神經(jīng)系統(tǒng)作為人體最復(fù)雜、功能最重要的核心體系，猶如一張精密編織的網(wǎng)絡(luò)，由顱腦這一指揮中心、穿行脊柱的脊髓，以及錯(cuò)綜復(fù)雜的周圍神經(jīng)分支共同構(gòu)成，其核心部件被堅(jiān)固的顱骨與脊柱緊密守護(hù)。神經(jīng)系統(tǒng)的健康關(guān)乎著人體的每一個(gè)簡(jiǎn)單動(dòng)作與高級(jí)智能，其病變范圍廣泛，可波及顱腦、脊柱乃至四肢，疾病種類紛繁復(fù)雜，從致命的腫瘤、復(fù)雜的血管病變，到突如其來(lái)的創(chuàng)傷、神經(jīng)功能障礙，乃至先天性的結(jié)構(gòu)畸形，幾乎覆蓋了醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的所有難題。手術(shù)作為治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的關(guān)鍵利器，雖能有效緩解病癥，但其高昂的費(fèi)用、對(duì)身體的重大創(chuàng)傷及潛在的并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)，長(zhǎng)期以來(lái)一直是患者和社會(huì)體系共同面臨的醫(yī)療難題。

腦膠質(zhì)瘤是最常見(jiàn)的原發(fā)性中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤，手術(shù)切除是首選的治療手段，以最大程度地安全切除為原則，而在臨床實(shí)踐中，神經(jīng)外科醫(yī)生和患者本人一直面對(duì)著腫瘤切除與功能保存的矛盾，年近七旬的劉老爺子就經(jīng)歷過(guò)這種艱難的抉擇。老爺子是一名離退休職工，一輩子工作兢兢業(yè)業(yè)，任勞任怨，然而最近半年卻出現(xiàn)了記憶力下降，和別人說(shuō)話時(shí)總是詞不達(dá)意，急躁易發(fā)怒的奇怪癥狀，在當(dāng)?shù)蒯t(yī)院檢查發(fā)現(xiàn)，罹患了腦膠質(zhì)瘤，腫瘤累及到了語(yǔ)言和運(yùn)動(dòng)功能區(qū)，如圖1所示?；颊唛_(kāi)顱手術(shù)的話，面臨術(shù)后失語(yǔ)、偏癱，甚至昏迷的風(fēng)險(xiǎn)。

患者M(jìn)RI圖像示左側(cè)額顳部占位性病變，T2WI呈等高混雜信號(hào)，周圍水腫明顯，增強(qiáng)掃描呈現(xiàn)花環(huán)樣不均勻強(qiáng)化

近20年來(lái)，精準(zhǔn)外科理念以其“微創(chuàng)化、精準(zhǔn)化、智能化”的優(yōu)勢(shì)，逐步打破了傳統(tǒng)外科的弊病，其核心技術(shù)包括可視化分析、可量化評(píng)估以及可控化執(zhí)行三個(gè)層面，充分幫助醫(yī)生完成多源信息整合，窺探疾病本質(zhì)，做出手術(shù)決策。北京清華長(zhǎng)庚醫(yī)院神經(jīng)外科主任楊學(xué)軍教授團(tuán)隊(duì)接診了劉老爺子，根據(jù)病情，為他安排了詳細(xì)的影像學(xué)檢查評(píng)估，考慮到腫瘤位置較深，通過(guò)常規(guī)的解剖標(biāo)志定位方法容易出現(xiàn)偏差，術(shù)中也容易迷路，給患者帶來(lái)不可預(yù)見(jiàn)的風(fēng)險(xiǎn)。首先通過(guò)影像分割及重建技術(shù)完成了腦皮層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及腫瘤的三維重建，明晰了腫瘤和大腦的空間解剖關(guān)系，如圖2所示，實(shí)現(xiàn)腦膠質(zhì)瘤的可視化分析。通過(guò)多模態(tài)影像融合技術(shù)，在術(shù)前對(duì)手術(shù)范圍進(jìn)行勾畫(huà)，分析重要功能區(qū)與腫瘤的關(guān)系，規(guī)劃手術(shù)入路并進(jìn)行安全性分析。隨后利用神經(jīng)纖維束追蹤和腦功能自動(dòng)分區(qū)技術(shù)，識(shí)別負(fù)責(zé)語(yǔ)言和運(yùn)動(dòng)的傳導(dǎo)纖維和皮層功能區(qū)，如圖3所示，實(shí)現(xiàn)腦膠質(zhì)瘤的可量化評(píng)估，制定最優(yōu)的手術(shù)路徑以降低腦損傷，確定在腫瘤切除過(guò)程中需要著重避免損傷的區(qū)域?；谝陨峡梢暬翱闪炕臄?shù)智外科技術(shù)評(píng)估，在開(kāi)顱手術(shù)之前，楊學(xué)軍教授團(tuán)隊(duì)為患者確定了手術(shù)理想的擺放體位及開(kāi)顱骨窗的范圍，如圖4所示，保證參與手術(shù)團(tuán)隊(duì)更好地理解和配合，促進(jìn)年輕醫(yī)師的成長(zhǎng)進(jìn)步。

圖2 腦皮層、腫瘤及傳導(dǎo)束三維結(jié)構(gòu)重建，黃色團(tuán)塊為腫瘤組織，可見(jiàn)其累及額顳葉，綠色為弓狀束，其是患者語(yǔ)言用的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，其他彩色結(jié)構(gòu)為鄰近其他腦功能區(qū)

圖3腦功能分區(qū)與腦結(jié)構(gòu)3D皮層拓?fù)渲亟ǎ梢?jiàn)腫瘤附近腦功能區(qū)受累，負(fù)責(zé)運(yùn)動(dòng)和感覺(jué)的中央?yún)^(qū)形態(tài)不清，黃色腫瘤組織側(cè)方受弓狀束遮擋，額葉方向?yàn)榘踩珔^(qū)，不會(huì)傷及語(yǔ)言功能

圖4術(shù)前決策與手術(shù)虛擬規(guī)劃，箭頭所示為避免傷及功能區(qū)的手術(shù)切除路徑，下方為虛擬骨窗示意，在保證充分暴露腫瘤的前提下，可以有效避免不必要的創(chuàng)傷

通常情況下，由于手術(shù)特殊體位的原因，術(shù)者往往需要依靠既往經(jīng)驗(yàn)，在腦海中將術(shù)前影像及計(jì)劃進(jìn)行空間轉(zhuǎn)換，想象手術(shù)體位下的病變結(jié)構(gòu)、位置與正常神經(jīng)的關(guān)系等。由于顱腦結(jié)構(gòu)復(fù)雜，醫(yī)生很難精準(zhǔn)地將在腦海中還原上述信息，因此楊學(xué)軍教授團(tuán)隊(duì)利用混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將具有患者個(gè)人信息的傳導(dǎo)束和腫瘤影像信息原位映射于病人頭顱之上，如圖5所示。使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行虛擬手術(shù)，優(yōu)化手術(shù)流程，并使手術(shù)團(tuán)隊(duì)在術(shù)前明確手術(shù)理念與思路，術(shù)者就可以清晰直觀地了解到病變的位置，決定手術(shù)路徑，有效地避開(kāi)正常腦功能區(qū)和神經(jīng)纖維束，在最大程度切除腫瘤的過(guò)程中，做到手術(shù)創(chuàng)傷可控，患者術(shù)后神經(jīng)功能可預(yù)測(cè)。

圖5  原位AR疊加顯示，可見(jiàn)擺放體位后將術(shù)前計(jì)劃高精度還原在患者真實(shí)頭顱之上，可以看到弓裝束與腫瘤的空間關(guān)系，理解手術(shù)場(chǎng)景下的手術(shù)實(shí)施計(jì)劃

本例病例中，患者腫瘤位于腦深部，毗鄰重要神經(jīng)功能區(qū)，包繞重要血管，對(duì)重要神經(jīng)核團(tuán)與神經(jīng)纖維束都有推擠與壓迫，患者癲癇發(fā)作的起病特征也預(yù)示著腫瘤對(duì)神經(jīng)功能存在嚴(yán)重影響，因此，手術(shù)的目的不僅要完整切除腫瘤為后續(xù)的同步放化療打下基礎(chǔ)，而且要力爭(zhēng)完整保留神經(jīng)功能，使患者術(shù)后獲得最優(yōu)的生存狀態(tài)，同時(shí)還要達(dá)到控制繼發(fā)癲癇的目的。

在手術(shù)過(guò)程中，楊學(xué)軍教授團(tuán)隊(duì)利用神經(jīng)導(dǎo)航的精準(zhǔn)引導(dǎo)，安全地進(jìn)行手術(shù)切除。同時(shí)，還使用混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)時(shí)展示手術(shù)進(jìn)程，對(duì)重要結(jié)構(gòu)、血管、纖維束等進(jìn)行實(shí)時(shí)呈現(xiàn)，完整保留患者神經(jīng)功能，如圖6所示。顯微鏡和超聲吸引等高精尖設(shè)備起到了非常重要的輔助作用，它們可以幫助術(shù)者判斷腫瘤組織與正常腦結(jié)構(gòu)的組織學(xué)界限，高效地完成腫瘤切割、止血等操作，大大地提升手術(shù)效率，減少手術(shù)時(shí)長(zhǎng)，對(duì)于減少手術(shù)花費(fèi)和降低感染率至關(guān)重要。

圖6 術(shù)中AR高精度導(dǎo)航定位腫瘤與功能區(qū)

基于上述研究，手術(shù)團(tuán)隊(duì)成功地將數(shù)智外科技術(shù)運(yùn)用到腦膠質(zhì)瘤實(shí)際手術(shù)當(dāng)中，通過(guò)對(duì)手術(shù)過(guò)程的全流程目標(biāo)管理，在目前已經(jīng)建立的數(shù)智診療平臺(tái)上做到術(shù)前有準(zhǔn)備、術(shù)中有目標(biāo)、切除有標(biāo)準(zhǔn)、重點(diǎn)有預(yù)警、意外有預(yù)案，使患者獲得療效更好、安全性更高、并發(fā)癥更少、費(fèi)用更低、恢復(fù)更快的診療體驗(yàn)，這就是科技創(chuàng)新的魅力。

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