基于3D－CTA虚拟现实技术在颅内动脉瘤手术中的应用

杨勇，吴明灿（长江大学临床医学院 荆州市第一人民医院神经外科，湖北 荆州434000）

罗国才，闵杰 （长江大学临床医学院 荆州市第一人民医院神经外科，湖北 荆州434000）

颅内动脉瘤在神经外科是一类致死致残率较高的疾病，目前对其治疗主要采取开颅动脉瘤夹闭和血管内栓塞治疗。在开颅手术夹闭中，我科利用三维CT血管成像（Three－Dimensional Computed Tomography Angiography，CTA）技术，在其基础上行虚拟现实技术处理，模拟手术操作，在手术中按照设定的入路手术，收到良好的效果，现报道如下。

1 对象与方法

1.1 对象

2013年1月至2014年6月首诊为自发性蛛网膜下腔出血的患者24例，其中男14例，女10例，年龄37～68岁，平均年龄（50.4±4.8）岁。所有病例均行3D－CTA检查，发现颅内动脉瘤，均为单发动脉瘤，其中前交通动脉瘤10例，大脑中动脉瘤4例，颈内动脉后交通动脉瘤6例，颈内动脉瘤3例，大脑前动脉瘤1例。术前HUNT分级Ⅰ级2例、Ⅱ级14例、Ⅲ级5例、Ⅳ级2例、Ⅴ级1例。

1.2 方法

1.2.1 术前影像检查 采用美国GE（Discovery CT750HD）宝石能谱C T机对所有患者进行CTA检查。扫描范围从主动脉弓至颅顶，层厚及层距5mm。先行常规平扫，仔细辨别颈内动脉将其作为触发点，然后行3D－CTA扫描，层厚0.625mm、间距0.625mm。再经高压注射器以4.5ml／s注入对比剂，首选注射20～25ml行CT触发点同层扫描，测试造影剂到达峰值指间，然后按照测试值设定延迟时间扫描，设定后注入造影剂60ml，在峰值时间触发扫描。

1.2.2 图像虚拟现实处理及手术模拟指导 将原始图像传送至工作站后，进行后处理，使用Add／Sub剪影软件进行剪影，得到去骨的血管减影原始数据，进行血管手动编辑重建处理，记录发现的动脉瘤位置及指向等。再利用容积成像（volume rending，VR）技术对增强数据进行重建，利用软件中的3D去骨工具行减骨处理，根据之前发现的动脉瘤位置，模拟虚拟的手术入径，模拟经翼点入路或纵裂入路等行虚拟操作，减出合适骨窗，确定骨窗大小、范围，并旋转角度，模拟手术体位进行最佳的显露动脉瘤颈部及与周边血管的关系，记录好工作角度及图片，保存后打印，带至手术室。操作由1名神经外科和1名影像科副主任医师共同完成。

所有患者在全麻下行开颅动脉瘤夹闭术，根据术前虚拟的图像，按照模拟图像摆放头位，并按照虚拟图像所确立的入径，行开颅手术，设计与虚拟图像一致的骨窗，按照术前虚拟的角度，显露最佳的角度暴露动脉瘤，进行手术夹闭。

2 结果

所有患者均顺利完成手术，依据3D－CTA所虚拟的手术入路影像资料均找到动脉瘤，并发现手术中所遇见的骨质遮挡及动脉瘤与载瘤动脉的关系，临近血管的关系与虚拟图像一致。24例患者术后家属放弃治疗失访1例，死亡1例、植物生存1例、其余21例患者术后3月随访重残2例、预后良好19例，术后3～6月均行DSA造影复查，颅内动脉瘤夹闭良好，无复发情况。

3 讨论

虚拟现实（Virtual reality，VR）技术能实现人与计算机之间的互动及对复杂数据的可视化操作，目前有许多虚拟操作手术系统在医学上得到广泛运用，可以用来疾病诊断、术前模拟、医学教学等［1］。它能在虚拟现实状态下对CT、MRI等影像资料进行快速融合重建，并可对重建图像进行融合、旋转、分割、缩放等处理，还能应用模拟手术工具对立体三维图形进行多种仿真手术模拟操作，并能提供一些感官反馈，如触觉反馈等［2］。但因其昂贵的价格，限制了其普及应用。

随着CT技术的进步，特别是3D－CTA技术的发展，利用CT软件系统，可以对数据进行三维重建，并对图像进行任意角度旋转、切割、基于虚拟现实概念，其术前进行虚拟操作，达到动脉瘤夹闭手术所要求的合理角度、方位，清晰显示瘤颈、体等，达到部分虚拟现实技术操作。

颅内动脉瘤夹闭手术因其解剖结构复杂，术中容易发生很多紧急情况，术前制定详细的手术方案，对提高手术成功率极为重要。一旦术中动脉瘤颈显露不清晰，或者周边结构解剖欠佳，易造成夹闭不全或误夹周边血管，造成严重的神经功能损伤。另外术者个人对影像资料的理解可能存在偏差，而极小的偏差，在手术过程中都能造成极大影响。利用3D－CTA行虚拟操作，在术前制定合理的手术入径、选取合适的骨窗大小、最佳的工作角度，对瘤颈及载瘤血管的位置、周边穿支血管的关系显露，可以尽量减少术者主观上对阅片的影响。并且使得术者能够对手术中可能遇见的情况预先了解，使得其在术中有“似曾相识”之感［3］，对其信心能起到提升作用。

患者完成CT扫描数据采集后，在工作站上利用后期软件行VR操作，进行术前虚拟操作，前期需在影像科医师指导下工作，待神经外科医师对软件操作熟练后，可单独完成整个操作，整个时间在15～20min左右，即便需急诊开颅手术，也不会占用太多时间。但为了确保诊断精确及操作精良，我们仍然要求有一名影像科副主任级以上医师协同操作。利用3D－CTA行动脉瘤术前的手术模拟，能对手术操作起到帮助，缩短手术时间，提高手术成功率。

［1］ Palter VN，Grantcharov TP.Virtual reality in surgical skills training ［J］.Surg Clin North Am，2010，90（3）：605－617.

［2］ Stadie AT，Kockro RA，Reisch P，et al.Virtual reality system for planning minimally invasive neurosurgery ［J］.J Neurosurg，2008，108（2）：382－394.

［3］ 王静予，许乐宜，龚立，等 .基于三维CT血管成像的虚拟现实技术在脑血管疾病治疗中的应用 ［J］.上海交通大学学报：医学版，2012，32（6）：779－782.