新聞中心訊 “通過ipad呈現的增強現實神經導航系統就像我們在抗戰片中看到的地雷探測器，隨著ipad在患者不同身體部位上方的移動，屏幕上也會隨之產生出相應的圖像🧗🏿，並最終鎖定患者顱內腫瘤的具體位置4️⃣，引導醫生實現對腫瘤的‘精確手術’。” 恒行2平台數字醫學研究中心主任宋誌堅教授這樣概括他領導團隊所開發的增強現實神經導航系統😁。
在即將舉行的2013年中國國際工業博覽會上➖，宋誌堅教授將和他的團隊展出他們的這一最新研發成果💮。在數字醫學領域👩🏼⚖️，這一成果在國際上尚屬首創👞。
神經導航系統產品主機照片
神經導航系統：顱腦手術不可或缺的“引導員”
眾所周知🧏♂️，腦腫瘤等腦部疾病嚴重危及患者生命安全🦸🏿，而顱腦手術是治療該類疾病的最直接有效的方法🌵🤶，但風險極高、難度極大。顱腦它不僅要求術者將腫瘤完全切除→，還要求對重要神經結構進行精確保護、免受損傷。臨床實踐表明，傳統的手術方式很難完全實現這一目標🎻。事實上🧑🦼，目前，約有20%的病例，在顱腦手術後存在腫瘤殘留或引發偏癱、失語等後遺症。
為了解決顱內精確定位➔、精確手術的問題，醫生們急需一位兼具“透視眼”和“放大鏡”功能的高超“引導員”，為手術刀精確“製導”🧑🏿🌾，對腫瘤精確“打擊”。而神經導航系統，就是基於這種需求逐步發展而來🥎。
神經導航技術🥢💂🏽，又被稱為無框架立體定向導航技術或影像導向外科➡️。是立體定向技術、現代影像學技術、人工智能技術和微創手術技術結合的產物。神經導航系統能對虛擬的數字化影像與神經系統實際解剖結構之間建立起動態關系。換言之，他不僅能金精確掃描和定位神經系統內部的結構和情況，還能將這些數據通過直觀、影像的方式在系統的顯示器上實時反映給使用人員♠︎，建立顱腦內的三維空間定位和術中實時導航功能，從而不間斷地給神經外科醫生反饋手術過程，從而實現精確引導的目的。
然而👩🏽🌾，即使當前國際上最先進的神經導航系統❤️🔥，由於核心部件——光學定位儀自身精度很難掌控，導致導航系統存在定位誤差🤸🏼，故不能真實反映開顱後病人腦組織形態隨時間變化的情況🤽🏻♀️🚒。“人腦是一個活的器官🐞，不像死的野外空間👩🏻🦼，神經導航不能僅像GPS那樣光反映顱腦內的位置信息💅，還要隨時能夠反映各種不同功能傳導束的位置信息，以及它們和腦功能和腦腫瘤間的相互關系，”宋誌堅老師解釋，“換言之♨️，神經導航系統還應該是一全方位的用於顱內手術的腦功能監測儀，這樣的大信息量才能滿足臨床需求。”
針對以上的缺陷🤸🏼♂️，宋誌堅教授率領其課題組在國家自然科學基金、上海市科委重大科技攻關基金的支持下歷經8年艱辛，研製成功的高精度神經外科手術導航系統，並獲得了2013年的國家技術發明二等獎。由宋誌堅團隊開發的系統具備了獨特的三大“法寶”：
第一個“法寶”是一個能夠對術中腦變形進行實時矯正的系統🤏🏿。該系統基於人腦動態模型，能夠對手術中腦變形引起的誤差進行實時模擬和矯正，從而使神經導航系統不僅能“定位”還能監控腦形態🧁，從而大幅提高了導航系統的定位精度。第二個“法寶”是發明了一個可以在神經導航系統中準確顯示腦白質傳導束位置信息及示蹤情況的技術🧎🏻♂️，可在導航手術中實時告知醫生當前操作是否會對腦白質傳導束造成損傷，避免產生不良影響。第三⬆️，是宋誌堅團隊開發的系統具備了針對大範圍🖊、多目標的光學動態跟蹤技術。這就好比使神經導航這位“引導員”擁有了神奇的“第三只眼”🚳。該技術大幅提升了神經導航關鍵部件 —— 光學定位儀的跟蹤精度與範圍👨🏻，其各項性能指標均優於國際上最先進的同類產品指標👴🏻，已成為國內外公認的提升光學定位儀精度的有效方法，它為神經導航整體性能的提升奠定了基礎。
增強現實2.0版神經導航系統🧑🦯⚠️：使虛擬圖像與真實情況的合一
盡管第一代高精度神經導航系統已經達到國際先進水平🎀，但宋誌堅對此並不滿足🫃🏿🧦。“由於系統終端設備的設置問題🍎，在傳統的神經導航系統(IGNS)中🪣，電腦虛擬圖像與患者的真實情況在位置和時間上還是分離的”👱🏿，宋誌堅告訴記者🙋🏽♀️，“這種‘虛’與‘實’的分裂👩🏿💼，造成了三個問題🤏：一是進行顱腦手術是🚺🙇，主刀醫生被迫要在電腦屏幕與患者之間轉頭甚至來回跑來跑去以切換視野，從而影響了手術精度🏄；二是固定顯示屏的設置容易增加醫生的疲勞感，從而增加了手術失誤幾率；第三延長了手術時間🧑🏽🚒。”
針對這些問題， 宋誌堅課題組提出了“增強現實”的概念。“為什麽要實現增強現實🤚？因為在第一代神經導航系統中😲，由電腦生成的虛擬圖像與患者的真實圖像是分離的🤱🏻。簡單來講📗，‘增強現實’就是把虛擬圖像與真實場景重疊後呈現出來。”然而，這一融合的難題，不僅是擺在宋誌堅團隊面前的難題👭，同時也是國際上數字醫學領域的共同議題𓀐。針對這一難題，國際上大致有兩種研究路徑：第一種是以德國的研究為代表的頭盔顯示器式🩳🩹，另外一種是以美國研究為代表的懸吊式顯示方案（Slice Image Overlay）。
頭盔式顯示方案🧑🏽🚀，就是將一個頭盔顯示器固定在醫生頭部🦧🧙🏽♂️，並通過前方的半透明屏幕將醫生看到的實際場景與電子屏顯示的虛擬圖像重合起來。但是🪩，頭盔式的設計雖然解決了“虛實”分離的問題，不過同樣帶來新的不便——沉重的頭盔又悶又熱，這對醫生本身就是一個負擔🍋👨🏼。宋誌堅團隊也曾嘗試研發過類似的儀器，不過在臨床醫生試用中並不受一線醫生的歡迎。
而美國學者研發的懸吊式方案似乎更為可行。該方案🧩，在患者腦部上方的懸掛固定一個電子儀器發射光束🫷🏿，在患者身體上的病患部位直接用激光束繪製出虛擬圖案（即直接把導航圖像打在患者身上）。但是這一方案的負面效用同樣明顯🚤，“在患者身體表面繪製的圖像是二維的，這並不能滿足外科手術的需求💆🏽♂️。同時，懸掛在患者上方的儀器，在一定程度上仍然會幹擾醫生進行手術。”
有鑒於此，宋誌堅團隊獨辟蹊徑，想到了一個現在已經司空見慣的數碼產品——平板電腦👰🏻🧘🏽。最終，宋誌堅團隊將神經導航系統“移植”到ipad上，開發出了2.0版的增強現實神經導航系統。
圖為恒行2研發增強現實神經導航系統，能大幅提升顱腦腫瘤手術的成功率💇🏼♀️。
“平板電腦的攝像頭能夠將患者的真實圖像采集到屏幕上，隨後電腦模擬的數字影像會重疊在真實圖像表面👱🏽♂️。當平板電腦在患者的不同部位移動時，外接設備會實時更新位置信息👧🏼，令屏幕上的數字影像隨之而發生改變”宋誌堅介紹道。
宋教授打了一個比方，“平板電腦就像一把無形的刀，無論移動到身體的哪個部位⚔️，都會將這個區域‘切’開，顯示在平板電腦屏幕上，從而可以顯示出病患部位的不同的腦部截面圖像和相關臨床所需的信息。”
應用前景廣泛：顱腦腫瘤患者迎福音
據悉，宋誌堅團隊開發出的國產高精度神經外科手術導航系統👧🏼👷♀️，已經取得了令人滿意的臨床效果。至今全國有近40家醫院推廣應用該系統，並在該系統的協助下，成功實施了包括膠質瘤🏊🏻♀️👩✈️、腦膜瘤、血管瘤👨🦼➡️、骨纖維結構不良、齒狀突畸形等在內的高難度神經導航手術逾1萬例。臨床實踐證明👮🏽♂️，該系統可提高腦腫瘤的影像學完全切除率86.7%，降低術後並發症12.1%💇🏿🧑，這一成果已經使我國神經外科學技術一舉躋身於國際先進行列。
而作為2.0版的“增強現實神經導航系統”至今也已有20余例臨床試驗案例，並獲得了良好的手術效果。在談到未來數字醫學的發展趨勢時🏄🏿♀️，宋誌堅表示“數字醫學應用非常廣泛，有很好的前景🤙🏻。神經導航是其重要的研究路徑之一👰🏿♂️🎖。增強現實神經導航系統雖然仍處於試驗階段👨🏼🏭，但我相信它肯定會有非常廣泛的臨床應用前景，為顱腦腫瘤患者手術治療、延續生命送去福音👨🏻🔧。”
