增强现实辅助导航在神经肿瘤手术中的应用

• 整体了解神经肿瘤手术中的挑战和神经外科医生使用的工具
• 看增强现实技术辅助导航如何实现更精确的脑肿瘤切除
• 了解导航的地标以及如何实现最佳配准

神经肿瘤手术中的挑战

在神经肿瘤手术中，目的是进行最大限度的安全切除，75%的病人可以通过完全切除来治疗，25%的病人会出现新的神经功能缺损。为实现这一目的并确定最佳的手术方法，关键是要确定病变，了解疾病的演变，以及知道相关的结构和与病变的关系。

所有这些信息都可以利用导航工具来规划手术并制定具体的病例策略。在脑肿瘤手术过程中，一些工具也可以提供帮助，帮助提高手术的精确性并进行严格的质量检查。

神经外科和神经肿瘤外科的适用工具

神经外科医生有多种用于术前检查的工具，特别是成像技术：CT扫描、MRI、血管造影、超声波、经颅磁刺激等。 所有信息均可通过三维成像技术，用切片来整合，获得一个单一的三维数据基准帧。然后通过分割，将3D图像进行转置，使其转变为可以在3D环境中投影的3D结构对象。可通过计算机屏幕显示，或使用新的工具，如立体混合现实来显示。

同时也有各种手术辅助工具。显微镜具有放大功能，同时也支持荧光（例如用5-ALA）、神经监测、神经映射、神经导航和混合现实导航。外科医生可以在手术区域内用双目镜筒获取这些信息。

新型复合手术室实现了成像引导手术，例如具有血管的3D高分辨率表示的血管/混合套件或允许在手术期间重复成像的术中MRI。

先进的技术还包括虚拟现实（沉浸在完全虚拟环境中），增强现实（增加信息以更好地与现实互动）和混合现实（增加虚拟物体并与现实互动）。

用增强现实技术导航加强神经外科手术

增强现实导航帮助外科医生更好地计划脑肿瘤切除手术，特别是确定有风险的结构，并确定最佳手术轨迹和病人头部位置。同时，也支持患者与显微镜配准。例如，可通过验证病人皮肤虚拟面罩与病人面部的调整来进行准确性检查。

一项评估手术增强现实技术与标准神经导航技术相比的精度的研究显示，增强现实技术的精度提高3.5倍。它还强调了重复调整以提高准确性的重要性，以及增强现实是如何增强信心的。

增强和混合现实技术还可以支持脑瘤切除前和切除过程中的以下步骤：利用颅骨上的地标进行开颅前的准确性检查，皮质切除术前的准确性检查和校正，皮质切除和解剖计划，确定深层结构和用脑室腔形状进行准确性检查。切除脑瘤后，它还可以检查肿瘤腔形状。

增强现实技术可以与5-ALA荧光技术相结合，从一种技术切换到另一种技术，从而提高准确性，例如在肿瘤边缘滑动时或在肿瘤切除后检查腔体时。用核磁共振进行的最后检查可以比较术前和术后的影像，并寻找肿瘤残留。

定义导航路标

了解特征结构和目标结构对于配准不同的手术和监测导航的精度至关重要。例如，特征结构包括：颞部病变的外侧沟和大脑上吻合静脉，额部病变的胼胝体和大脑中动脉以及顶部病变的外侧沟。

根据这些路标，可对手术进行建模和模拟，确定病人的最佳位置并设计出手术轨迹。有些手术需要多条轨迹，例如一条用于肿瘤前部，另一条用于肿瘤后部。

通过增强现实辅助导航，神经外科医生知道在手术过程中应注意的地方，提高了精度和准确性。通过该技术的应用，医院发现新的神经功能缺损率有所下降。

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J. Haemmerli, A. Davidovic, T. Meling, L. Chavaz, K. Schaller, P. Bijlenga, Evaluation of the precision of operative augmented reality compared to standard neuronavigation using a 3D-printed skull, Neurosurg Focus 50 (1):E17, 2021, DOI: 10.3171/2020.10.FOCUS20789