteractions 公司，包括主效劳器和虚拟操作平台，软件版本RadioDexter1.0。1术前完成患者各类影像资料的采集，可用DICOM3 TIFF和SGIClassicRawvolumechunk或 slices、AnalyzeAVWVolume或 7.5lmage等多种格式 的CT MRIc MRAc CTA DSA资料，数

4、据都将会被转换为 RadioDexter 原始格式mk。扫描要求为无间隔、薄层、无重叠、不间断连续扫描。2加载数据到Radiodexter,通过预处理排除图像干扰，将各类图像的 优势细节调试出来，导入 DextroscopeVR环境，通过图像配准和融合， 获得一个细节丰富、易于区分的三维立体图形。通过分割工具,可以 将不同结构单独挑选出来全方位仔细观察,还可以调整透明度和分别 着色后重新放回原位,使不同结构的分界更加直观。3通过佩戴立体眼镜和将双手伸入反射镜面背后操纵电磁示踪设备,术者有时机体验 显微镜下真实操作环境,模拟手术入路和操作,直接切除病变并空间 测量。所有操作动作均可被记录和反复回

5、放,进行事后评估和演示教 学。1.3实施手术依据手术模拟确定的体表标志开颅, 对照比拟术前虚拟环 境和真实手术入路中所见解剖标志和空间关系。2 结果 虚拟显示大脑皮层血管和引流静脉和术中所见完全吻合。虚拟眼动脉 段动脉瘤朝向及瘤颈和前床突及视神经关系和实际相同,简化了术中 周边探查步骤，从而顺利实施前床突磨除和动脉瘤夹闭 (图 1)。通过手 术模拟，事先获知蝶骨嵴内侧型脑膜瘤对同侧颈内动脉和大脑中动脉 的包裹情况，手术开始早期肿瘤得以迅速内减压缩小体积，然后动脉 主干得以平安游离，肿瘤全切 (图 2)。其他病例术前手术模拟也为手术 骨窗调整和病变周边细节解析提供了常规影像无法获得的信息，手术

6、时间大为缩短。(1)交互性摘要：按操作者意图去执行并即刻反应，尽量接近临床的真 实过程。 (2)虚拟性摘要：通过计算机技术将不同影像技术进行整合， 在一个数字模型中同时展示各自的优势，并根据需要在任意角度和平 面分别或综合提供全息化的解剖信息。 (3)可复性摘要：由于不接触病 人，虚拟手术操作可屡次重复、修改和扩展13。3 讨论本组病例的实际应用显示， VR 系统构建的相关结构三维可视化模型， 使操作者可以透过立体眼镜观察到三维立体图像，并且在近似日常操 作环境的眼前3040cm处观察和直接操作3D虚拟对象，不仅真实模 拟手眼协调操作，而且同步体验操作空间的透视纵深感。通过模拟， 术者可以更为

7、有效地利用各类影像信息，加深影像理解，更为直观地 了解解剖关系，在手术进行前制定最优的手术方案，充分估计手术难 点、制定策略并反复推演 4。我们同时也发现摘要：首先图像导入后的处理过程需要熟悉，非但凡 三维数字模型中各个结构的分割处理，调试不当可能损失许多解剖细节。其次，影像解读仍然需要基于良好的生理和病理解剖知识的判定， 比方嗅沟脑膜瘤病例，模拟显示肿瘤外表丰富的血管网，却无法区分 实际伴行其间的大脑前动脉主干， 需要临床医生根据解剖常识去判定。 另外，软件对高亮信号结构的数据提取良好，对低暗信号病变，比方 囊性变局部，图像分割时很难建立满足的三维模型。因此，融合较多 不同成像方式影像建立的三维模型在结构区分上会更加清楚。我们认为，DextroscopeVR系统的模拟影像和真