2023年Journal of Neurosurgery Case Lessons 专刊报道日本学者使用头戴式显示器的手术案例。神经外科手术在显微镜、内镜、外视镜等几种视觉增强工具之外继续探索其它显示技术和手术的配合可能。
摘要
背景
神经外科中的外视镜检查具有多种优点,包括增加观察轴的自由度,同时外科医生保持舒适的直立位置。然而,避免干扰手术操作的最佳显示器定位仍未解决。在此,作者描述了使用外视镜将三维头戴式显示器 (3D-HMD) 引入经颅神经外科手术的两个案例。
观察结果
病例1为一名50岁男性,因反复鼻出血就诊,被诊断为嗅神经母细胞瘤,从鼻腔延伸至前颅底,并浸润右前颅窝。病例2是一名65岁男性,出现鼻出血,被诊断为左侧嗅神经母细胞瘤。在这两种情况下,均通过使用 3D-HMD 的同步外视镜经颅入路和内窥镜鼻内入路成功进行了整块肿瘤切除术,无需在患者旁边观看大型监视器。
这是在经颅手术中使用 3D-HMD 的第一份报告。3D-HMD 有效解决了视野和注意力问题,同时保留了在 3D 监视器上观察时传统显微和外视手术的有效性。将 3D-HMD 与外视镜相结合有可能成为下一代手术方法。
关键词
3D头戴式显示器; 成神经细胞瘤
缩写
3D-HMD = 三维头戴式显示器; CT=计算机断层扫描; MRI = 磁共振成像
据报道,神经外科手术中的外视镜手术具有多种优点,包括增加观察轴的自由度,同时外科医生保持舒适的直立位置。然而,显示器的最佳定位仍然是一个未解决的问题。显示器的放置位置应避免造成其他工作人员干扰外科医生和屏幕,并干扰外科医生的注意力。在此,我们报告了使用特定的三维头戴式显示器 (3D-HMD) 3D View Vision(FASE Co., Ltd.)的新颖经验,作为克服颅脑手术中这些挑战的潜在解决方案。
病例展示
病例1
临床表现和术前影像学
患者为一名 50 岁男性,主诉为反复鼻出血。初步检查发现鼻腔肿瘤突出,随后通过活检诊断为嗅神经母细胞瘤。该患者的病史包括糖尿病,糖化血红蛋白浓度为 8.0%。嗅觉正常,但出现右侧溢泪和持续性鼻出血。磁共振成像(MRI)显示肿瘤从鼻腔延伸至前颅底,浸润右前颅窝,有增强。我们使用 3D-HMD 和内窥镜鼻内方法同时进行外视镜经颅方法进行整体肿瘤切除。
手术及术后过程
头颈外科医生从眼眶内侧解剖肿瘤,然后进行鼻内窥镜解剖以进行鼻腔手术。我们同时通过双侧冠状皮肤切口进行双侧额部开颅手术。开颅手术后,引入ORBEYE系统(奥林巴斯美国),不再观看大型监视器,而是佩戴3D-HMD进行手术可视化(图1)。我们小心地将肿瘤从正常颅底边界切除,将其与受影响的右前颅叶分离,并同时进行鼻内手术,成功实现完全整块切除。使用游离颞肌筋膜以水密方式重建硬脑膜,并将颅骨膜瓣贴在其上。手术时间为9小时36分钟,其中3D-HMD的使用时间为6小时53分钟。术后没有观察到新的神经功能缺损,头部计算机断层扫描(CT)也没有发现任何令人担忧的发现。术后对比增强MRI显示所有强化病灶完全去除(图2)。患者恢复顺利,未出现脑脊液漏。此后,他接受了一个疗程的放射治疗,分两次提供总计 66 Gy 的剂量。
图1 手术者佩戴带有侧视图的 3D View Vision。黄色箭头表示通过 3D-HMD 观察到的指向手术区域的视线。红色箭头表示用于直接观察手术视野的视线。
图2 病例 1.术前(左)和术后(右)冠状钆增强 T1 加权 MRI。对比度增强病灶被完全去除。
病例2
临床表现和术前影像学
一名 65 岁男性最初就诊于当地耳鼻喉科医师处,以评估复发性鼻出血。活检证实了嗅神经母细胞瘤的诊断,患者被转诊至我们的机构进行进一步的手术治疗。术前T2加权MRI显示肿瘤充满左侧鼻腔并延伸至左侧筛窦,增强病灶浸润前颅窝。
手术及术后过程
与第一个病例类似,我们在 3D-HMD 的帮助下,结合开颅手术和内窥镜经鼻入路,进行了额筛肿瘤切除术。手术时间为5小时47分钟,其中使用3D-HMD 5小时33分钟。术后,没有观察到新的神经功能缺损,头部 CT 也没有发现任何令人担忧的发现。术后对比增强MRI显示所有强化病灶完全去除(图3)。患者恢复顺利,未出现脑脊液漏。在撰写本文时,计划进行术后放射治疗。
讨论
观察结果
在此,我们报道了两例引入3D-HMD结合外视镜进行经颅手术的手术病例。迄今为止,尚未发表有关使用 3D-HMD 进行颅脑手术的其他报告。我们之前报道过,同时使用经颅外视镜和内窥镜鼻内入路是前颅底恶性肿瘤整块切除的有效手术策略。在前颅底手术中同步经颅外视镜和内窥镜鼻内入路的一个重要优点是减少手术时间。此外,值得强调的是,经鼻和经颅外科医生可以在手术过程中协作实时确认颅底骨切割线,从而实现更精确的切口。这种协调的方法还允许使用颅周皮瓣和鼻中隔皮瓣,这对于预防术后脑脊液漏非常有效。然而,这种协调方法的一个未解决的问题是大型外视镜监视器的定位。根据显示器的位置,其他工作人员可能会遮挡外科医生和显示器之间的视野,导致外科医生倾斜头部才能清楚地看到显示器。使用大型显示器时显示器和外科医生之间的距离比使用传统双目显微镜时更大。在这些条件下,在较深的地点周围进行解剖具有挑战性。此外,使用 ORBEYE 定位助手比使用传统双目显微镜更复杂。对于目前的病例,我们能够利用 ORBEYE 的有效性并通过使用 3D-HMD 解决挑战来创造更舒适的手术环境。
使用外视镜的优点在于能够在不改变外科医生位置的情况下进行手术,即使在需要不同视角的手术中也是如此。另外,在头颈外科医生进行的联合手术中,手术区域上方的空间扩展允许同时进行鼻内手术。然而,挑战仍然存在:显示器通常距离较远,由于其他工作人员位于外科医生和屏幕之间,外科医生的视野中可能存在障碍,并且可能难以保持注意力集中。此外,ORBEYE 可能会使助手的手术更具挑战性,因为屏幕可能无法正确朝向手术区域。助理需要将脖子弯曲90°,以不舒服的姿势进行手动操作才能观看显示器(图4)。
图3 使用 ORBEYE 进行同步经颅和鼻内手术的术中场景。显示器通常距离太远,其他工作人员有时会遮挡外科医生的屏幕视野(黄色箭头),使外科医生很难完全集中注意力。助理还必须采取不舒服的姿势来查看监视器。绿色箭头表示外科医生和助理的视线。
在本文描述的手术期间,外科医生和助手的位置以及机器设置保持不变。有时,医生和其他工作人员可能会进入手术台底部屏幕之间的空间。然而,外科医生和助手都没有看脚侧的屏幕;他们都在看屏幕。相反,他们会查看护目镜内反射的屏幕,以确保过程不会中断(图 5)。本例中使用的 HMD 不仅保留了在 3D-HMD 观察下的传统显微和内窥镜手术的有效性,而且还解决了与可见度和注意力相关的问题(视频 1)。因此,它被认为是潜在的下一代手术方式。
图5 使用 3D-HMD 进行同步经颅和鼻内手术的术中场景。使用该显示器,外科医生和助手都不需要查看患者脚侧的屏幕。黄色箭头表示神经外科医生的视线(左)。外科医生和助手可以查看护目镜内反射的屏幕,确保手术不间断。黄色箭头表示神经外科医生和助手的视线(右)。
3D View Vision 的总重量为 280 克,提供相当于 57 英寸的视角,能够从 HMD 的下部勘察环境。外视镜图像通过有线或无线连接传输到 3D-HMD,使外科医生和助手能够可视化手术区域。此外,头戴式显示器向每只眼睛传送单独的图像,确保逼真的立体视觉体验。重要的是,现场手术过程与显示器上显示的相应图像之间存在最小甚至没有明显的时间延迟。然而,3D-HMD 的使用存在几个问题。首先,虽然外科医生可以从 3D-HMD 下方直接观察手术区域,但实现精确的手动操作可能具有挑战性,特别是在更换刮刀等复杂手术期间。其次,3D-HMD 的视觉对准经常会受到设备移动的干扰,因此需要在手术期间经常进行重新调整。第三,该显示器的分辨率为3840×1080像素,低于4K显示器,需要改进。此外,视野内还有未使用的空间可以从增强中受益。在这个系列中,两种情况下佩戴3D-HMD的平均时间为5小时40分钟。尽管重量不是主要问题,但重要的是要考虑到可能需要改进以支持未来该设备的扩展使用。
该报告有两个主要局限性。首先,它仅基于两种使用3D-HMD的情况;因此,还需要进一步积累案例才能充分了解该设备的优势。此外,由于本报告主要涉及主观的用户体验,因此在未来的研究中需要更加客观的评估和分析。
教训
本研究中使用的3D-HMD成功解决了与视野和注意力相关的问题,同时确保了3D监视器观察下传统显微和外镜手术的有效性。3D-HMD 有潜力成为下一代手术方式。