虛擬現(xiàn)實(shí)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(xì)的手術(shù)之一。基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的Dextroscope手術(shù)計(jì)劃系統(tǒng)是目前最具應(yīng)用前景的手術(shù)計(jì)劃工具之一。它能夠在虛擬現(xiàn)實(shí)狀態(tài)下對(duì)CT、MRI等影像資料狀態(tài)進(jìn)行快速三維重建，并可對(duì)重建圖像進(jìn)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(duì)立體三維圖像進(jìn)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(xì)地了解手術(shù)區(qū)域的解剖關(guān)系，制定合適和準(zhǔn)確的手術(shù)計(jì)劃。 本研究擬深入

2、開(kāi)展Dextroscope手術(shù)計(jì)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(dòng)脈瘤和顱底腫瘤作為主要的研究方向，重點(diǎn)進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在動(dòng)脈瘤診斷、開(kāi)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(duì)于該系統(tǒng)能否真正提高診斷準(zhǔn)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(wèn)題進(jìn)行探討，并評(píng)價(jià)該系統(tǒng)臨床應(yīng)用的可行性。 第一章：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在顱內(nèi)動(dòng)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(jìn)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與實(shí)時(shí)體積測(cè)量和三維透視相結(jié)合的醫(yī)學(xué)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(shí)環(huán)境，用戶可以利用雙手通過(guò)“進(jìn)入”的方式，利用實(shí)時(shí)三維數(shù)據(jù)進(jìn)行交互式的工作。RadioOexter可將同一病人不同類(lèi)型的影像資料進(jìn)行融合，所生成的三維圖像有更加豐富的信息。RadioDexter也可對(duì)圖像進(jìn)行分割處理，使手術(shù)醫(yī)生能對(duì)手術(shù)區(qū)域各部分的結(jié)構(gòu)有更清晰的認(rèn)識(shí)。利用左右手工具和系統(tǒng)提

4、供的測(cè)量、染色、模擬手術(shù)等工具，可以很簡(jiǎn)便地對(duì)虛擬三維圖像進(jìn)行各種操作。 研究目的： 通過(guò)對(duì)臨床SAH患者進(jìn)行3D-CTA檢查并運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)手術(shù)計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行輔助診斷，研究虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合3D-CTA手段對(duì)破裂性顱內(nèi)動(dòng)脈瘤的診斷價(jià)值，比較此方法與經(jīng)典的DSA方法對(duì)顱內(nèi)動(dòng)脈瘤的診斷效能，探討虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在破裂性顱內(nèi)動(dòng)脈瘤早期診斷中的應(yīng)用價(jià)值。 材料與方法： 選擇南方醫(yī)科大學(xué)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(shí)手術(shù)計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行影像學(xué)診斷，再對(duì)所有診斷為陽(yáng)性和陰性的病例進(jìn)行DSA檢查。對(duì)陰性病例進(jìn)行密切觀察和隨訪，1月后重復(fù)前述步驟進(jìn)行診斷。研究3D-CTA和虛擬現(xiàn)實(shí)手術(shù)計(jì)劃系統(tǒng)對(duì)破裂性顱內(nèi)動(dòng)脈瘤早期診斷的價(jià)值，比較該方法與DSA方法診斷動(dòng)脈瘤的優(yōu)缺點(diǎn)和診斷效能。 本章無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析內(nèi)容，僅對(duì)所得結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)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(duì)顱內(nèi)動(dòng)脈瘤的診斷效能與DSA(或3D-DSA)相同，可以作為破裂顱內(nèi)動(dòng)脈瘤診治的首選影像檢查。在動(dòng)脈瘤急診手術(shù)時(shí)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(jià)值。 2、與DSA(或3D-DSA)相比，3D-CTA的圖像更清晰，并能準(zhǔn)確顯示動(dòng)脈瘤及載瘤動(dòng)脈與顱骨的解剖關(guān)系，可觀察到載瘤動(dòng)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(duì)有靜脈竇干擾的動(dòng)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(jiǎn)便，其生成的三維立體虛擬影像更加清晰、逼真，并可進(jìn)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(zhǔn)確地顯示動(dòng)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(shí)手術(shù)計(jì)劃系統(tǒng)的仿真血管內(nèi)窺鏡工具，動(dòng)脈瘤的瘤頸和瘤體形態(tài)以及瘤腔及載瘤動(dòng)脈內(nèi)的鈣化、血栓和分隔等情況可被清晰呈現(xiàn)，部分動(dòng)脈瘤甚至能提示破口位置。 5、虛

8、擬現(xiàn)實(shí)手術(shù)計(jì)劃系統(tǒng)能夠提高顱內(nèi)動(dòng)脈瘤的診斷精確性，給外科醫(yī)生提供清晰、直觀且準(zhǔn)確的動(dòng)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(kāi)顱手術(shù)提供有用信息。 第二章：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在顱內(nèi)動(dòng)脈瘤顯微外科手術(shù)中的應(yīng)用 研究目的： 對(duì)開(kāi)顱夾閉手術(shù)的顱內(nèi)動(dòng)脈瘤患者，術(shù)前進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)手術(shù)計(jì)劃系統(tǒng)的輔助診斷和手術(shù)計(jì)劃操作，制定個(gè)體化的手術(shù)方案，并按照手術(shù)方案進(jìn)行模擬手術(shù)操作。比較模擬手術(shù)與實(shí)際手術(shù)中解剖結(jié)構(gòu)顯示的異同，并將手術(shù)時(shí)間

9、、出血量、并發(fā)癥情況及預(yù)后等指標(biāo)與未進(jìn)行手術(shù)計(jì)劃操作的對(duì)照組病例進(jìn)行比較，研究虛擬現(xiàn)實(shí)手術(shù)計(jì)劃系統(tǒng)能否提高手術(shù)水平、減小手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)而改善患者預(yù)后，評(píng)價(jià)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在開(kāi)顱夾閉顱內(nèi)動(dòng)脈瘤手術(shù)中的應(yīng)用價(jià)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(dòng)脈瘤擬開(kāi)顱手術(shù)患者106例作為研究對(duì)象，隨機(jī)分為手術(shù)計(jì)劃組和對(duì)照組。手術(shù)計(jì)劃組51例中有21例因未行3D-CTA檢查而剔除，剩余30例進(jìn)

10、行了術(shù)前計(jì)劃操作；對(duì)照組56例，未進(jìn)行術(shù)前計(jì)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(dǎo)入系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)必要的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備處理后加載到VR環(huán)境中，進(jìn)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(jìn)行縮放、測(cè)量、分離、融合等操作，清晰顯示動(dòng)脈瘤及其與載瘤動(dòng)脈和周?chē)Y(jié)構(gòu)的關(guān)系。利用血管內(nèi)窺鏡工具觀察動(dòng)脈瘤與載瘤動(dòng)脈內(nèi)有無(wú)鈣化和分隔，觀察

11、瘤頸各剖面的形狀。 完成對(duì)解剖結(jié)構(gòu)的觀測(cè)后，進(jìn)行術(shù)前評(píng)估和手術(shù)計(jì)劃，手術(shù)計(jì)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(jì)劃進(jìn)行模擬手術(shù)。實(shí)際手術(shù)盡量按照已制定的手術(shù)方案進(jìn)行，觀察術(shù)中所見(jiàn)與模擬手術(shù)所見(jiàn)是否相同，記錄兩組病例手術(shù)時(shí)間、動(dòng)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(biāo)進(jìn)行對(duì)比。手術(shù)后3個(gè)月進(jìn)行隨訪，以格拉斯哥預(yù)后量表評(píng)分為標(biāo)準(zhǔn)判斷預(yù)后。 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析采用SPSS13.0統(tǒng)計(jì)軟件，計(jì)量資料以

12、均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(Mean±SD)表示，方法采用兩樣本t檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料采用卡方檢驗(yàn)；等級(jí)資料采用秩和檢驗(yàn)，各種檢驗(yàn)方法均以P<0.05示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。 研究結(jié)論： 1、利用虛擬現(xiàn)實(shí)手術(shù)計(jì)劃系統(tǒng)可對(duì)顱內(nèi)動(dòng)脈瘤患者進(jìn)行三維影像重建，在虛擬現(xiàn)實(shí)狀態(tài)下能夠清晰和直觀地觀察動(dòng)脈瘤及其毗鄰結(jié)構(gòu)，據(jù)此可進(jìn)行術(shù)前評(píng)估和手術(shù)計(jì)劃的制定，并可按照手術(shù)計(jì)劃進(jìn)行接近實(shí)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(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)手術(shù)計(jì)劃系統(tǒng)的觀測(cè)而制定的手術(shù)計(jì)劃切實(shí)可行，實(shí)際手術(shù)中所見(jiàn)的解剖關(guān)系與術(shù)前虛擬現(xiàn)實(shí)狀態(tài)的觀察高度一致，模擬手術(shù)能夠?yàn)閷?shí)際手術(shù)提供指導(dǎo)和幫助。 3、虛擬現(xiàn)實(shí)手術(shù)計(jì)劃系統(tǒng)的應(yīng)用，可減少顱內(nèi)動(dòng)脈瘤患者夾閉手術(shù)出血量，縮短手術(shù)時(shí)間，降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。 第三章：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在顱底腫瘤手術(shù)計(jì)劃中的應(yīng)用 研究目的： 通過(guò)對(duì)顱底腫瘤患者進(jìn)行術(shù)前虛擬現(xiàn)實(shí)手術(shù)計(jì)劃系統(tǒng)的輔助診斷和手術(shù)計(jì)劃操作，制定個(gè)體化的手術(shù)方案

14、，并進(jìn)行模擬手術(shù)操作。比較模擬手術(shù)與實(shí)際手術(shù)中解剖結(jié)構(gòu)顯示的異同，研究虛擬現(xiàn)實(shí)手術(shù)計(jì)劃系統(tǒng)能否提高手術(shù)質(zhì)量、縮短手術(shù)時(shí)間、減小手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)而改善患者預(yù)后，評(píng)價(jià)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在顱底腫瘤手術(shù)中的應(yīng)用價(jià)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(jì)劃組19例，對(duì)照組20例。 手術(shù)計(jì)劃組患者術(shù)前利用Dextroscope系統(tǒng)進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)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(xì)記錄重要解剖數(shù)據(jù)。據(jù)此進(jìn)行術(shù)前評(píng)估，制定手術(shù)方案，按照制定的手術(shù)方案進(jìn)行模擬手術(shù)，再根據(jù)模擬手術(shù)情況對(duì)手術(shù)方案進(jìn)一步進(jìn)行修正。 觀察術(shù)中所見(jiàn)與模擬手術(shù)所見(jiàn)是否一致，驗(yàn)證手術(shù)計(jì)劃是否合適。記錄兩組手術(shù)時(shí)間、腫瘤切除程度、出血量等指標(biāo)。術(shù)后復(fù)查CT或MR，了解腫瘤切除程度。出院時(shí)記錄患者并發(fā)癥情況，統(tǒng)計(jì)兩組住院時(shí)間、ICU時(shí)間、住院醫(yī)療費(fèi)。比較兩組手術(shù)出血量、手術(shù)時(shí)間、腫瘤切除

16、程度、并發(fā)癥、ICU時(shí)間、住院時(shí)間及住院醫(yī)療費(fèi)等指標(biāo)的差異。 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析采用SPSS13.0統(tǒng)計(jì)軟件，計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(Mean±SD)表示，方法采用兩樣本t檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料采用卡方檢驗(yàn)。各種檢驗(yàn)方法均以P<0.05示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。 研究結(jié)論： 1、利用虛擬現(xiàn)實(shí)手術(shù)計(jì)劃系統(tǒng)可對(duì)顱底瘤患者進(jìn)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(jìn)行術(shù)前評(píng)估和手術(shù)計(jì)劃的制定，并可進(jìn)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(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)手術(shù)計(jì)劃系統(tǒng)的觀測(cè)而制定的手術(shù)計(jì)劃切實(shí)可行，實(shí)際手術(shù)中所見(jiàn)的解剖關(guān)系與術(shù)前虛擬現(xiàn)實(shí)狀態(tài)的觀察高度一致，模擬手術(shù)能夠?yàn)閷?shí)際手術(shù)提供指導(dǎo)和幫助。 3、虛擬現(xiàn)實(shí)手術(shù)計(jì)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(shí)間，降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。 4、虛擬現(xiàn)實(shí)手術(shù)計(jì)劃系統(tǒng)的應(yīng)用并未