珠海赛纳数字医疗科技有限公司是珠海赛纳科技股份有限公司的子公司，专注于智慧医疗领域，是一家专业从事3D数字技术应用探索和产品研究的科技创新企业和发展。 公司针对心血管、肿瘤、骨科等领域重大、复杂病例的临床诊疗需求，为医疗机构提供3D数字化重建技术服务、3D打印服务和个性化产品解决方案。 重点研究数字化3D模型重建技术和3D打印技术在临床手术规划、各类手术导板、医用植入物、定制化康复辅具、解剖学教学、手术模拟训练等方面的应用。 为前沿医疗机构提供专业的数字化临床技术服务和科研支持。
进入21世纪以来，随着计算机图形处理技术、计算机断层扫描（CT）、磁共振成像（MRI）和B超等技术的飞速发展，计算机辅助手术（ ，CAS）、计算机综合外科学（ , CIS ）和影像引导手术（ , IGS ）越来越多地应用于现代医疗卫生领域。
混合现实（MR）是近年来兴起的一个新概念。 它最初是由一位教授提出的。 它是虚拟现实（VR）和增强现实（AR）在三维应用中的结合。 MR通过感知周围的物理环境，结合数字虚拟模型，为用户提供虚实融合的图像呈现。 MR技术已经应用于医疗卫生领域的各个方面。 一项新的研究表明，佩戴 MR 相关耳机可以减少医务人员在 COVID-19 流行期间的职业暴露。
MR技术也在许多临床科室得到推广应用，如辅助全髋关节置换术、辅助肝肿瘤切除术、辅助先天性心脏病手术、辅助种植牙手术和正颌外科等。 神经外科是高风险、高技术难度的科室。 将MR技术引入神经外科，可以为患者提供更加精准、微创、个体化的治疗方案，并在一定程度上减少术中血管、神经和重要功能性脑损伤。 组织损伤，减少术后并发症的发生概率，提高患者的生活质量。 从医学教育培训、医患沟通、术中导航等方面阐述了MR技术在神经外科的应用。
一、VR、AR、MR的关系
VR利用计算机技术构建三维虚拟世界，为用户提供视觉、听觉、触觉等感官的模拟，但其中的一切都是虚拟的，是纯虚拟的数字图像。 由于缺乏真实感，VR无法用于实际操作过程，临床医生似乎很难沉浸其中。
AR是利用计算机技术将虚拟模型应用到现实世界中，将真实环境和虚拟结构实时叠加在同一个画面或空间上。 与 VR 相比，AR 的重点是真实世界，而不是完全人造的环境。 AR、VR、MR应用都旨在增强用户当前的体验或真实感。 MR是数字现实加虚拟数字图片。 MR的关键点在于与现实世界进行交互，及时获取信息。 MR作为图形领域的一项新技术，将计算机虚拟模型投射到用户所在的现实世界中，在虚拟世界和现实世界之间建立交互反馈回路，增强用户体验的真实感。
MR系统具有三大特点：现实与虚拟世界的结合、用户与环境的实时交互、虚拟世界与现实的精准匹配。 MR的这些特性在临床医学应用的各个方面都是必不可少的，MR是比VR、AR更实用的技术。
2. MR技术的硬件结构特点及其在神经外科应用的基本流程
目前MR技术的主流设备是微软公司开发的头戴式眼镜，包括显示单元、计算单元和三维空间操作系统。 以微软的最新开发为例。 显示单元为波导和投光器组合，可完美还原全息影像的全貌和细节，透明显示真实环境，面对面交流无障碍。 适应用户的视觉位置，根据用户的眼球运动调整显示颜色； 计算单元保证其强大的3D渲染能力，可以处理高精度的全息图像，不会产生人为的拖影和延迟，保证高帧率的混合现实体验； 三维空间操作系统采用手势识别系统，用户可以通过触摸、拖动等方式与全息影像进行交互，这种交互方式可以满足标定过程中不同手术姿势的需求。
MR技术辅助神经外科手术应用过程简单，不需要大型设备，只需要眼镜和电脑。 首先，获取患者头部CT、MRI的原始DICOM数据，导入3D重建软件系统，通过多个不同的模板进行视觉分割、提取和计算，生成3D虚拟模型，并使用不同的颜色标记肿瘤、血管、神经和脑组织，然后将重建渲染好的3D虚拟模型加载到混合现实设备中，戴上眼镜将重建的虚拟模型对准患者头皮，最终实现术前规划、术前沟通以及基于混合现实技术的术中导航等。
3. MR技术在神经外科的应用
3.1
在医学教育和培训中的应用
在当前的医学教育过程中，由于医疗环境和伦理的制约，以及解剖标本的短缺，医学教学成本不断增加。 MR技术将临床教学过程从使用二维图像和视频转变为交互式移动环境外科模拟手术2怎么过关，帮助学生从三维层面更直观地了解人体复杂的解剖结构，使学生更有效地学习和训练.
目前，MR 手术模拟器正成为初级医生培训的重要组成部分，因为它们可以提供无风险、低成本的培训。 通过MR手术模拟器，初级外科医生可以亲身体验复杂手术的手术过程和相关解剖，无需担心手术风险和事故，使初级医生更快成长，增强对复杂手术的知识。 理解。
在经验丰富的医生的帮助下，MR 技术可以为手术培训提供理想的平台。 通过反复的3D可视化交流和体验，外科医生可以更自然、更自信地提高自己的手术技能，而不会影响患者受伤或发生危险。 对于神经外科来说，颅内解剖结构精细复杂，对医生的解剖知识和操作技能要求极高。 利用MR技术进行辅助学习和训练，可以大大提高专家的训练效率。
3.2
术前医患沟通的应用
医患之间的医学知识背景和信息不对称是造成医患关系紧张的主要原因之一。 由于MR技术三维、逼真、动态的特点，患者及家属可以更直观地体验手术的操作过程，更深入地了解手术方案的细节，提高患者对手术风险和并发症的认识，加深医患关系。 相互理解和信任； 从而减少医疗纠纷，改善不良医患关系。 有研究报道，将MR技术应用于复杂颈部骨折的术前综合管理，可以使医患沟通变得简单、准确、顺畅。
3.3
中枢神经系统肿瘤手术的应用
中枢神经系统肿瘤包括起源于脑和椎管内各种组织的原发性肿瘤，以及从身体其他部位转移至神经系统的继发性肿瘤。 神经胶质瘤、脑膜瘤、垂体瘤和神经鞘瘤是人体神经系统常见的原发性肿瘤。 神经外科的目标是在保留正常神经功能的同时彻底切除肿瘤； 区分肿瘤与周围正常神经、血管的关系是目前神经外科医生面临的一个关键问题。
MR技术可以很好地解决上述问题，辅助显微外科手术在最大范围内准确、彻底切除肿瘤，减少患者术后并发症。 经过几十年的发展，手术导航系统可以帮助医生为患者减少手术时间和手术创伤，提高手术准确性，提高手术成功率。 现代导航技术虽然精度高，但不能减少手术时间，需要复杂的术前校准和占用手术室空间。
将术前肿瘤定位规划与带标准神经导航的眼镜进行比较，发现使用 MR 技术的肿瘤定位与标准神经导航系统相比没有差异，总体中位差异为 0.4 厘米。 外科医生通过重建术前CT或MRI图像获得全息图像信息，并以不同方式进行标记。 同时，术前对肿瘤组织进行标记，实现“虚拟染色”，获得更直观的肿瘤体表投影。 入路和手术切口的设计为更精确和微创的肿瘤切除提供了精确的定位。
以窦旁脑膜瘤切除术为例，MR技术可以将包括头部皮肤、颅骨、脑膜、肿瘤、血管等在内的虚拟患者模型与真实患者的相应部位进行实时匹配，并跟踪手术器械的位置实时。 在对患者脏器进行透视的基础上，可避开重要血管（尤其是引流静脉）和重要功能皮质，指导术者彻底切除肿瘤及受侵硬脑膜，实现脑膜瘤Ⅰ级切除。 以椎管肿瘤为例，MR可用于肿瘤节段的术前定位，也可用于胸腰椎椎弓根螺钉的辅助置入。
通过磁共振导航系统，神经外科医生可以摆脱传统C型臂X线机重复照射的条件，准确定位椎管病变节段并准确置入椎弓根螺钉，避免医生和患者的辐射暴露. 对于功能区肿瘤，在保护患者功能的同时最大限度地切除肿瘤是每一位神经外科医生毕生追求的目标。
MR技术可以利用MRI相关序列和CT数据重建肿瘤及周围重要结构的模型，使外科医生更直观地了解肿瘤周围动静脉血管的走行、神经纤维束的传导及其关系在肿瘤与中央沟和前后中央回之间。 以避开重要位置，准确微创切除肿瘤，提高患者术后生活质量。 对于其他颅内肿瘤，MR技术可以通过三维重建给术者更立体的成像效果，帮助术者制定更准确的手术方案，勾勒出更微创的手术路径，减少对重要血管的损伤和手术过程中的神经。 提高手术质量和效率。
3.4
脑血管病外科的应用
颅内动脉瘤破裂出血的发病率居急性脑血管病前列，仅次于脑血栓和高血压脑出血。 颅内动脉瘤破裂和出血具有高发病率和死亡率的特点。 幸存者仍可再次出血，而再次出血的患者中有 40% 至 65% 会死亡。
目前颅内动脉瘤的主要治疗方法是动脉瘤介入栓塞术和显微动脉瘤夹闭术。 颅内动脉瘤好发于颈内动脉，其位置较深，与眼神经、动眼神经等重要结构相交，手术风险极高。 临床手术前，神经外科医生可以融合DSA、CTA或MRA等多模态影像数据，利用MR技术三维重建动脉瘤的位置、大小、形状、方向、瘤颈宽度及瘤周重要解剖结构，帮助操作者选择合适的手术入路、夹闭动脉瘤颈的方向和选择合适的动脉瘤夹。
尽管三维动脉成像技术已广泛应用于临床外科模拟手术2怎么过关，但仍无法同时显示动脉周围的神经、脑组织、颅骨等重要解剖结构。 研究人员利用虚拟现实和增强现实技术，在术前建立了患者动脉、动脉瘤和颅骨的3D虚拟模型，可以从任何角度观察动脉瘤，模拟手术入路，降低手术风险。
混合现实技术优于 VR 和 AR。 可在手术过程中提供动态反馈和实时导航，更有利于夹闭或栓塞动脉瘤，提高手术效率，降低手术风险。 脑动静脉畸形（-，AVM）是颅内血管畸形中最常见的类型，由胚胎期脑血管发育异常形成。
AVM虽然在病理上属于良性疾病，但其临床病程突然，如不及时治疗，预后不容乐观。 7.5%～15%的AVM患者常伴有动脉瘤，其中一半为多发性动脉瘤，这给AVM患者的治疗增加了难度。 AVM的治疗方法很多，包括显微手术切除、栓塞、放射治疗以及多种方法的联合治疗。 目前首选的治疗方法是显微手术切除，但AVMs的位置、大小、形状、有无动脉瘤的确定，需要高度依赖神经外科医生对影像学数据的判断，凭经验选择最佳手术方案。
伊万等人。 在AVM手术中使用增强现实技术将重建的动静脉畸形、供应动脉、引流静脉和颅骨模型导入显微镜目镜。 操作者根据图像的引导准确制定手术入路，在手术过程中避开重要区域。 血管、神经或脑组织不仅可以保证手术质量，还可以提高手术效率。
3.5
颅脑损伤的外科应用
颅脑损伤是临床常见的创伤性疾病，具有发病率高、死亡率高、致残率高等特点，占全身各部位损伤总数的20%。 原发性颅脑损伤是指在外力直接作用下，引起一系列病理生理改变而引起的损伤，临床常见的是颅内血肿。 血肿定位对于颅内血肿的治疗非常关键。 目前血肿定位主要依靠CT影像和神经导航系统，但神经导航系统存在成本高、制备步骤复杂、耗时长等缺点。 因此，多数基层医院利用CT影像来确定血肿的位置和估计血肿的体积。
这种定位和入路选择高度依赖于神经外科医生的经验，不确定因素较多，导致血肿清除效果不理想，手术损伤功能区的风险增加。 MR技术可以快速利用影像数据重建血肿、重要血管、神经等三维图像，准确计算血肿体积和位置，确定手术入路，设计手术切口，高效清除血肿，保护重要血液血管和神经。
孙等。 报道了 25 例脑血肿穿刺术均采用了 VR 和 AR 技术辅助。 手术时间为40-70分钟。 效力。 MR技术的运用可以辅助神经外科医生准确快速定位出血灶，帮助颅内血肿患者得到及时有效的治疗。
3.6
脑积水的手术应用
梗阻性脑积水多见于颅脑外伤、脑血管病及颅内占位性病变等疾病，可引起颅内压急剧升高，严重者可引起脑疝。 临床上最常用的治疗方法是脑室穿刺外引流，可以快速有效地解除颅内高压的急症，动态监测颅内压。 脑室穿刺外引流的手术路径多是神经外科医生根据头部和体表解剖标志对假想位置和穿刺角度的经验判断。
术者在手术中判断穿刺针是否进入脑室主要依靠临床经验和手感。 虽然有X线导航穿刺方法，并确定了最佳X线剂量，但由于个体差异，即每个脑室的位置和体积，脑室角落的差异，可能会导致一次穿刺不成功甚至多次穿刺； 这会增加脑室周围组织甚至血管受损的风险。
MR技术构建的3D虚拟模型与患者头部匹配后，外科医生佩戴混合现实眼镜实时定位脑室位置，调整进针角度，避开沿途重要结构，准确进入脑室心室，从而提高穿刺成功率。 李等。 将MR技术应用于患者床旁脑室穿刺外引流，证实该方法可行有效，可显着提高穿刺手术的成功率，缩短手术时间，降低手术风险。
4. MR技术的优势与局限
4.1
磁共振技术的优势
(1) 现实与虚拟结合，实时交互，精准匹配：不同于VR和AR，MR实现了虚拟与现实的完美融合，开辟了具有相互校正功能的新视野，显着提高了安全性和准确性的手术。
(2)时效性：基于CT和MRI图像数据，相比3D打印技术至少需要10个小时才能得到一个模型，MR图像的生成只需几分钟，这对于急诊手术尤为重要。
(3)可变性：MR技术构建的虚拟结构可以任意方位渲染（虚拟染色）、放大、分割、调整。 操作者可根据体位变化调整模型，选择合适的重建结构。
(4)医患沟通更充分：MR可以让患者更直观地了解手术方式，解决患者专业知识匮乏的问题，节省术前沟通时间。
(5) 可同时显示周围脑功能区、深部神经纤维束、重要血管、神经等解剖结构，并可兼顾解剖、功能等更多图像信息，实现多模态图像融合。
(6)设备技术难度低，大部分基层医院都能使用。
(7)使用过程省时高效，不会对医患造成额外的辐射伤害。
4.2
磁共振技术的局限性
(1) MR构建的3D虚拟模型来源于术前影像数据。 患者的检查配合、造影剂的剂量、扫描层的厚度、检查后病情的动态变化等都会使模型与现实产生偏差。
(2)在虚拟与现实的实时交互过程中，更要注意模型手势调整的准确性，模型的调整会稍有延迟，对操作会有轻微的影响。
(3)图像配准，即虚拟3D模型与患者手术区域的精确匹配，是MR技术中最重要也是最难的一步。 目前，大脑的定位仅依靠传统的头部标记，难以控制注册时间和准确性。
(4)神经外科主要是显微外科。 佩戴MR技术头戴式设备时，不可能同时使用显微镜进行手术。
(5) MR设备只有视觉输出，缺乏触觉力反馈等感官模拟。
(6)MR技术不能解决导航过程中脑脊液释放后脑组织偏移的问题。
五、总结与展望
塞纳数字医疗认为，从MR在神经外科应用的研究进展来看，MR技术辅助神经外科有待进一步发展和完善。 低的。 对于功能区病灶的切除，术中MR结合神经电生理监测可为神经外科精准手术保驾护航，提供更安全的保障。 MR辅助精准神经外科手术具有可行性和实用性。
MR在神经外科的应用
MR还有助于培养高水平的神经外科医生，促进医患交流，提高手术效率和成功率，推动神经外科精准化、微创化、个体化的发展。 综上所述，MR技术辅助神经外科手术安全、可靠、实用，前景广阔。