《Brain Sciences》：Head-Mounted Augmented Reality in the Planning of Cerebral Cavernous Malformation Resections: Demonstrating Feasibility Through an Initial Case Series
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目的：在功能区脑海绵状血管畸形（CCM）切除术的规划中，病灶定位、相关血管结构和皮质切开选择是关键挑战。头戴式增强现实（HMAR）可以在不造成传统神经导航所强制的视线中断的情况下改善可视化。本研究探讨了HMAR在手术计划修改中的术前可行性及其教育价值。方法：研
目的：在功能区脑海绵状血管畸形（CCM）切除术的规划中，病灶定位、相关血管结构和皮质切开选择是关键挑战。头戴式增强现实（HMAR）可以在不造成传统神经导航所强制的视线中断的情况下改善可视化。本研究探讨了HMAR在手术计划修改中的术前可行性及其教育价值。方法：研究人员对2022年9月1日至2024年8月31日期间所有接受HMAR辅助术前计划的CCM患者进行了单中心回顾性审查。使用HMAR术前查看患者磁共振成像的三维重建。配准准确性通过与传统神经导航的对比确认。手术计划修改定义为手术目标、轨迹或步骤的改变。HMAR的教育价值由受训者评估为“无帮助”（仅确认现有计划）、“有帮助”（促进对病灶的进一步理解）或“非常有帮助”（促进额外的体位或计划修改）。结果：在19例CCM切除患者中，纳入14例HMAR辅助术前计划患者。平均年龄38.6±14.5岁，其中男性6例，女性8例。14例中有3例（21%）在HMAR使用后修改了手术入路：2例为减少皮质破坏，1例为避免损伤相关的发育性静脉异常。所有病例配准均准确。从配准到使用，HMAR在手术室平均增加2.7±1.0分钟。HMAR教育价值的平均评估为“有帮助”。结论：使用HMAR进行术前计划可促进手术计划修改，且通常能提高受训者的理解，同时不引入显著的工作流程中断。三维可视化提供了超越传统二维多平面MRI的动态空间细节。
脑海绵状血管畸形（cerebral cavernous malformation, CCM）在功能区（如运动皮层、语言区）的完全切除要求外科医师在术前规划和术中执行时具备极高的精度。虽然完全切除可降低反复出血和症状发生的风险，但此类手术需要深入理解病灶的三维结构及其与周围神经解剖结构的关系。传统神经导航系统虽有助于规划理想且精准的手术轨迹，但要求外科医师周期性将视线从手术野移至导航显示屏，造成人体工学上的干扰。头戴式增强现实（head-mounted augmented reality, HMAR）作为传统神经导航的辅助或替代手段，有望避免上述视线切换。尽管HMAR在医学教育中日益普及，但在CCM切除术规划中的研究仍然不足。因此，本研究旨在调查HMAR在CCM切除规划中的可行性、评估其对术前规划的影响，并确定其在受训者教育中的价值。
研究人员对2022年9月1日至2024年8月31日期间单中心所有接受开颅CCM切除的患者进行了回顾性审查。除急诊手术及HMAR系统被占用的情况外，HMAR均被用作手术规划辅助；最终共有14例在术前规划中应用HMAR的切除手术符合纳入标准。研究发现，HMAR辅助的术前规划在14例中的3例（21.4%）改变了手术入路，平均仅增加2.73±0.99分钟手术室时间，并被受训者平均评为“有帮助”。该病例系列证实了HMAR用于CCM切除术前规划的可行性，且未引入显著的工作流程中断。
在关键的技术方法方面，研究人员收集患者的术前增强和非增强脑磁共振成像（MRI）以及头颅计算机断层扫描（CT），将图像从影像归档与通信系统（PACS）传输至Medivis Surgical AR工作站，经HoloLens 2头戴显示器生成三维虚拟全息图。在手术室，通过徒手配准（依据体表骨性标志，用手势调整）或光学定位（利用特殊工具匹配物理标志与虚拟基准）将全息图与患者配准，并由单一神经外科医生通过鼻根、外眦、星点、翼点、枕外隆凸等骨性标志定性确认配准准确性。研究方法还记录了手术计划修改（定义为手术目标、入路或步骤改变）、额外手术室时间、术前及术后1个月改良Rankin量表（modified Rankin Scale, mRS）评分，并由脑血管专科进修医师和主治神经外科医生作为受训者对教育价值进行分级评估。样本来源于单中心连续期间的14例CCM切除术患者。
研究结果部分，总体数据显示：19例开放切除中14例（73.7%）采用HMAR辅助术前计划；平均年龄38.64±14.52岁，其中男性6例、女性8例；12例采用徒手全息图配准，2例采用基于虚拟基准的光学定位；所有病例配准均准确；3例（21.4%）的手术入路发生改变；平均mRS评分从术前1.71±0.82改善至术后1个月0.79±0.70（但因无对照组无法归因于HMAR）；HMAR在手术室总使用时间（包括配准和可视化）平均增加2.73±0.99分钟；教育价值平均评分为“有帮助”（2.0±0.78），其中4例（28.6%）被评为“非常有帮助”。以下三个案例进一步展示了HMAR的实际应用：
3.1 案例1：避开运动皮层（Avoiding the Motor Cortex）。患者为三十多岁男性，既往有动静脉畸形（arteriovenous malformation, AVM）切除和立体定向放射外科史，表现为左臂症状性癫痫。MRI显示一7×6×10mm的CCM位于运动皮层正下方，伴水肿和出血。术前HMAR三维可视化清晰揭示病灶的深度、位置和血管关系，使外科医师将经沟入路修改为避开沟内血管结构并采取最直接路径，最终实现完整整块切除，无并发症，术后1年mRS从2改善至1。该案例说明HMAR能够帮助优化运动皮层下CCM的经沟入路，避免损伤重要血管。
3.2 案例2：避开发育性静脉异常和Labbe静脉（Avoiding a Developmental Venous Anomaly and the Vein of Labbe）。患者为六十多岁女性，偶然发现右颞CCM，有创伤性脑损伤、头痛、眼型偏头痛和短暂视觉缺损病史。术前HMAR清晰显示Labbe静脉及与病灶相关的发育性静脉异常（developmental venous anomaly, DVA），促使手术计划进行小幅修改，以避免损伤DVA或过度牵拉Labbe静脉。手术实现大体全切除，无并发症，术后一年患者恢复良好。该案例表明HMAR提供的三维可视化有助于增强对病灶周围血管结构的理解，从而使手术入路更安全。
3.3 案例3：经沟入路切除右枕顶叶海绵状血管畸形（Trans-Sulcal Approach to a Right Occipitoparietal Cavernous Malformation）。患者为36岁女性，因短暂性听力丧失检查偶然发现多个CCM，随访3年后右顶枕CCM从1.7cm增大至2.1cm，且影像显示病变内出血，遂行手术。HMAR在术前规划中提供了邻近静脉的增强可视化和对手术入路的更好把握。手术采用经沟入路，未使用跨皮质路径，分块切除病灶并引流陈旧血产物，无残留或并发症；术后2年无新出血，患者无症状。该案例说明HMAR对显示相邻静脉有益，但本案例中未改变原有手术计划。
在讨论部分，研究人员指出，传统神经导航系统需要外科医师在导航显示屏和手术野之间交替注视，而HMAR允许医师保持对手术野的关注。本系列病例中，HMAR支持从任意角度快速检查病灶，比常规多平面MRI所采用的正交平面具有更高的自由度。虽然在大多数病例（11/14, 78.5%）中，该替代视角仅确认了基于传统方法制定的原有手术计划，但HMAR在3/14（21.4%）病例中促成了切实的手术计划修改，主要归功于三维HMAR能比多平面MRI更清晰地显示病灶周围的血管结构。HMAR也面临若干挑战，包括准备时间以及在术中无法校正组织变形；但本研究中同时计入配准和可视化时间，HMAR平均仅增加手术室时间约2.7分钟，且可纳入现有术前工作流程（总使用时间平均约30分钟/例）。教育方面，大部分受训者（10/14, 71.4%）认为HMAR“有帮助”或“非常有帮助”，即使是对于具有高级神经外科训练的脑血管专科进修医师。研究局限性包括：病例数有限、配准准确性仅经定性评估、缺乏对照组而无法将临床结果的改善归因于HMAR；此外，研究期间HMAR在术中应用尚未获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准，因此需在切皮前移除系统。目前该系统已获FDA批准用于颅脑术中应用，作为传统神经导航辅助手段的吸引力进一步增加。
研究结论部分翻译如下：头戴式增强现实用于术前规划增强了CCM及其相关结构的可视化，在14例中3例（21%）促成了手术计划的重大修改，并经常改善受训者的教育体验。HMAR的主要优势在于实现三维可视化，它比传统二维多平面MRI提供了更丰富的空间细节。平均而言，HMAR的使用为手术室中的外科医师工作流程增加不到三分钟时间。本系列研究强调了采用HMAR进行术前规划的可行性，但由于缺乏对照队列，临床结果相关的获益不能归因于HMAR。未来需要进一步研究来量化临床获益并确定其术中应用价值。
