利用影像学与虚拟现实技术开创精准手术的患者特异性方法

本项回顾性病例研究的目的是验证在虚拟现实环境中使用量角器的准确性。这是一项盲法研究，将外科医生在虚拟现实中的操作位置与手术中的实际定位进行比较。目前，为了治疗和手术规划，需要在手术开始时获取三维旋转血管造影图像，以实现对脑动脉瘤及其他颅内血管畸形的最佳可视化。

这会使患者暴露于辐射，并延长手术时间。在虚拟现实中进行分割可增强外科医生的信心，并加深对复杂手术病例的理解。人体存在于三维空间中，因此以三维空间观察比观察二维CT或MRI更能准确反映病理解剖结构。

这些发现对研究和医学具有影响，可缩短术中确定成像设备角度所需的规划时间。目前，患者必须接受360度旋转扫描，以确定C型臂的位置。我们相信，通过在手术前提供C型臂定位建议，能够减少患者镇静时间和辐射暴露。分割是指从医学图像中重建患者特异性解剖结构的三维模型的过程。

这是最关键的一步，但在软件需求和人力专业知识方面都耗费大量资源。因此，我们的主要研究重点是利用机器学习技术实现分割的自动化，以降低大规模部署该技术的门槛。首先，获取三维医学数字成像和通信（DICOM）数据集，并将其导入分割软件中。

为了创建目标解剖结构的粗略掩膜，请转到“Segment”选项卡，选择“New Mask Tool”。通过点击并拖动来设置上下阈值边界，以尽可能包含相关的目标解剖结构。或者，输入所需的亨氏单位（Hounsfield unit）数值，然后点击“OK”以完成粗略掩膜的创建。

在“片段”选项卡中，选择“区域生长”以分离出与目标体素直接相连的所有掩膜体素，并通过2D和3D窗口使用“编辑掩膜”功能添加或删除体素。利用“多层面编辑”功能，通过较远层面之间的插值来添加或删除体素，并依次使用“智能填充”和“填充孔洞”功能，以填补掩膜内指定大小的孔洞。在医生确认3D模型的准确性后，将获得的掩膜转换为3D部件，最后将其导出为stl文件。

通过 FileImport.stl 导入所有解剖文件。使用移动和旋转工具，将解剖结构与世界坐标原点对齐。在将患者鼻部与包含耳部和颅顶的垂直轴对齐后，从 Blender 界面右上角小部件中激活正交视图。

为了在虚拟现实中获取C型臂的角度，请导入量角器的.stl文件。为便于测量，将量角器缩放到较小尺寸，并将其放置在动脉瘤外部附近。

将量角器的0度与患者鼻部对齐，并使量角器臂上的缺口朝向患者足部，然后导出为glb格式。首先，准备患者特异性的解剖分段结构及虚拟现实（VR）模型。在课程创建菜单中导入最终模型的gltf文件，弹出提示说明该文件类型未完全支持时，点击确认。

按下操纵杆向下键后，进入透明度菜单，隐藏除目标动脉瘤解剖结构外的所有模型。将医生定位至虚拟现实环境中，并使其熟悉解剖课程内容。在虚拟现实空间中开始录制，让外科医生旋转目标解剖结构，以确定前后位和侧位透视的最佳观察角度。

然后按下停止按钮。在虚拟空间中，将一张模拟荧光透视图像背景的图片放置在模型后方。在虚拟现实（VR）中，外科医生将显示为一副悬浮的眼镜和两个控制器。将相机位置调整至与外科医生的视线对齐，大致对准目标解剖结构的中心。

然后在所需位置捕获二维快照，并对每个优选角度重复此操作。为获取C形臂角度，当外科医生声明优选观察角度时，暂停录制的课程。单击回溯以打开快捷菜单，然后选中量角器开启/关闭复选框。

使用控制器的“抓取”按钮，选择并调整一个指针或直边，使其与外科医生的视角对齐，并穿过量角器的原点。后退远离模型，从对应于C形臂运动的正交视角观察角度。从矢状面和轴状面获取前后角度，然后从冠状面和轴状面获取侧方角度。

轴向平面与C形臂的左右角度相对应，而矢状面和冠状面则与头侧和尾侧角度相对应。在虚拟现实（VR）中由外科医生确定的前后角度与手术过程中实际测量的角度以及真实的术中透视图像角度相似；然而，在同一病例的侧位视图中观察到了差异。