增强现实神经导航在经鼻内窥镜颅底手术中的应用

1.研究方案本研究中的外科AR神经内窥镜系统主要包括三个核心环节：（1）虚拟图像或环境建模。 AR 系统使用从 CT 或 MRI 断层扫描以及全脑血管造影中解剖结构之间的颜色或纹理差异获得的数据，在计算机中完成地下目标的 3D 重建。 此过程也可以使用 3D-Slicer 软件手动完成。 (2)虚拟环境和现实空间的注册。 配准技术对于 AR 系统至关重要，因为它能够实时跟踪内窥镜视野中的解剖结构。 配准可以通过多种方式完成，比如基于分幅技术的3D笛卡尔系统，可以确定成像设备的位置和姿态，同时也可以让虚拟环境在发生变化时进行快速变化并进行配准。现实世界中的位置发生变化。 或者使用无框配准将虚拟匹配点与真实空间中的已知解剖标志进行配准。 (3)最终的需求是将虚拟环境与真实环境结合起来进行显示技术。 可分为头戴式显示器（HMD）、增强型外部显示、增强型光学系统、增强型窗口显示和图像投影。 使用 HMD 将虚拟环境与真实环境中的视频源叠加（视频视角）。 利用简单的独立屏幕作为增强型显示器，在来自神经内窥镜的视频上显示虚拟内容。

成功实现上述环节后，使用带有AR的神经内窥镜进行经鼻颅底手术，实现实时跟踪，准确识别解剖结构，降低颅底手术中神经血管损伤和并发症的风险。

研究对象：厦门大学第一附属医院神经外科进行的神经内镜颅底手术约100例，不限性别、年龄。

纳入标准：1.在我科接受经鼻内镜颅底手术的患者。 2.术前进行薄层头部MRI和CTA扫描。 排除标准：1.术前无明确影像学资料的患者。 2.不同意接受AR融合神经内镜辅助的患者。 3.病历不完整的患者。

干预：参与者被分为两组，分别使用普通神经内窥镜和注入增强现实技术的神经内窥镜进行经鼻颅底手术并进行比较。

评价方法：根据患者肿瘤大小、病理类型、手术时间、住院时间、并发症、有无垂体手术史等评价手术效果。

功效评价指标（一级功效指标、二级功效指标）：

主要疗效指标：手术时间、术中增强现实导航是否成功建立、术中增强现实导航是否准确、术中脑脊液漏发生率、重要解剖结构损伤发生率次要疗效指标：内分泌改善率、视野改善率、住院时间等。

统计方法：计数资料采用卡方检验，计量资料采用t检验，数据处理采用SPSS软件。

参与者参与时间：患者入院至出院后一年。

地点：厦门大学附属第一医院 假设：神经内窥镜结合增强现实技术可以极大地促进术中定位，方便外科医生观察相关解剖结构。 因此，我们假设与传统内窥镜相比，采用增强现实技术的神经内窥镜可以减少手术并发症并提高手术疗效。

将所有符合条件的受试者随机分为两组，分别接受传统鼻内窥镜手术和增强现实技术的内窥镜经鼻手术，并在手术后收集相关数据进行统计分析。 手术前没有对受试者进行分组。 以传统经鼻内窥镜手术作为对照组，评价增强现实内窥镜的治疗效果。 研究开展前，课题组全面掌握了我院需要鼻部手术的病例规模以及需要鼻部手术的患者的年龄、性别构成等因素，建立了良好的样本严格执行分层、比例抽样，避免和减少选择性偏差。 课题组做好调查前的协调和动员工作，取得了科室及门诊相关科室的配合，与患者建立了信任关系，减少了拒绝就诊的情况，从而减少了选择性偏差，并且可以提高访谈的真实性，减少信息的偏差。 尽可能避免和减少拒绝。 本研究整个过程遵循伦理原则，获得了患者的信任与配合，避免和减少了信息偏差。 选择负责任且善于沟通的团队成员作为调查员，以减少信息偏见。

本研究的持续时间为患者入院至患者出院1个月，平均1个月左右。 随访时间分别为术后1个月、3个月、6个月、1年。

本研究的主要干预方法是使用课题组研发的融合增强现实技术的神经内窥镜代替传统的神经内窥镜进行经鼻颅底手术。

研究终点：如果研究对象按照研究方案完成所有阶段的研究和随访或撤回知情同意书，则达到研究终点。

样本量：3年内共完成100例AR融合神经内镜经鼻颅底病变手术。 预期流失率/退出率低于 5%。

研究干预：经鼻颅底手术使用研究组开发的增强现实神经内窥镜代替传统内窥镜，利用医院现有的美敦力S7导航和Carl STORZ内窥镜，并且上述设备的安全性已得到验证。 完成所有病例所使用的手术器械均为同一品牌、同一型号、同一操作者，避免因硬件原因和手工操作影响手术过程。 每完成一次手术，都会备份患者的相关影像信息，并记录患者的病例编号，防止病例信息丢失。 术中内窥镜与AR的配准按照操作流程进行，配准完成后利用体表标志物保证术中AR图像的真实性和准确性。 出院时，所有病例均被告知定期门诊复查及术后随访。 病例资料每月汇总一次，并有专人负责保管。 研究团队合作默契，手术经验丰富。 我们拥有专业的手术室团队，保证手术的顺利进行。 AR导航在配准过程中可能会出现误差，应严格按照导航操作流程进行操作，术前利用体表标志进行体外导航测试以减少误差，必要时采用iCT配准。 在所有病例中，计划进行 4 次头部 CT 扫描、2 次胸部 CT 扫描、3 次脑部 sMRI 扫描、4 次抽血和 1 次床旁心电图。 必要时进行彩色超声、动态心电图等常规术前检查。 所有手术器械均由厦门大学附属第一医院供应室消毒、包装。 所有手术设备均存放在厦门大学附属第一医院手术室阴凉干燥处，并由专业工程师定期调整和维护。 神经内窥镜、神经导航和其他设备的使用符合说明和指南。

减少偏差的措施：数据和数据收集应尽可能精确、精确，并选择适当的统计方法。

随访及依从性：术后1个月、3个月、6个月、1年共进行4次随访。 随访期间进行头部CT/MRI、抽血化验，并检查甲状腺、垂体等内分泌功能。 通过提前与患者建立信任关系，改善服务态度，优化治疗流程，加强术前术后指导，提醒患者及时复查，可以提高患者的依从性。

研究干预承诺：

利用现有的美敦力S7导航和Carl STORZ内窥镜开发AR技术，所有设备的使用遵循说明和指南，手术过程全程录像，术后由专人复查，确保手术顺利进行。手术过程顺利实施，患者住院期间所有医嘱和用药均由专人监护，排除医疗药物和手术对手术结果的影响。 病历等医疗文件由研究团队保存，患者复查提醒和随访由专人进行。

暂停研究干预：如果在研究过程中大量发生下列严重不良反应，经研究者综合决定后将终止试验。 （1）严重脑脊液鼻漏并发症（2）眼眶周围青紫、眼部血肿症状，或严重视力减退、视物模糊等表现。 (3)鼻腔严重出血，引起贫血甚至休克，或鼻腔粘连，严重影响鼻腔通气和鼻窦引流。 （4）大血管、神经损伤，（5）严重内分泌紊乱症状，（6）严重脑水肿或颅内感染。 研究中断期间：仔细检查内窥镜系统的软、硬件问题，检查内镜检查的准确性。图像输出，并测试软件的有效性。 检查手术条件、手术器械、手术团队是否存在问题。 并对发生不良事件的受试者提供有效的医疗救助。 收集所有发生不良事件受试者的相关信息，包括但不限于：年龄、性别、就诊时间、图像编号、诊断、视野、内分泌状况、手术时间、术中是否出现海绵窦出血、肿瘤是否完全切除，有无脑脊液漏，术中增强现实导航是否成功建立，术中增强现实导航是否准确，住院时间长短，术后视野情况，内分泌情况。

退出/退出研究对象：如果研究对象出现以下情况，研究者可以暂停或退出研究对象：(1) 怀孕 (2) 明显不遵守研究干预措施 (3) 如果存在临床副作用、实验室异常测试或其他临床状况使得继续参与研究不再符合研究对象的最佳利益 (4) 疾病进展需要停止研究干预 (5) 研究对象符合排除标准（新的或已确诊的） (6) 研究对象在一定时间内不能接受研究干预 (7) 签署知情同意书的研究对象被随机化，但未接受研究干预的将被替换。 已签署知情同意书、随机分组、接受研究干预并随后退出的研究受试者将被或不会被替换。

失访：本研究的随访期为患者出院之日起1年，当研究对象停止预定的研究随访，无法完成研究任务时，可视为失访。研究指定的程序，否则研究者无法联系研究对象。 通过在受试者登记时记录电话号码、电子邮箱等多种联系方式，课题组安排专人负责提醒受试者定期回顾和随访，设计稳定人群，降低流失率。方便随访，增加样本量，减少失访对随访的影响。

观察项目和检测时间点：受试者筛选期间，确保每个受试者都有手术指征，且无手术禁忌症。 随机抽样、分层抽样，分组时对受试者保密结果。 干预期间，为受试者术前收集各项检查指标和影像学数据，利用3D建模进行术前规划，术中验证3D模型的准确性，并利用增强现实内窥镜进行手术操作，术后收集检查结果评价手术效果。 随访期间分别于术后1个月、3个月、6个月、1年进行电话随访或面对面咨询，进一步评估手术效果。 最后，对病历数据进行总结，并对研究组研发的增强现实神经内窥镜的疗效进行统计分析后进行评估。

功效评价标准：

1. 手术疗效评价：

   效果评价指标：包括但不限于年龄、性别、就诊时间、影像数量、诊断结果、手术时间、肿瘤是否完全切除、术中增强现实导航是否成功建立、增强现实导航是否正常等。准确的手术期间以及住院时间。

   安全性评价：术前视野、内分泌情况、术中海绵窦出血、脑脊液漏、术后视野、内分泌情况等。

2. 综合疗效评价：术后患者满意度、操作者满意度等。

不良事件观察：不良事件是指患者在神经内镜手术过程中可能发生的一系列恶性事件，包括但不限于内镜烧伤、内镜机械损伤、内镜脱离造成的污染、术中神经血管损伤、术中苏醒和意识、术后脑脊液漏、术后护理疏忽等。

不良事件监测：主要通过人工监测、手动电子复合监测、自动监测系统等方式。 不良事件的记录、处理和报告应遵循以下原则： 1.建立不良事件报告制度。 2、及时反应，减少损失。 3.公平对待，注重制度而非个人。 4、建立错误讨论机制。 5. 分析反馈、共享信息并加强研究人员之间的合作 6. 跟踪落实，加强管理，强化研究过程质量控制 7、持续改进，防止再次发生，不断优化研究过程。

研究的质量控制和质量保证： 1. 所有病例完成手术所使用的手术器械均为同一品牌同一型号，手术医生为同一人，避免因硬件原因和人为操作影响手术过程。 2、每完成一次手术，都会备份患者的相关影像信息，并记录患者的病例号，防止病例信息丢失。 3、术中内窥镜与AR的配准按照操作流程进行，配准完成后使用体表标志物进行检查，确保术中AR图像真实、准确。 4.告知所有病例出院时定期门诊复查，并保持术后随访。 5、每月汇总一次病例资料，专人负责保存汇总。 6. 科室手术量大，有多种病例可供研究。

项目风险预评估及风险处置方案：所有手术均由外科医生等专业人士实施，与科研团队默契配合，丰富的手术经验，专业的手术室团队，确保手术顺利进行。 理论上不会增加​​受试者的任何风险。 但在常规临床诊疗过程中，一旦出现任何不适，课题组的专业医生都会对受试者进行合理的进一步治疗。

完成所有病例所使用的手术器械均为同一品牌同一型号，手术医生均为同一人，避免因硬件原因和人为操作影响手术过程。

每完成一次手术，都会备份患者相关影像信息，并记录患者的病例编号，防止病例信息丢失。

术中内窥镜与AR的配准按照操作流程进行，配准完成后利用体表标志物保证术中AR图像的真实性和准确性。

出院时，所有病例均被告知定期门诊复查及术后随访。 病例资料每月汇总一次，并有专人负责保管。

数据安全监控：临床研究会根据风险大小制定数据安全监控计划。 所有不良事件均详细记录，妥善处理和跟踪，直至妥善解决或病情稳定，并向伦理委员会、主管部门、申办者和药品监管部门报告严重不良事件和突发事件等，主要研究者定期进行对所有不良事件进行累积评审，必要时召开研究者会议评估研究的风险和获益，必要时可紧急解除双盲试验，以确保受试者的安全和权利，安排独立的数据监测员进行监测对于大于最低风险的研究，将建立独立的数据安全监管；对于高风险的研究，将建立独立的数据安全监管。委员会监测积累的安全性数据以及有效性数据，以就是否继续进行研究提出建议。

十三． 统计处理使用SPSS 22.0软件(SPSS Inc.，Chicago，IL)进行统计分析。 定量数据被描述为平均值和范围。 定性数据通过数字、比率和比率来描述。 使用 Kolmogorov-Smirnov 检验测试数据的正态性。 对于连续变量，如果数据呈正态分布，则采用t检验进行两组之间的比较。 如果数据分布不对称，则使用 Mann-Whitney U 检验。 卡方检验用于分析不连续变量。 通过构建受试者工作特征 (ROC) 曲线并计算曲线下面积 (AUC) 来评估 CAC 测试的诊断性能。 所有统计检验均为双侧，显着性设置为 P < 0.05 和 95% CI。

2. 研究目的 主要目标：探索将 AR 技术融入神经内镜视图界面的解决方案，并利用该技术完成单独内镜手术难以进行的经鼻颅底手术次要目标：为神经内镜手术提供参考神经内窥镜新功能的开发。