19、神经外科手术导航规划的多模态风险地图应用

神经外科手术导航规划的多模态风险地图应用

1. 研究背景

脑肿瘤在人类癌症病例中占比不到 2%，但由于大脑极其敏感，仍会导致较高的发病率。2016 年德国脑癌患者的五年平均生存率为 23%。鉴于大脑的敏感性和手术的高风险性，导航微创程序成为了标准治疗方法，而选择合适的手术器械轨迹对于神经外科手术的快速、安全执行以及减少对非肿瘤组织的损伤至关重要。

目前，标准的手术轨迹规划依靠外科医生手动操作，这依赖于医生的经验，且医生需要考虑轨迹上的每个图像切片和不同的风险结构，过程复杂且耗时。虽然已有一些脑肿瘤切除规划系统被提出，但它们大多存在不足，如未考虑手术规划工作流程、未整合多种风险结构或未提供风险地图在颅骨表面的投影等。

2. 研究目的

本文旨在为神经外科医生提供一个简单高效的 3D 风险结构可视化和更快的神经外科干预规划工具。该系统支持医生选择最合适的切入点和进入路径，避免重要结构，减少对健康组织的潜在创伤。研究通过将不同的风险结构整合到一个整体、易于扩展的模型中，并考虑不可形式化的专家知识，为医生提供全面且交互式的决策支持。

3. 方法

• 风险地图创建 ：
  • 医生获取患者的多模态 3D 医学图像（如 CT 和 MRI）后，创建多个风险地图，代表患者头部内的重要结构，如血管、功能区、神经纤维束、皮肤、颅骨和脑室系统，以及肿瘤组织。
  • 每个风险地图存储在自己的数据结构中，以实现更灵活的处理能力。风险地图从患者的分割 3D 医学图像数据中提取，受限于先前获取的图像模态。
  • 血管通过数字减影血