虚拟手术计划系统
虚拟现实技术（VRT）是一种利用计算机创建虚拟环境，并借助于多种专用输入、输出设备，实现用户与虚拟环境直接交互的技术，具有交互性、临境感和构想性。
1.虚拟现实技术的现状
目前，VRT已成为医学领域应用最活跃的技术之一。VRT术前计划系统可将原有的二维影像重新整合，形成三维立体影像，并可提供虚拟的手术环境。应用操作工具在术前制定计划和模拟手术，有助于提前了解手术的难易度，评估手术风险，并对术前诊断予以补充和完善。术者可于虚拟环境中体验手术的全过程。VRT系统的优势在于实现了个体化，通过模拟系统减少了手术风险，提高了对手术成功率的可控性。在教学方面，VRT更能体现其优越性，除了能极大地节约培训的时间和费用以外，还可大大降低非熟练术者实施手术的风险性。充分利用已有的成功经验和感受，术前制定计划并模拟手术过程，可减少手术并发症。目前，国内外许多研究机构和商业公司在虚拟外科手术计划及模拟训练等方面进行了研究和实践。
2.虚拟现实技术在神经外科中的应用
为了达到虚拟与实际情况相吻合，对影像扫描有一定的要求：CT须8排以上，螺旋扫描模式或容积扫描效果更好；MRI须1.5T以上，梯度回波，三维数据采集；最小矩阵256×256，所有影像学资料原始数据以DICOM格式输出至光盘，对于不同序列须严格区分；若病例有CT、CT血管造影（CTA）、MRI、磁共振血管造影（MRA）四种数据，则可提供最佳解剖影像；同一患者在扫描时，所有影像资料的扫描区域应当一致，以获得精确融合；CT与CTA、MRI与MRA的扫描要求一致；周边不能有磁场或产生磁场的设备，以免影响操作效果。
VRT将同一例患者的多种影像数据进行三维立体重建并融合为一体，变想象为实体；对同一患者的多种影像数据进行融合，并可从冠状位、矢状位、轴位任意一个方位观察二维、平面三维及立体三维图。有利于医生分析和研究病例解剖关系，对病灶进行进一步确诊。通过6D自由度图像控制器和处理器对立体三维图像进行互动操作，可模拟手术的真实过程。其最大的优势在于可逆性，即可在术前无数次修改并确认哪种模拟手术计划为最佳方案。通过PACS连接和DICOM网络功能即可获取图像，为神经外科和影像科的医生提供一个便捷、高效的交流平台，也便于会诊和教学信息交流。
3.手术方法和操作程序(https://www.daowen.com)
全球有很多研究机构和公司研发手术虚拟及计划系统，但真正进入临床应用的并不多。Ⅵ公司的Radio Dexter是将先进的VRT与实时体积测量和三维透视相结合的医学成像软件，其神经外科手术模拟系统的工作流程如下。
（1）影像资料的收集：记录患者的术前资料，收集数据并输入，可选择1～4种影像资料，包括CT、CTA、CT静脉成像（CTV）、MRI、MRA、磁共振静脉成像（MRV）、PET等，以多种影像融合为最佳选择。影像采集通常于术前3d内进行，扫描前安放8～10个体表标志，一直保持到其他影像资料收集完成，以备与MRI等资料融合。CT应获得连续1.5mm薄层断层扫描资料，以保证三维重建的质量；MRI通常采用快速梯度回波序列，对整个脑组织进行对比增强扫描及T1加权磁化快速梯度回波扫描序列，层厚2mm；MRA采用三维时间飞跃法，层距0.6mm，层厚1.2mm，必要时还可选时间飞跃法MRV检查，以备重建静脉系统与病灶的关系。影像资料经以太网输入右旋镜设备中，并由计算机产生立体图像，通过一面镜子发射进入操作者的视野中，操作者佩戴液晶眼镜即可同步观看镜后浮动的虚拟立体图像。
（2）虚拟界面的观察和输出：虚拟界面输出功能包括：①三维立体影像显示功能，同时显示冠状位、矢状位及轴位图像。可显示大体解剖，提供手术体位参考，还可选择显示或隐藏，使图像处于透明状态以观察其内部细节。②虚拟控制面板显示功能，采用符合人体工学的超低磁场、虚拟现实互动操作平台和互动式显示屏幕，以显示三维互动效果。③6D图像旋转控制器和6D拉动切割图像处理器，可进行操作切换和界面工具切换，具有三维立体成像显示系统功能；高分辨率显示器，分辨率≥0.24mm，水平频率为30～110kHz，垂直频率为50～160Hz，刷新率≥100Hz，以实现与控制台显示器内容一致并能同步高清立体显示。④配备高端视频显卡处理器并配置双图形加速接口，使该屏幕能将设备的主要功能及应用得以显现，以确保更多的人浏览和讨论。⑤远红外发射功能，与专业三维立体接收装置及立体成像软件包一起提供实时图像，无须媒介转换。与传统影像检查最大的不同在于VRT的可介入性、可操作性，而不仅仅是分析二维平面上的影像。VRT系统利用Dextroscope平台，使用者双臂放置于类似于脑外科手术中的托盘上，与实际手术中双眼到切口的距离（30～40cm）相当。使用者左手控制对象的位置，可随意移动；右手进行各种精细操作，模拟器械的阻力感和细致性可增加术者在显微镜下操作的感觉，提高显微手术技巧。佩戴专用眼镜对三维图像进行观察，可有用双手捧住患者虚拟头颅的真实感。最后输出每个病例图片、视频资料及Html文件，并可在网络上共享。
（3）手术计划的制定：手术计划的制定依赖于对多种技术融合性资料进行体积探查的工具。每个患者的多种影像技术资料被记录后，经过融合处理，则可显示为三维立体图像，系统中含有一套三维处理工具，可用来记录数据或切割、测量图像；也可模拟术中情景，如打开颅骨、分离软组织、夹闭动脉瘤、切除病灶等。在设计一些难以到达部位的神经外科手术步骤，如处理颅底或大脑深部的肿瘤或血管时，VRT技术可为颅内解剖结构及异常空间关系提供更快、更好的理解。
实施过程，使用以下工具进行操作：①色彩调节台。调整所有显示结构的颜色和透明度。②切割工具盒。去除物体容积内需调整的部分，以提供一个混合性的正交立体观。③剪辑工具。控制反映体积大小的6个正交表面的位置。使图像或其分割出来的亚部分能以三维立体的形式被显示出来，并通过“接触”和“滑动”使之移动。④虚拟笔。对图像进行任意立体分割、着色、调剂透明度，可显示多平面相互垂直和等体积画面分割。⑤虚拟叉。提取所需要的任意图像，进行近距离、多方位的观察；使用手柄或夹子观察6个相互垂直的边界面，立体切割各部位的图像，同时观察其周边结构。⑥测量器。用于任意的空间距离及曲线长度的测量。⑦体素编辑工具。可适时改变像素的大小，模拟电钻、吸引器等手术器械，切除虚拟图像的任意部分或改变其颜色，还可在CT数据上切除颅骨或在MRI图像上切除病灶，也可模拟手术显微镜对手术入路中的结构进行多方位、放大观察等。
4.虚拟现实技术的展望
有学者认为，该技术有助于颅底疾病的诊断，并有助于分析复发病例手术失败的原因，且能在术前计划时筛选出最佳的个性化手术入路，减少并发症。但该技术尚未成熟，目前难以大范围推广，有些问题仍需解决：①提高CT和MRI的分辨率，能更加清晰地显示基底核、基底池、脑干或外侧裂的确切边界，达到几何学水平三维结构被分割的要求；②增加配套的手术工具，如笔杆式反馈器；③仪器小型化，用带液晶屏的眼镜直接传输图像，可使多人同时操作，以模拟主刀与助手间的配合；④建立解剖和手术资料模板；⑤将术前VRT资料与手术导航资料相结合，实时指导手术。