脑外科手术模拟器原理

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脑外科手术模拟器原理

来源：健安Blog

   一款能让神经外科医生在术前进行预演（如同飞行员操作飞行仿真机）的新型模拟器，将有可能革新医生训练和掌握脑外科手术的方式。

这款名为Neurotouch的模拟器原型机是由加拿大国家研究理事会（NRC）和其外的几个研究小组共同开发的，给予外科医生在进入手术室前于虚拟现实中的一个试演，以潜在减少手术失误。

    首先，将患者的功能核磁影像数据渲染至一个三维高分辨率的个体脑的模型中。将模型载入到模拟器系统后，通过操作一个类似手术刀的物理装置，医生能实时在显示屏上探查并处理肿瘤及其它一些虚拟物。这个装置有6个自由度，能够重建真实器械与不同韧度的脑组织相异抵触的力反馈。同时，如照片般逼真的在屏虚拟物展示模拟化的外科手术，包括灰质出血和搏动。

    "这是第一个全面整合医学图像处理，实质模型，有限元建模，图形学和触觉学技术来创造一个为患者个性化仿真的模拟器"，一位帮助开发Neurotouch的NRC 神经科学家Ryan D'Arcy这样说，“另外一个显著特色是结合了fMRI中功能脑地形图数据，这使关键的大脑区域如语言中枢能够更准确地得到成像”。

    这个造价910万美元， 跨度三年旨在开发一种神经外科模拟器的工程，开始于2008年4月，来自全加拿大的50名临床工作者和工程师参与其中。就在上个月，这个工程成为了一个标志性的里程碑，Nova scotia省Halifax市的外科医生在对一个48岁的妇女进行毗邻语言中枢的良性肿瘤手术前用它进行了演练，5个小时的手术取得了成功，该妇女在随后的第二天后出院。尽管这个过程相对简单，但这是第一次将模拟器用于这种类似手术。

    Halifax市伊丽莎白女王二世健康科学中心的首席外科医生David Clarke称赞这个原型机做的非常逼真。“我们的外科团队以一种以前从未有过的认识和把握进去演练，术后Clarke说，“我认为这不仅有助于预先同患者详述病情，也有助于他们整个手术的预后”。

    随着脑部手术为追求更小的创伤而变得更加复杂，年轻的外科医生可通过这个模拟器能得到更好的训练，参与这项工程的蒙特利尔神经病研究所暨医院的的Rolando Del Maestro这样说，“我们神经外科医生会越来越像仿真机飞行员，我们可以检验我们的技术是否到达到了某个水平”，Del Maestro还补充说模拟器可能有助于加快手术训练。

    一名多伦多患童医院的神经外科医生 Abhijit Guha，却并不附庸于Neurotouch，他说虚拟外科无法取代真实手术，“这个系统其中一个不足之处是它是基于存档的MRI片，而手术是随着脑和脑脊液移位而进行的，这样系统就不可靠了”，Guha说： “同时，也存在判断方面的因素，特别是当弄错了某些事情”。

    原型机的一个技术局限是它仅能标记出靠近脑组织表面的肿瘤，并且外科医生仅能使用一只手，尽管如此，改进工作将持续到2011年的4月，最终的机器能允许医生使用多种外科工具和双手在脑深部区域操作。

    NRC计划将原型机推广到加拿大的各个神经外科中心，然后2年内将技术转移给商业合作伙伴。商业版本根据各自不同功能，价格在1万美元到50万美元之间。“套装不仅包括基于计算机的最佳手术路径选择的计划器也包括外科任务和典型外科操作的训练器”，领导这项开发工作的NRC的 Roboert Diraddo说：“二者将整合到患者个体化的演练系统”。

    "最初的目的是商业化神经外科模拟器"，D'Arcy 说“目标是将模拟器推广到遍布世界的临床中心，医院和教学中心，但是这还需要大量的工作要做”。和教学中心，但是还要有大量的工作要做。