虛擬現(xiàn)實技術(shù)在神經(jīng)外科的臨床應(yīng)用研究.pdf

1、研究背景： 神經(jīng)外科手術(shù)是所有外科手術(shù)中難度最大、最精細的手術(shù)之一?；谔摂M現(xiàn)實技術(shù)的Dextroscope手術(shù)計劃系統(tǒng)是目前最具應(yīng)用前景的手術(shù)計劃工具之一。它能夠在虛擬現(xiàn)實狀態(tài)下對CT、MRI等影像資料狀態(tài)進行快速三維重建，并可對重建圖像進行旋轉(zhuǎn)、縮放、分割、融合等處理，還能應(yīng)用模擬手術(shù)工具對立體三維圖像進行多種仿真手術(shù)模擬處理，使手術(shù)醫(yī)生能更直觀和詳細地了解手術(shù)區(qū)域的解剖關(guān)系，制定合適和準確的手術(shù)計劃。 本研究擬深入

2、開展Dextroscope手術(shù)計劃系統(tǒng)在神經(jīng)外科的臨床應(yīng)用研究，選擇顱內(nèi)破裂動脈瘤和顱底腫瘤作為主要的研究方向，重點進行虛擬現(xiàn)實技術(shù)在動脈瘤診斷、開顱夾閉手術(shù)以及顱底腫瘤手術(shù)中的臨床應(yīng)用研究。對于該系統(tǒng)能否真正提高診斷準確率、提高神經(jīng)外科手術(shù)水平、減少并發(fā)癥、降低死亡率等一系列臨床應(yīng)用問題進行探討，并評價該系統(tǒng)臨床應(yīng)用的可行性。 第一章：虛擬現(xiàn)實技術(shù)在顱內(nèi)動脈瘤早期診斷中的應(yīng)用Dextroscope系統(tǒng)介紹 RadioD

3、exter是一種將先進的虛擬現(xiàn)實技術(shù)與實時體積測量和三維透視相結(jié)合的醫(yī)學成像軟件系統(tǒng)，它可以利用CT、MRI等影像資料創(chuàng)造出一種具有立體效果的虛擬現(xiàn)實環(huán)境，用戶可以利用雙手通過“進入”的方式，利用實時三維數(shù)據(jù)進行交互式的工作。RadioOexter可將同一病人不同類型的影像資料進行融合，所生成的三維圖像有更加豐富的信息。RadioDexter也可對圖像進行分割處理，使手術(shù)醫(yī)生能對手術(shù)區(qū)域各部分的結(jié)構(gòu)有更清晰的認識。利用左右手工具和系統(tǒng)提

4、供的測量、染色、模擬手術(shù)等工具，可以很簡便地對虛擬三維圖像進行各種操作。 研究目的： 通過對臨床SAH患者進行3D-CTA檢查并運用虛擬現(xiàn)實手術(shù)計劃系統(tǒng)進行輔助診斷，研究虛擬現(xiàn)實技術(shù)結(jié)合3D-CTA手段對破裂性顱內(nèi)動脈瘤的診斷價值，比較此方法與經(jīng)典的DSA方法對顱內(nèi)動脈瘤的診斷效能，探討虛擬現(xiàn)實技術(shù)在破裂性顱內(nèi)動脈瘤早期診斷中的應(yīng)用價值。 材料與方法： 選擇南方醫(yī)科大學珠江醫(yī)院2005年12月至2006年

5、12月收治的急性SAH患者80例，先利用3D-CTA和虛擬現(xiàn)實手術(shù)計劃系統(tǒng)進行影像學診斷，再對所有診斷為陽性和陰性的病例進行DSA檢查。對陰性病例進行密切觀察和隨訪，1月后重復(fù)前述步驟進行診斷。研究3D-CTA和虛擬現(xiàn)實手術(shù)計劃系統(tǒng)對破裂性顱內(nèi)動脈瘤早期診斷的價值，比較該方法與DSA方法診斷動脈瘤的優(yōu)缺點和診斷效能。 本章無統(tǒng)計學分析內(nèi)容，僅對所得結(jié)果進行統(tǒng)計學描述。 研究結(jié)論： 1、3D-CTA是一種方便、快捷

6、、可靠的非侵襲性診斷方法，其對顱內(nèi)動脈瘤的診斷效能與DSA(或3D-DSA)相同，可以作為破裂顱內(nèi)動脈瘤診治的首選影像檢查。在動脈瘤急診手術(shù)時CTA較DSA更具優(yōu)越性。在術(shù)后復(fù)查及隨訪研究方面具有重要的臨床應(yīng)用價值。 2、與DSA(或3D-DSA)相比，3D-CTA的圖像更清晰，并能準確顯示動脈瘤及載瘤動脈與顱骨的解剖關(guān)系，可觀察到載瘤動脈和瘤腔內(nèi)的鈣化、分隔、血栓形成等情況。但3D-CTA不能顯示血流方向，對有靜脈竇干擾的動脈

7、瘤顯示欠佳。 3、Dextroscope系統(tǒng)的操作比3D-CTA的圖像工作站更加簡便，其生成的三維立體虛擬影像更加清晰、逼真，并可進行隨意旋轉(zhuǎn)、縮放、分離、融合等操作，比3D-CTA的平面三維圖像更直觀準確地顯示動脈瘤與毗鄰血管、顱骨結(jié)構(gòu)的關(guān)系。 4、利用虛擬現(xiàn)實手術(shù)計劃系統(tǒng)的仿真血管內(nèi)窺鏡工具，動脈瘤的瘤頸和瘤體形態(tài)以及瘤腔及載瘤動脈內(nèi)的鈣化、血栓和分隔等情況可被清晰呈現(xiàn)，部分動脈瘤甚至能提示破口位置。 5、虛

8、擬現(xiàn)實手術(shù)計劃系統(tǒng)能夠提高顱內(nèi)動脈瘤的診斷精確性，給外科醫(yī)生提供清晰、直觀且準確的動脈瘤及毗鄰血管和骨性結(jié)構(gòu)的圖像，為血管內(nèi)治療或開顱手術(shù)提供有用信息。 第二章：虛擬現(xiàn)實技術(shù)在顱內(nèi)動脈瘤顯微外科手術(shù)中的應(yīng)用 研究目的： 對開顱夾閉手術(shù)的顱內(nèi)動脈瘤患者，術(shù)前進行虛擬現(xiàn)實手術(shù)計劃系統(tǒng)的輔助診斷和手術(shù)計劃操作，制定個體化的手術(shù)方案，并按照手術(shù)方案進行模擬手術(shù)操作。比較模擬手術(shù)與實際手術(shù)中解剖結(jié)構(gòu)顯示的異同，并將手術(shù)時間

9、、出血量、并發(fā)癥情況及預(yù)后等指標與未進行手術(shù)計劃操作的對照組病例進行比較，研究虛擬現(xiàn)實手術(shù)計劃系統(tǒng)能否提高手術(shù)水平、減小手術(shù)風險進而改善患者預(yù)后，評價虛擬現(xiàn)實技術(shù)在開顱夾閉顱內(nèi)動脈瘤手術(shù)中的應(yīng)用價值。 材料與方法： 選擇南京軍區(qū)福州總醫(yī)院神經(jīng)外科2007年1月至2007年9月收治的顱內(nèi)動脈瘤擬開顱手術(shù)患者106例作為研究對象，隨機分為手術(shù)計劃組和對照組。手術(shù)計劃組51例中有21例因未行3D-CTA檢查而剔除，剩余30例進

10、行了術(shù)前計劃操作；對照組56例，未進行術(shù)前計劃操作。 采用新加坡VI公司Dextroscope硬件系統(tǒng)，RadioDexter1.2軟件系統(tǒng)。將每例病人原始容積掃描數(shù)據(jù)分別導入系統(tǒng)，經(jīng)過必要的數(shù)據(jù)準備處理后加載到VR環(huán)境中，進行腦血管和顱骨的虛擬三維重建，顯示顱內(nèi)血管及顱骨圖像。利用系統(tǒng)工具進行縮放、測量、分離、融合等操作，清晰顯示動脈瘤及其與載瘤動脈和周圍結(jié)構(gòu)的關(guān)系。利用血管內(nèi)窺鏡工具觀察動脈瘤與載瘤動脈內(nèi)有無鈣化和分隔，觀察

11、瘤頸各剖面的形狀。 完成對解剖結(jié)構(gòu)的觀測后，進行術(shù)前評估和手術(shù)計劃，手術(shù)計劃包括入路、體位、重要步驟、應(yīng)急處理預(yù)案等具體方案。之后再按照手術(shù)計劃進行模擬手術(shù)。實際手術(shù)盡量按照已制定的手術(shù)方案進行，觀察術(shù)中所見與模擬手術(shù)所見是否相同，記錄兩組病例手術(shù)時間、動脈瘤術(shù)中破裂例數(shù)、手術(shù)出血量、并發(fā)癥情況等指標進行對比。手術(shù)后3個月進行隨訪，以格拉斯哥預(yù)后量表評分為標準判斷預(yù)后。 統(tǒng)計學分析采用SPSS13.0統(tǒng)計軟件，計量資料以

12、均數(shù)±標準差(Mean±SD)表示，方法采用兩樣本t檢驗；計數(shù)資料采用卡方檢驗；等級資料采用秩和檢驗，各種檢驗方法均以P<0.05示差異有統(tǒng)計學意義。 研究結(jié)論： 1、利用虛擬現(xiàn)實手術(shù)計劃系統(tǒng)可對顱內(nèi)動脈瘤患者進行三維影像重建，在虛擬現(xiàn)實狀態(tài)下能夠清晰和直觀地觀察動脈瘤及其毗鄰結(jié)構(gòu)，據(jù)此可進行術(shù)前評估和手術(shù)計劃的制定，并可按照手術(shù)計劃進行接近實際手術(shù)狀態(tài)的模擬手術(shù)操作和演示，使手術(shù)者提前了解術(shù)中可能出現(xiàn)的情況。

13、2、通過虛擬現(xiàn)實手術(shù)計劃系統(tǒng)的觀測而制定的手術(shù)計劃切實可行，實際手術(shù)中所見的解剖關(guān)系與術(shù)前虛擬現(xiàn)實狀態(tài)的觀察高度一致，模擬手術(shù)能夠為實際手術(shù)提供指導和幫助。 3、虛擬現(xiàn)實手術(shù)計劃系統(tǒng)的應(yīng)用，可減少顱內(nèi)動脈瘤患者夾閉手術(shù)出血量，縮短手術(shù)時間，降低手術(shù)風險。 第三章：虛擬現(xiàn)實技術(shù)在顱底腫瘤手術(shù)計劃中的應(yīng)用 研究目的： 通過對顱底腫瘤患者進行術(shù)前虛擬現(xiàn)實手術(shù)計劃系統(tǒng)的輔助診斷和手術(shù)計劃操作，制定個體化的手術(shù)方案

14、，并進行模擬手術(shù)操作。比較模擬手術(shù)與實際手術(shù)中解剖結(jié)構(gòu)顯示的異同，研究虛擬現(xiàn)實手術(shù)計劃系統(tǒng)能否提高手術(shù)質(zhì)量、縮短手術(shù)時間、減小手術(shù)風險進而改善患者預(yù)后，評價虛擬現(xiàn)實技術(shù)在顱底腫瘤手術(shù)中的應(yīng)用價值。 材料與方法： 選擇南京軍區(qū)福州總醫(yī)院2007年6月至2007年9月收治的顱底腫瘤患者39例，其中手術(shù)計劃組19例，對照組20例。 手術(shù)計劃組患者術(shù)前利用Dextroscope系統(tǒng)進行虛擬現(xiàn)實狀態(tài)下的三維重建，顯示腫瘤與

15、顱內(nèi)重要結(jié)構(gòu)的關(guān)系，觀察腫瘤各剖面的形狀和毗鄰結(jié)構(gòu)，詳細記錄重要解剖數(shù)據(jù)。據(jù)此進行術(shù)前評估，制定手術(shù)方案，按照制定的手術(shù)方案進行模擬手術(shù)，再根據(jù)模擬手術(shù)情況對手術(shù)方案進一步進行修正。 觀察術(shù)中所見與模擬手術(shù)所見是否一致，驗證手術(shù)計劃是否合適。記錄兩組手術(shù)時間、腫瘤切除程度、出血量等指標。術(shù)后復(fù)查CT或MR，了解腫瘤切除程度。出院時記錄患者并發(fā)癥情況，統(tǒng)計兩組住院時間、ICU時間、住院醫(yī)療費。比較兩組手術(shù)出血量、手術(shù)時間、腫瘤切除

16、程度、并發(fā)癥、ICU時間、住院時間及住院醫(yī)療費等指標的差異。 統(tǒng)計學分析采用SPSS13.0統(tǒng)計軟件，計量資料以均數(shù)±標準差(Mean±SD)表示，方法采用兩樣本t檢驗；計數(shù)資料采用卡方檢驗。各種檢驗方法均以P<0.05示差異有統(tǒng)計學意義。 研究結(jié)論： 1、利用虛擬現(xiàn)實手術(shù)計劃系統(tǒng)可對顱底瘤患者進行三維影像重建，該系統(tǒng)形成的三維立體虛擬影像清晰、逼真，可非常直觀地顯示腫瘤的位置、大小及其與血管、神經(jīng)、顱骨的解剖關(guān)

17、系，能使術(shù)者獲得更豐富的立體解剖信息。據(jù)此可進行術(shù)前評估和手術(shù)計劃的制定，并可進行模擬手術(shù)操作和演示，為選擇最佳手術(shù)方案提供依據(jù)。 2、通過虛擬現(xiàn)實手術(shù)計劃系統(tǒng)的觀測而制定的手術(shù)計劃切實可行，實際手術(shù)中所見的解剖關(guān)系與術(shù)前虛擬現(xiàn)實狀態(tài)的觀察高度一致，模擬手術(shù)能夠為實際手術(shù)提供指導和幫助。 3、虛擬現(xiàn)實手術(shù)計劃系統(tǒng)的應(yīng)用，可減少顱底腫瘤患者手術(shù)出血量，縮短手術(shù)時間，降低手術(shù)風險。 4、虛擬現(xiàn)實手術(shù)計劃系統(tǒng)的應(yīng)用并未