基于透明脑室模型的内镜与大脑相互作用实时可视化

《Child's Nervous System》：Real-time visualization of endoscope–brain interactions using a transparent ventricular model

　　

摘要

目的

安全的脑室内神经内镜手术需要在狭窄且常发生畸变的工作通道内对器械进行精细控制。相当一部分手术并发症——如穹窿损伤和血管受损——源于内镜镜身/套管与脑室内结构之间的机械相互作用，而这些结构在手术过程中对外科医生是不可见的。目前没有现有的高保真模拟器能够实时、外部可视化这些“盲区”动作。我们开发了一种新型的高清晰度透明脑室模型，以阐明这些相互作用，并为手术训练和临床前设备验证提供可靠的平台。

方法

该透明脑室模型采用高清晰度聚氨酯和弹性体材料制成，经过工程设计以近似人类脑白质的粘弹性性质和杨氏模量。关键解剖标志，包括穹窿、隔静脉和丘纹静脉、静脉角、脉络丛和乳头体，使用嵌入的彩色编码 PVC 薄膜进行标记。该模型置于注水的亚克力腔室中，以匹配折射率并确保光学清晰度。我们模拟了标准的神经内镜手术——包括内镜下第三脑室造瘘术 (ETV)、隔造瘘术、脉络丛凝固术 (CPC) 和肿瘤活检——通过额部和顶部入路使用硬性和软性内镜。器械与组织的相互作用通过内镜和多个外部摄像头角度同时记录。

结果

该模型成功实现了对体内原本不可见的结构位移的连续、实时可视化。在 ETV 模拟过程中，通过室间孔推进揭示了穹窿柱的显著压缩和侧向位移，即使内镜视图显示为中心轨迹。硬性内镜显示出更大的“机械足迹”，在清扫操作过程中向脑实质传递更高的剪切力。相反，软性内镜允许在颞角和枕角进行更精细的导航，尽管观察到尖端弯曲会导致丘脑间粘连的局部位移。特定的“盲区”风险，如在回撤套管过程中丘纹静脉的牵拉，被明确识别。

结论

这种透明模型揭示了复杂机械相互作用，这些相互作用对手术安全至关重要，但在常规手术中被掩盖。通过为“视野外”器械运动提供反馈回路，该系统作为神经外科教育、轨迹优化和下一代内镜器械临床前评估的不可或缺的工具。