从规划到执行：脑膜瘤手术中交互式虚拟现实辅助开颅规划

《Brain and Spine》：From Planning to Execution: Interactive Virtual-Reality Assisted Craniotomy Planning in Meningioma Surgery

　　

摘要 引言：脑膜瘤手术中，开颅的范围与精准度对实现预设切除程度至关重要。研究人员将交互式虚拟现实(interactive virtual-reality, iVR)辅助常规整合入开颅规划流程。 研究问题：术前iVR规划的手术入路是否能够准确转移至实际手术室开颅操作中？ 材料与方法：研究人员回顾性纳入83例接受手术治疗的脑膜瘤患者，其手术入路策略均使用MagicLeap 2或HoloLens 2头显进行术前规划与演示。研究将iVR规划组(iVR-Group)与实际开颅组(Real-Group)进行对照，比较指标包括开颅位置、相对大小，以及骨孔位置与数量。 结果：在开颅大小比较中，iVR组的前后径(Anterior-Posterior, AP)比均值为0.40，实际组为0.41，平均偏差17.5%；iVR组外侧比均值为0.45，实际组为0.49，平均偏差15.9%。9.6%的手术中骨孔数量存在差异，3.6%的骨孔位置发生调整。等效性检验(Two One-Sided Tests, TOST)显示两组偏差具有显著性：AP比偏差p=0.015，置信区间(Confidence Interval, CI): -0.047~0.013，等效界值±0.059；外侧比偏差p=0.041，CI: -0.068~0.004，等效界值±0.071。几何指数iVR组为0.423，实际组为0.448，两组百分比偏差仅为5.9%，表明术前规划具有极高的可转移性。 讨论与结论：利用先进的iVR规划脑膜瘤手术入路，能够精确模拟开颅操作，同时兼顾病灶与解剖结构的毗邻关系。iVR规划标志着神经外科交互式学习与策略规划进入新阶段。

论文解读：从规划到执行——脑膜瘤手术中交互式虚拟现实辅助开颅规划

脑膜瘤是最常见的颅内肿瘤，外科切除是首选治疗方案。与深部病变相比，由于脑膜瘤多起源于浅表部位，开颅手术的精准规划显得尤为关键。一个理想的手术入路必须充分暴露肿瘤及“硬膜尾”，同时允许术者选择最佳的操作轨迹，避开重要的神经血管功能区，从而降低复发风险并提高患者预后。长期以来，术前规划主要依赖CT或MRI的二维影像，辅以解剖学标志点和简单的测量工具。尽管神经导航技术的引入改善了可视化，但这种经验积累往往局限于术者个人，缺乏团队层面的交互与传承。相比之下，航空业早已普及高仿真模拟器训练，而神经外科医生的经验获取仍主要依赖于临床实操。随着混合现实(Mixed Reality, MxR)技术的发展，特别是交互式虚拟现实(interactive Virtual Reality, iVR)的出现，为神经外科提供了一种全新的三维可视化与规划手段。为了验证这种新技术能否弥合术前设计与术中执行之间的鸿沟，德国莱比锡大学医院的研究人员开展了一项针对83例脑膜瘤患者的临床研究，旨在评估iVR规划向实际手术转化的准确性与可行性。该研究成果已发表在《Brain and Spine》期刊上。

在研究技术方法方面，研究人员回顾性分析了2024年至2025年间接受手术治疗的83例脑膜瘤病例。研究团队利用Brainlab Smart Brush体积渲染功能，基于术前CT和MRI数据重建了头皮、颅骨、脑组织及肿瘤的三维模型。规划过程通过Microsoft HoloLens 2或Magic Leap 2两款商用增强现实头显进行交互式演示。HoloLens 2使用外部预渲染模型，而Magic Leap 2可直接与Brainlab软件交互。规划流程遵循标准化协议：首先模拟头架固定下的头部体位，随后虚拟演示皮肤切口、骨孔位置、开颅范围及硬脑膜切开，并最终确定Simpson切除分级。为了确保可比性，研究人员未采用绝对长度测量，而是通过轴位和矢状位的投影计算颅骨与开颅窗的前后径(AP)比率及外侧比率。统计分析采用SPSS软件，并通过TOST等效性检验评估两组数据的差异。

研究结果

患者与肿瘤特征：研究共纳入83例患者，肿瘤主要位于大脑凸面(37%)、镰旁(18%)及蝶骨嵴(15%)。所有病例的实际手术入路与iVR规划均保持一致，仅2例(2.4%)因上矢状窦(Superior Sagittal Sinus, SSS)受累情况评估不同导致入路微调，1例(1.2%)开颅形状由方形调整为弧形。

骨孔设置比较：对于翼点、乙状窦后等标准入路，骨孔设置无变化。仅在涉及上矢状窦的凸面或镰旁脑膜瘤中，8.4%的病例骨孔数量（单孔vs双孔）存在差异，总体骨孔位置偏差率为3.6%。

开颅尺寸比较：iVR组的AP比率均值为0.39，实际组为0.41，平均偏差17.5%；外侧比率iVR组为0.46，实际组为0.49，平均偏差15.9%。TOST检验证实两组数据具有显著等效性（AP比p=0.015，外侧比p=0.041）。几何指数（Geometrical Index）分析显示，iVR组为0.423，实际组为0.448，两者间百分比偏差仅为5.9%。

讨论与结论

研究人员指出，该研究证实了iVR环境下的开颅规划能够高精度地模拟真实手术场景。目前的MxR应用主要分为教学、规划和导航三大领域。在教学方面，iVR通过全员参与的研讨会形式，打破了传统教科书的解剖学认知局限，促进了资深医师与住院医师之间的协作学习。在规划方面，iVR不仅能复现标准的颅底入路，还能针对凸面或镰旁脑膜瘤进行个性化的自由设计，动态评估体位、入路点和手术轨迹，从而在术前规避风险。在导航方面，通过Brainlab系统，术前iVR规划的3D体积数据可直接无缝衔接至术中显微镜的头显显示，实现了从虚拟规划到现实操作的连续闭环。

尽管研究存在使用比率而非绝对值测量的局限性，且不同评估者间的测量差异需通过共识解决，但这并未掩盖iVR的临床价值。这种模拟技术填补了理论学习与临床实操之间的空白，允许在不对患者造成风险的前提下探索多种手术方案。研究人员总结认为，利用三维iVR模型进行手术规划能够以极高的准确度描绘手术解剖现实。iVR不仅是脑膜瘤手术规划与培训的重要工具，更有望在不远的将来成为日常神经外科临床实践中不可或缺的组成部分。