赵振宇,陈凌,刘嘉霖,孙国臣,鲁通,王健,沈少平,张治中,李云利,李鑫,白玉名,潘吉鑫,熊远毅,沙洪飞，余新光

现代神经外科手术理念是精准切除病变且最大程度保护神经功能, 因此导航在神经外科术中应用不可或缺。混合现实技术(mixed reality，MR) 是应用计算机将影像学资料生成虚拟图像并与现场的真实场景叠加，实现虚拟与真实场景的互动。本研究通过应用混合现实多模态导航系统技术对2018年5月—2018年6月解放军总医院神经外科收治的4例病例制定手术方案并实施术中导航，现报告如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 共纳入4例患者，其中男2例，女2例，诊断分别为脑膜瘤、胶质瘤、颅内淋巴瘤、脑脓肿(表1)。治疗方案申请并获得解放军总医院伦理委员会批准，4例患者均被告知并签署参与研究的知情同意书。

表1 患者临床资料和病理结果

1.2 影像学数据获取 头颅影像原始数据(西门子GE 64排螺旋CT，西门子1.5 T术中MRI) 通过院内网PACS软件系统获取。CT普通平扫层厚5 mm，CTA数据层厚0.5 mm，颅骨数据层厚2 mm，MRI数据层厚1 mm。数据格式为 Dicom。

1.3 混合现实图像重建和导航 患者头部带4-6枚脂溶性标记物，术前行颅脑MRI扫描，混合现实导航系统术前使用自研工作站软件(StarSource V1.0 Beta)，通过患者的Dicom数据重建出病灶部位的多模态三维解剖模型，含有皮肤、颅内动静脉以及病变结构，应用弥散张量成像技术重建锥体束、视放射及弓形束等神经结构，导航计划输入导航系统(Medtronic StealthStation i7)，生成手术计划文件(v3d)。手术前将手术计划文件传到自研手术室客户端(StarNav V1.0 Beta)软件中并运行导航软件。将磁导航设备的磁场发射器(加拿大NDI，Aurora)摆放到患者头部边缘，距离不超10 cm，在患者对侧颞部粘附配套的六自由度追踪部件(NDI,Part Number 610066)，使用六自由度探针工具(Part Number 610065)完成点注册。术者佩戴Hololens眼镜(Microsoft，美国微软)将虚拟的全息图像融合叠加于患者头部，并将导航影像投射到手术显微镜(德国OPMI Pentero，Carl Zeiss) 用来辅助手术。术前术中导航定位均同时应用德国博医来(BrainLab)导航系统进行同步对照验证(图1)。

A：混合现实神经外科术中导航系统重建的虚拟3D病变； B：根据术者习惯可以移动虚拟3D病变图像； C：显示两种导航结果的一致性； D：混合现实神经外科术中导航与BrainLab导航结果一致

1.4 手术方法 4例神经外科患者术前均使用混合现实神经外科导航系统重建病变，设计手术切口和选择手术入路，并在全麻气管插管下顺利完成手术。

2 结 果

4例患者均成功进行术前计划并顺利完成手术。同时应用BrainLab导航病变的边界，结果与MR导航结果完全吻合。应用MR导航技术实施2例深部病变的手术导航，手术情况及术中术后复查现实MR导航位置准确。患者术后未出现新发症状，无手术相关并发症，均按时出院。

2.1 病例1 患者女，50岁，因头痛1个月入院，神经系统查体无阳性体征。术前MRI检查示右额部肿瘤，大小约2.4 cm×2.1 cm，与硬脑膜关系密切，局部可见“鼠尾征”。患者进入手术室后在术中磁共振检查室完善术前MRI检查，患者进行插管麻醉的同时，术者进行数据处理，配准重建三维图像并导入导航系统i7，术者佩戴Hololens眼镜可见绿色肿瘤的三维虚拟图像和红色的脑静脉系统图像，颅骨及头皮透明化。根据肿瘤在头部的投影，采取右额部弧形切口(图2)，同时BrainLab导航进行定位表明两种导航结果一致，进行开颅手术证实导航定位准确，铣开骨瓣见硬脑膜与骨瓣粘连紧密，切开硬脑膜见肿瘤灰白、质韧，显微镜下全切肿瘤及其基底硬脑膜，取骨膜修补硬脑膜，磨除增生及破坏的颅骨内板，逐层关颅。术后患者无新发神经功能症状。CT 提示术区无明显出血，术后1周伤口拆线出院。病理报告为脑膜瘤，WHO Ⅰ 级。随访患者现无不适主诉及阳性体征。

A：1.5 T T1增强MRI图像冠状位； B：矢状位； C：轴位； D：术者佩戴HoloLens 眼镜可见3D图像； E：根据混合现实神经外科术中导航系统标记的病变，设计脑膜瘤手术皮瓣，绿色代表脑膜瘤，用红色标记静脉窦和动脉

2.2 病例2 患者男，40岁，因头痛半个月入院，神经系统查体无阳性体征。术前MRI检查示右额叶占位性病变，大小约6.5 cm×5.4 cm，混杂T1，长T2，增强见环形强化和囊变，累及胼胝体。术者重建MR图像并导入导航系统i7，佩戴Hololens眼镜可见绿色肿瘤的三维虚拟图像，静脉系统标记为紫色，脑室系统标记为浅蓝色。BrainLab导航进行定位表明两种导航结果一致，术者应用MR多模态导航标记肿瘤体表投影，采取右额部弧形切口(图3)，铣开骨瓣后神经电生理监测定位中央沟等功能区，额中回造瘘分块切除肿瘤，灰白、质软，显微镜下按计划全切肿瘤。术后患者无新发神经功能症状。复查颅脑CT未见出血，术后 1 周伤口拆线出院。术后报告为胶质母细胞瘤，WHO Ⅳ级。患者因肿瘤复发于2021年1月死亡，生存时间32个月。

A：1.5 T T1增强MRI图像冠状位； B：矢状位； C：轴位； D：根据混合现实神经外科术中导航系统标记的病变，设计胶质母细胞瘤手术皮瓣； E：重建3D混合现实图像，绿色标记病变，静脉窦和动脉用紫色标记，浅蓝色标识脑室

2.3 病例3 患者男，58岁，因头痛伴右侧肢体肌力减弱1周入院，查体：颅神经未见明显异常，右侧肢体肌力Ⅲ级，感觉无异常，余神经系统查体无阳性体征。术前MRI检查示左侧丘脑肿瘤，病变大小约4.1 cm×3.7 cm，等T1长T2，增强见均匀强化，考虑颅内淋巴瘤可能性大。术者重建MR图像并导入导航系统i7，佩戴Hololens眼镜可见绿色肿瘤的三维虚拟图像，红色动脉系统，紫色静脉窦和浅蓝色脑室系统。BrainLab导航进行定位表明两种导航结果一致，按照MR导航系统选择左颞部直切口，颅骨钻孔后，术者在Hololens眼镜中可直观选择避开脑血管的最佳穿刺路径，用Varioguide无框架立体定向系统取肿瘤组织活检，穿刺针到达MR导航活检位置后吸取8条病变组织，注入0.5 mL空气后撤出穿刺针。术中MRI显示穿刺活检位置理想，无出血损伤(图4)。术后患者右侧肢体肌力Ⅳ级，术后1周伤口拆线。术后病理为弥漫大B淋巴细胞瘤，转血液科行化疗。随访患者现无不适主诉，四肢肌力感觉无明显异常。

A：1.5 T T1增强MRI图像冠状位； B：矢状位； C：轴位； D：活检后术中MRI 冠状位； E：矢状位； F：轴位； G：应用混合现实神经外科术中导航系统进行淋巴瘤活检； H：重建3D混合现实图像，粉色标识穿刺的方向和位置，绿色标识病变，红色标识动脉，紫色标识静脉窦，浅蓝色标识脑室系统

2.4 病例4 患者女，44岁，因左侧肢体无力1周入院，查体：左侧肢体肌力0级，感觉无异常，左侧病理征阳性。术前MRI检查示右额叶占位性病变，病变大小约5.2 cm×4.1 cm，环形强化，诊断为脑脓肿。术者进行MR图像重建并导入导航系统i7，佩戴Hololens眼镜可见黄色脑脓肿的三维虚拟图像，可见红色动脉系统，紫色静脉窦和浅蓝色脑室系统的三维虚拟图像。BrainLab导航进行定位表明两种导航结果一致，选择右额部冠状缝直切口，应用MR多模态导航引导下钻骨孔，十字切开硬脑膜，避开蓝色静脉穿刺针沿导航方向进针4 cm到达脓腔，可见引流管内黄色浓稠液体流出，万古霉素盐水反复冲洗引流，放置引流管后逐层缝合(图5)。术后患者左侧肢体肌力Ⅳ级，术后1周伤口拆线。脓液培养结果为肺炎克雷伯菌，术后给予美洛培南，利奈唑胺等药物治疗。随访患者现无不适主诉，四肢肌力感觉无明显异常。

A：1.5 T T1增强MRI图像冠状位； B：矢状位； C：轴位； D：应用混合现实神经外科术中导航系统行脑脓肿引流术，黄色标识脑脓肿，红色标识动脉，蓝色标识静脉窦，浅蓝色标识脑室系统

3 讨 论

神经系统解剖相对复杂，现在手术越来越重视保护神经功能，减少术后并发症[1]，因此精确导航在神经外科手术中的应用越来越广泛。神经导航可以融合MRI、MRA、MRV、DTI等多种影像数据，实现快速地图像重建[2]。术者可以通过标注病变、脑组织、血管、神经传导束等结构的图像，明确病变位置及与周围结构的相互关系[3]，并可将手术计划传输到导航工作站实现术中定位功能。

但现有光学神经导航设备价格昂贵且操作过程比较复杂，很多医院未普及使用。现有光学导航结果在显示器中通常是平面图像，即使三维重建的图像也是显示为降维的二维图像，术者需要在脑海中转化为3D位置关系并与患者真实解剖体位相对应，这依赖术者丰富的解剖知识及手术经验。如果术中根据体位需要进行手术床角度调整、调整手术入路角度，病变角度及位置发生相应的改变时，需要术者重新在脑中构建患者解剖相对位置。这需要通过长时间反复训练，而且可能存在不规范化、不标准化，不易学习掌握的缺点。常规导航需要术者将视线从术区转移到监视器，这种转换过程加长了手术时间，来回转移视线也增加手术风险。混合现实相对价格便宜易于操作，可成为没有配备光学导航单位的备选技术。

MR技术通过生成虚拟图像并投射到手术现实环境中，可直观地可视化显示出患者的病变，因此已应用于骨科、肝胆外科、泌尿外科等手术中[4-13]。神经外科应用MR技术可直接将病变、头皮、颅骨、神经纤维束、脑室、血管等结构三维可视化，并可通过测量病变与解剖标志物之间的距离进行术中导航[12-13]。

在本研究中，应用MR多模态导航系统为4例患者设计手术入路并实施术中导航，获得较理想的效果，总结体会：(1)MR重建的虚拟图像直观可视化在手术环境中可与患者完全重合，较现有的光学导航无需术者根据导航图像在脑中重建三维图像，也无需术者反复抬头看导航显示器，减少视线和注意力在术区和导航监视器间转换；(2)设计手术入路时，可在手术环境中将重建的图像与患者头部叠加，达到混合现实的效果。术中可直接看见病变在患者头部的投影，患者病变、皮瓣、骨瓣可视化直观清晰，根据病变可快速勾画出其边界(图2D)。手术切口较常规导航简单易行，较传统光学导航勾画病变时反复确认病变边界的时间少；(3)对于深部或功能区的病变，MR导航可让术者直观客观地看清楚术区的解剖关系，便于术前制定手术方案，如磨除颅骨的范围，切除肿瘤时皮层造瘘的位置。术中根据肿瘤与锥体束、重要血管、脑室等的关系指导手术，图像直观可视化避免主观判断的误差，尽可能最大程度切除病变且减少神经功能损伤[11]；(4)对于深部穿刺活检的患者，MR导航可直观全息地呈现出病变及临近周围的解剖结构，为术者提供了科学安全的穿刺路径[14]。如病例3淋巴瘤穿刺活检，通过MR导航可直视淋巴瘤周围的血管，避开血管设计穿刺路径(图4H)。病例4通过MR术中导航技术可显示出脑脓肿壁后方的一条血管(图5D)，如果没有MR导航技术提供虚拟图像和导航，仅用传统光学导航时，术者很难发现深部病变的血管位置，也不容易选择最佳穿刺角度避开血管，极可能产生术后血肿等手术并发症。

此外MR导航技术具有直视全息的优势，可用于术前谈话，以更好地让患者及家属理解病情和手术风险。同时也可改变传统的外科医师培训学习模式，提高医师成长速度[15-16]。但是该技术也具有神经导航系统的缺陷，在手术过程中会出现“脑漂移”问题。此时术者可辅以术中MRI，术中超声等实时成像在某种程度上进行纠正偏差[17-19]。由于本研究例数较少，暂时不能得出影响疗效的结论，但是随着病例积累和技术升级，今后MR导航可实现光、电磁混合导航技术并与手术机器人相结合，在神经外科手术中有更广阔深远的应用价值。

利益冲突：所有作者均声明不存在利益冲突。