Смещение мозга в нейронавигации Одной из основных технических проблем, с которыми сталкиваются традиционные методы нейронавигации, является смещение мозга. Поскольку традиционная навигация использует данные предоперационной визуализации пациента. Поскольку ткань мозга не является жестким телом, деформация мозга [29-30] (деформация мозга), также известная как дрейф, часто происходит во время реальной операции из-за биомеханических свойств ткани, гравитации, изменений внутричерепного давления, потери спинномозговой жидкости, хирургических операций и состояния анестезии. Обобщение 1000 нейрохирургических случаев в отделении нейрохирургии больницы Хуашань показало [31]: дуральное смещение 2,80 ± 2,48 мм, кортикальное смещение 5,14 ± 4,05 мм и опухолевое смещение 3,53 ± 3,67 мм, причем наиболее драматичными были операции на полушариях головного мозга. Ошибки смещения мозга приводят к снижению точности локализации нейронавигации по предоперационным изображениям, что нарушает точность и безопасность операции и приводит к послеоперационным остаткам опухоли или повреждению нормальных нейроваскулярных структур. Поэтому изучение новых методов коррекции ошибок смещения мозга стало актуальной темой в области нейронавигационной хирургии. В целом, проблему смещения мозга можно решить тремя способами: (1) метод локализации с помощью микрокатетера; (2) метод вычислительной модели с обновленным изображением; (3) метод интраоперационной визуализации в реальном времени.
1. Техника локализации микрокатетера Перед рассечением твердой мозговой оболочки вокруг очага поражения под руководством нейронавигации устанавливается микросиликоновая трубка (1-2 мм в диаметре). После рассечения твердой мозговой оболочки, хотя спинномозговая жидкость теряется или мозг смещается во время резекции поражения, микрокатетер также перемещается вместе с ней, и хирург может продолжить операцию под руководством микрокатетера. Нейрохирургия Хуашань создала этот метод в 1999 году, и многолетняя клиническая практика подтвердила его простоту, экономичность и эффективность, но недостатком является то, что этот метод более грубый в позиционировании.
2.Метод коррекции модели Смещение мозга компенсируется и корректируется с помощью коррекционной программной техники. В настоящее время существует в основном три вида моделей: математическая модель (например, модель B-образца), физическая модель (например, линейная упругая модель и модель теории затвердевания) и метод атласа деформации мозга (BDA). В основе лежит метод нежесткой регистрации, основанный на вычислительной модели [32]. В предыдущем исследовании наша группа разработала линейную упругую физическую модель и математическую модель, основанную на алгоритме «тонкой плиты», для более точного моделирования интраоперационной деформации тканей мозга, что является простым, быстрым и надежным способом исправления ошибок деформации мозга.
(1) Математическая модель тонкопластинчатого алгоритма Основываясь на исследованиях некоторых зарубежных ученых [33], данная группа прогнозирует функциональную деформацию изображения мозга путем улучшения алгоритма нежесткого выравнивания 3D изображения тонкопластинчатых полос для решения проблемы внутренней деформации (номер патентной заявки на изобретение: 200910047537.2). Математическая модель тонких плитообразных полос применяется для интерполяции деформации в любом месте внутри ткани мозга в соответствии с изменением положения анатомических маркерных точек. Прогнозируемые деформированные функциональные изображения мозга (BOLD и DTI) затем объединяются с интраоперационными структурными изображениями МРТ для устранения ошибок функциональной локализации мозга, вызванных его смещением [34]. В данном исследовании мы использовали предоперационные МРТ-изображения и интраоперационные МРТ-изображения в качестве предоперационных и интраоперационных полей данных соответственно, и деформация анатомических маркерных точек была получена путем выравнивания предоперационных и интраоперационных полей данных, что позволило избежать ошибок, вызванных физическими моделями, а результаты экспериментов на животных и клинических испытаний подтвердили хорошую точность предсказанной деформации. В данном исследовании была достигнута функциональная неврологическая навигация в реальном времени на основе интраоперационной МРТ с низкой интенсивностью поля, что является предварительным шагом для преодоления этой международной проблемы.
(2) Линейно-упругие физические модели Физические модели могут ограничивать движение мозговой ткани через ее биомеханические свойства (например, эластичность ткани, величину передачи давления воды и т.д.), поэтому их также называют биомеханическими моделями. По сравнению с математическими моделями, преимущества этих моделей в том, что они позволяют значительно сократить вычислительные усилия, не требуют больших образцов, обладают надежной точностью и могут быть легко применены в клинических условиях. Наша группа разработала линейную упругую физическую модель (патент № ZL200410024847.X 08/23/2006) для более точного моделирования интраоперационной деформации тканей мозга.
Эксперименты на животных подтвердили [35, 36], что средняя ошибка прогнозирования этой линейной упругой физической модели составляет <1 мм (0,97±0,44 мм); точность коррекции составляет от 56,5% до 90,0%, в среднем 68,0±9,6%. На основе этой модели мы написали программное обеспечение для коррекции смещения мозга 3D Imageâ, которое может быть загружено на платформу отечественной нейронавигационной системы FDM Excelim-04 (разработанной Центром цифровой медицины Фуданьского университета). Мы подтвердили в ходе клинических испытаний, что модель предсказывает надежные результаты и может значительно повысить точность и безопасность нейронавигационной хирургии.
(3) управлять моделью на основе взаимосвязи между поверхностью операционного поля и глубокой деформацией, и, наконец, генерировать изображения высокого разрешения и предсказательной точности коррекции смещения мозга.
3.Интраоперационные методы визуализации Интраоперационные методы визуализации в настоящее время являются более зрелыми методами, включая КТ, УЗИ и МРТ методы визуализации. Самыми ранними методами, используемыми для интраоперационной визуализации, были КТ и УЗИ, о которых впервые сообщили Шалит (1979) и Рубин (1980) соответственно. Хотя в последнее время КТ была усовершенствована и имеет хорошее разрешение, особенно для костей, она все еще не так хороша, как МРТ для мягких тканей, а поскольку КТ радиоактивна, она может быть вредна для человеческого организма при длительной работе в такой среде. Интраоперационная ультразвуковая технология в последнее время быстро развивается и может использоваться для 2D и 3D визуализации, но ее разрешение все еще уступает КТ или МРТ, а проникающая способность ультразвука обратно пропорциональна разрешению, т.е. проникновение уменьшается при увеличении разрешения. Поэтому из-за этих недостатков применение интраоперационной КТ и интраоперационного УЗИ ограничено и не продвигается. Поэтому в настоящее время для коррекции смещения мозга чаще используется интраоперационная магнитно-резонансная томография (МРТ).