現代神經外科手術理念對精確定位的要求越來越高，醫師需要最大程度地切除病變且保護神經功能。而現階段大多數醫院應用的神經導航係統的主要缺陷是導航結果需降維顯示在二維膠片或顯示器上，因此術者需要將影像學數據與患者的解剖結構聯係起來，在腦中重建三維結構。而且手術過程中術者視線需從術區反複轉移到導航顯示器，這將導致手術時間增長，並且增大錯誤發生的幾率。

        隨著可視化技術的快速發展，混合現實已越來越廣泛地應用於神經外科，其為術者呈現立體可視的病變結構及清晰的毗鄰重要組織結構，從而降低術後並發症的發生，也便於為患者製定更加精準個體化，安全高效的手術方案。此外，立體影像可讓患者更加容易理解病情和手術過程，提高醫患之間的溝通效率與信任。混合現實技術應用於遠程醫療時，可以提高救治效率，同時可減少醫務人員在新型冠狀病毒流行期間的職業暴露。混合現實技術應用於教學中可縮短年輕醫生掌握操作技術的時間。

        本文闡述了虛擬技術的分類和發展，可視化混合現實導航技術在神經外科手術中的應用及前景，以期推動可視化混合現實導航並聯合5G等技術在外科手術中的應用創新。

1.虛擬現實技術的分類與發展

        20世紀80年代初，美國的JoaronLanier首次提出“VirtualReality”一詞，虛擬現實是利用電腦構造與真實世界相似的數字化虛擬環境，通過輸出設備為用戶提供身臨其境的感受。虛擬現實的基本特征是沉浸性、交互性和構想性;隨後發展的增強現實技術是在虛擬現實基礎上疊加了真實場景。

        虛擬現實提供的沉浸感完全是由計算機創建的虛擬環境，而增強現實則是將計算機生成的虛擬物體、場景疊加到真實場景中，以實現虛擬與現實的交互作用，具有虛實結合、實時交互的特點。現在出現的混合現實技術是增強現實技術的延伸，應用可穿戴式眼鏡，感知外界物理環境並將計算機構建的模型疊加於現實環境當中，從而實現脫離屏幕狀態下的虛擬世界與真實世界的融合，構建了虛擬世界、現實世界和用戶之間一個交互反饋的信息回路，實現虛擬與現實的深度交互與共享。

2.可視化導航技術在神經外科手術中的應用

        增強現實、混合現實等技術已廣泛應用於骨科、泌尿外科等臨床診療中，增強現實或混合現實可把CT或MRI重建的虛擬圖像投射在手術室環境中，疊加於患者的頭部，用可視化的融合圖像為神經外科手術定位導航。在神經腫瘤、神經血管病、脊柱脊髓疾病及其他神經外科疾病的手術治療過程中，可視化導航技術均體現出了其獨特優勢。

        2.1中樞神經係統腫瘤手術

        盡可能完整地切除腫瘤並最大程度保護神經功能，是神經外科醫師追求的目標。而如何在手術當中精準定位，並分辨腫瘤與周圍組織結構的解剖關係，是神經外科醫生麵臨的問題。可視化技術用於開顱皮瓣設計時，可以減少皮膚切口長度。切除腦膜瘤時，可以清楚地顯示腫瘤與靜脈竇的關係，達到完全切除腫瘤並最大程度保護靜脈竇，提高腦膜瘤的切除程度。

        當切除深部的膠質瘤時，可視化技術可以幫助術者選擇最佳的手術入路。當術者需要行皮層造瘺切除腫瘤時，也可以看清造瘺皮質結構及腫瘤周圍血管和神經組織。在顱底手術中，可視化技術可顯示骨結構與病變、顱神經和周圍血管的位置關係，以便設計入路，明確磨除骨質的範圍，這一優勢在神經內鏡顱底手術中同樣至關重要。

        隨著技術的發展，應用視頻投影儀、智能手機或平板電腦輔助進行可視化手術導航與真實結構位置間的誤差也越來越小。HoloLens眼鏡等可穿戴設備與標準神經導航相比，中位誤差為0.4cm。而使用基於攝像頭的運動捕捉係統後，即使導航成像的可視化設備在空間中運動，投影的位置與真實位置的誤差也控製在1mm以內。

        2.2血管病手術

        神經外科血管疾病無論動脈瘤還是動靜脈畸形(arteriovenousmalformation，AVM)，在夾閉動脈瘤頸或切除血管畸形時，顯露病變血管並保護正常血管都是手術能否成功的關鍵。可視化導航技術應用於動脈瘤、AVM手術中，同樣可以減小切口，同時通過優化頭部位置，從而最大程度地減少剝離蛛網膜，並通過3D全方位觀察動脈瘤附近的血管解剖來選擇最佳的夾閉角度及位置。

        而在顱內多發動脈瘤行搭橋手術時，可視化導航係統可以顯示供體血管和受體血管最合適的橋接位置。現在還有研究結合增強現實來評估血液動力學，實現MRI數據的4D顯示。可視化技術被應用於AVM手術當中，術者根據重建的圖像製定手術方案，避免術中對重要血管的損傷，提高了手術效率且減少術後梗阻等並發症。

        2.3顱腦創傷及穿刺手術

        應用增強現實技術，術者可以將患者的血腫及周圍重要的神經血管重建於眼前，從而選擇最佳的手術入路並實現最大程度地清除血腫。相對比傳統的手術方式，增強現實技術的應用最大程度地減少了由於術者經驗所導致的主觀誤差。應用可視化技術輔助腦內血腫穿刺引流術，清除血腫體積可達到97%，並且患者均未出現術後出血的並發症，較大程度提高了手術的安全性。因為個體差異，每個人腦室的位置、體積等存在一定差異，從而難以保證一次穿刺便能成功並使引流位置合適;而多次穿刺導致腦室周圍組織以及血管的損傷幾率增加，增加發生術後並發症的幾率。

        有研究者總結使用HoloLens眼鏡導航行腦室穿刺術，成功置管需要的平均穿刺次數明顯低於徒手組穿刺次數，可視化導航組穿刺偏差也小於徒手穿刺組的偏差。同樣對於腦室腹腔分流術及其他功能手術穿刺放置電極，可視化導航也比傳統導航具備準確率高、誤差小的優勢。

        2.4脊柱脊髓手術

        脊柱脊髓手術中，對病變的準確定位及進行脊柱功能重建是手術的難點。可視化技術的應用，一方麵可進行直觀精準地病變定位，還可以幫助術者選擇脊柱重建的方案。增強現實在脊柱脊髓手術中，可用於設計椎弓根螺釘置釘時的角度和位置。

        研究表明增強現實技術與徒手置釘技術相比，提高了椎弓根螺釘置釘位置的準確性，同時減少了反複使用C臂X線透視的次數，降低了對患者和術者的輻射損傷;增強現實技術在椎弓根置釘位置的精度約為2.2mm。Elmi-Terander等行腰骶椎和胸椎椎弓根手術時發現，與傳統導航相比，可視化導航總體準確性為94.1%。

3.展望

        混合現實導航在神經外科手術中的應用具有很大潛力和廣闊前景，可將重建的虛擬圖像重疊在實際的手術場景中，從而幫助術者準確定位並快速製定手術計劃，減少主觀錯誤的發生。

        混合現實導航通常僅需十幾分鍾的處理即可生成數據，能夠滿足手術及臨床的應用需求。但與所有形式的導航一樣，可視化導航技術也會遇到術中“腦移位”的問題。目前臨床往往通過其他術中監測方法，如MRI、超聲、電生理，提高定位精確度。

        現階段混合現實導航僅有視覺上的輸入，缺乏其他感官的反饋進行輔助。隨著技術的升級，可視化導航可能提供視聽觸等多種模式的反饋，從而進一步減少導航偏差。現階段，隨著中國5G通信技術的高速發展，可視化導航與5G通信技術結合，也將為醫學發展地域不均衡的問題提供解決方法。

        尤其對於基層醫院的神經外科急診手術，有經驗的神經外科醫師無法及時趕到現場時，可通過穿戴設備及可視化導航，遠程指導搶救，甚至參與手術，從而實現真正意義上的遠程醫療。疫情防控期間外科醫師也可以通過虛擬現實技術為隔離病區的醫師提供及時的技術支持，提高隔離區非專科醫師學習掌握新技術的效率，節省會診、穿脫隔離服等過程的時間，同時最大程度地降低了職業暴露的風險。

        隨著科學技術的發展，可穿戴設備的體積也將越來越小，混合現實導航對術者的操作將更加便捷並且不會遮擋手術視野。隨著可視化導航與手術機器人、腔鏡等技術的結合，還可以實現多種器械同時操作、多人協同手術、遠程操作等神經外科手術模式。可視化混合現實導航技術的研發與應用，有望將神經外科手術導航引入一個全新的發展階段。

        來源：陳淩,趙振宇.混合現實導航技術將成為神經外科手術導航的新方向[J].臨床神經外科雜誌,2022,19(02):121-123+129.