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，以及錯綜復(fù)雜的周圍神經(jīng)分支共同構(gòu)成，其核心部件被堅固的顱骨與脊柱緊密守護。神經(jīng)系統(tǒng)的健康關(guān)乎著人體的每一個簡單動作與高級智能，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，但其高昂的費用、對身體的重大創(chuàng)傷及潛在的并發(fā)癥風(fēng)險，長期以來一直是患者和社會體系共同面臨的醫(yī)療難題。

腦膠質(zhì)瘤是最常見的原發(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，而在臨床實踐中，神經(jīng)外科醫(yī)生和患者本人一直面對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，和別人說話時總是詞不達意，急躁易發(fā)怒的奇怪癥狀，在當?shù)蒯t(yī)院檢查發(fā)現(xiàn)，罹患了腦膠質(zhì)瘤，腫瘤累及到了語言和運動功能區(qū)，如圖1所示?；颊唛_顱手術(shù)的話，面臨術(shù)后失語、偏癱，甚至昏迷的風(fēng)險。

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

近20年來，精準外科理念以其“微創(chuàng)化、精準化、智能化”的優(yōu)勢，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、可量化評估以及可控化執(zhí)行三個層面，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。北京清華長庚醫(yī)院神經(jīng)外科主任楊學(xué)軍教授團隊接診了劉老爺子，根據(jù)病情，為他安排了詳細的影像學(xué)檢查評估，考慮到腫瘤位置較深，通過常規(guī)的解剖標志定位方法容易出現(xiàn)偏差，術(shù)中也容易迷路，給患者帶來不可預(yù)見的風(fēng)險。首先通過影像分割及重建技術(shù)完成了腦皮層拓撲結(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，實現(xiàn)腦膠質(zhì)瘤的可視化分析。通過多模態(tài)影像融合技術(shù)，在術(shù)前對手術(shù)范圍進行勾畫，分析重要功能區(qū)與腫瘤的關(guān)系，規(guī)劃手術(shù)入路并進行安全性分析。隨后利用神經(jīng)纖維束追蹤和腦功能自動分區(qū)技術(shù)，識別負責(zé)語言和運動的傳導(dǎo)纖維和皮層功能區(qū)，如圖3所示，實現(xiàn)腦膠質(zhì)瘤的可量化評估，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)評估，在開顱手術(shù)之前，楊學(xué)軍教授團隊為患者確定了手術(shù)理想的擺放體位及開顱骨窗的范圍，如圖4所示，保證參與手術(shù)團隊更好地理解和配合，促進年輕醫(yī)師的成長進步。

圖2 腦皮層、腫瘤及傳導(dǎo)束三維結(jié)構(gòu)重建，黃色團塊為腫瘤組織，可見其累及額顳葉，綠色為弓狀束，其是患者語言用的結(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皮層拓撲重建，可見腫瘤附近腦功能區(qū)受累，負責(zé)運動和感覺的中央?yún)^(qū)形態(tài)不清，黃色腫瘤組織側(cè)方受弓狀束遮擋，額葉方向為安全區(qū)，不會傷及語言功能

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，在腦海中將術(shù)前影像及計劃進行空間轉(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)生很難精準地將在腦海中還原上述信息，因此楊學(xué)軍教授團隊利用混合現(xiàn)實技術(shù)，將具有患者個人信息的傳導(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。使用增強現(xiàn)實技術(shù)進行虛擬手術(shù)，優(yōu)化手術(shù)流程，并使手術(shù)團隊在術(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。

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

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，對重要神經(jīng)核團與神經(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)示著腫瘤對神經(jīng)功能存在嚴重影響，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)，同時還要達到控制繼發(fā)癲癇的目的。

在手術(shù)過程中，楊學(xué)軍教授團隊利用神經(jīng)導(dǎo)航的精準引導(dǎo)，安全地進行手術(shù)切除。同時，還使用混合現(xiàn)實技術(shù)實時展示手術(shù)進程，對重要結(jié)構(gòu)、血管、纖維束等進行實時呈現(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)時長，對于減少手術(shù)花費和降低感染率至關(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)團隊成功地將數(shù)智外科技術(shù)運用到腦膠質(zhì)瘤實際手術(shù)當中，通過對手術(shù)過程的全流程目標管理，在目前已經(jīng)建立的數(shù)智診療平臺上做到術(shù)前有準備、術(shù)中有目標、切除有標準、重點有預(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、費用更低、恢復(fù)更快的診療體驗，這就是科技創(chuàng)新的魅力。

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