神经系统作为人体最复杂、功能最重要的核心体系，犹如一张精密编织的网络，由颅脑这一指挥中心、穿行脊柱的脊髓，以及错综复杂的周围神经分支共同构成，其核心部件被坚固的颅骨与脊柱紧密守护。神经系统的健康关乎着人体的每一个简单动作与高级智能，其病变范围广泛，可波及颅脑、脊柱乃至四肢，疾病种类纷繁复杂，从致命的肿瘤、复杂的血管病变，到突如其来的创伤、神经功能障碍，乃至先天性的结构畸形，几乎覆盖了医学领域的所有难题。手术作为治疗神经系统疾病的关键利器，虽能有效缓解病症，但其高昂的费用、对身体的重大创伤及潜在的并发症风险，长期以来一直是患者和社会体系共同面临的医疗难题。
脑胶质瘤是最常见的原发性中枢神经系统肿瘤，手术切除是首选的治疗手段，以最大程度地安全切除为原则，而在临床实践中，神经外科医生和患者本人一直面对着肿瘤切除与功能保存的矛盾，年近七旬的刘老爷子就经历过这种艰难的抉择。老爷子是一名离退休职工，一辈子工作兢兢业业，任劳任怨，然而最近半年却出现了记忆力下降，和别人说话时总是词不达意，急躁易发怒的奇怪症状，在当地医院检查发现，罹患了脑胶质瘤，肿瘤累及到了语言和运动功能区，如图1所示。患者开颅手术的话，面临术后失语、偏瘫，甚至昏迷的风险。
患者MRI图像示左侧额颞部占位性病变，T2WI呈等高混杂信号，周围水肿明显，增强扫描呈现花环样不均匀强化
近20年来，精准外科理念以其“微创化、精准化、智能化”的优势，逐步打破了传统外科的弊病，其核心技术包括可视化分析、可量化评估以及可控化执行三个层面，充分帮助医生完成多源信息整合，窥探疾病本质，做出手术决策。北京清华长庚医院神经外科主任杨学军教授团队接诊了刘老爷子，根据病情，为他安排了详细的影像学检查评估，考虑到肿瘤位置较深，通过常规的解剖标志定位方法容易出现偏差，术中也容易迷路，给患者带来不可预见的风险。首先通过影像分割及重建技术完成了脑皮层拓扑结构及肿瘤的三维重建，明晰了肿瘤和大脑的空间解剖关系，如图2所示，实现脑胶质瘤的可视化分析。通过多模态影像融合技术，在术前对手术范围进行勾画，分析重要功能区与肿瘤的关系，规划手术入路并进行安全性分析。随后利用神经纤维束追踪和脑功能自动分区技术，识别负责语言和运动的传导纤维和皮层功能区，如图3所示，实现脑胶质瘤的可量化评估，制定最优的手术路径以降低脑损伤，确定在肿瘤切除过程中需要着重避免损伤的区域。基于以上可视化及可量化的数智外科技术评估，在开颅手术之前，杨学军教授团队为患者确定了手术理想的摆放体位及开颅骨窗的范围，如图4所示，保证参与手术团队更好地理解和配合，促进年轻医师的成长进步。
图2 脑皮层、肿瘤及传导束三维结构重建，黄色团块为肿瘤组织，可见其累及额颞叶，绿色为弓状束，其是患者语言用的结构基础，其他彩色结构为邻近其他脑功能区
图3脑功能分区与脑结构3D皮层拓扑重建，可见肿瘤附近脑功能区受累，负责运动和感觉的中央区形态不清，黄色肿瘤组织侧方受弓状束遮挡，额叶方向为安全区，不会伤及语言功能
图4术前决策与手术虚拟规划，箭头所示为避免伤及功能区的手术切除路径，下方为虚拟骨窗示意，在保证充分暴露肿瘤的前提下，可以有效避免不必要的创伤
通常情况下，由于手术特殊体位的原因，术者往往需要依靠既往经验，在脑海中将术前影像及计划进行空间转换，想象手术体位下的病变结构、位置与正常神经的关系等。由于颅脑结构复杂，医生很难精准地将在脑海中还原上述信息，因此杨学军教授团队利用混合现实技术，将具有患者个人信息的传导束和肿瘤影像信息原位映射于病人头颅之上，如图5所示。使用增强现实技术进行虚拟手术，优化手术流程，并使手术团队在术前明确手术理念与思路，术者就可以清晰直观地了解到病变的位置，决定手术路径，有效地避开正常脑功能区和神经纤维束，在最大程度切除肿瘤的过程中，做到手术创伤可控，患者术后神经功能可预测。
图5 原位AR叠加显示，可见摆放体位后将术前计划高精度还原在患者真实头颅之上，可以看到弓装束与肿瘤的空间关系，理解手术场景下的手术实施计划
本例病例中，患者肿瘤位于脑深部，毗邻重要神经功能区，包绕重要血管，对重要神经核团与神经纤维束都有推挤与压迫，患者癫痫发作的起病特征也预示着肿瘤对神经功能存在严重影响，因此，手术的目的不仅要完整切除肿瘤为后续的同步放化疗打下基础，而且要力争完整保留神经功能，使患者术后获得最优的生存状态，同时还要达到控制继发癫痫的目的。
在手术过程中，杨学军教授团队利用神经导航的精准引导，安全地进行手术切除。同时，还使用混合现实技术实时展示手术进程，对重要结构、血管、纤维束等进行实时呈现，完整保留患者神经功能，如图6所示。显微镜和超声吸引等高精尖设备起到了非常重要的辅助作用，它们可以帮助术者判断肿瘤组织与正常脑结构的组织学界限，高效地完成肿瘤切割、止血等操作，大大地提升手术效率，减少手术时长，对于减少手术花费和降低感染率至关重要。
图6 术中AR高精度导航定位肿瘤与功能区
基于上述研究，手术团队成功地将数智外科技术运用到脑胶质瘤实际手术当中，通过对手术过程的全流程目标管理，在目前已经建立的数智诊疗平台上做到术前有准备、术中有目标、切除有标准、重点有预警、意外有预案，使患者获得疗效更好、安全性更高、并发症更少、费用更低、恢复更快的诊疗体验，这就是科技创新的魅力。