1. 引言
高血压性脑出血(Hypertensive intracerebral hemorrhage, HICH)为神经外科常见病症，具有发病危急、致残率高和致死率高的特点[1]。手术清除血肿是目前治疗的主要方式，其中开颅手术虽可直观地展示血肿位置及血肿量，但对头皮、颅骨及脑组织的损伤较大，且耗时较长，尤其大骨瓣开颅术后恢复缓慢且并发症风险高[2]。内镜手术可在直视下、短时间内清除大量血肿，但视野受限、难以处理深部血肿，存在伤及重要白质纤维束等潜在风险[1] [3]。相较之下，血肿穿刺引流术更具有微创优势，但传统的CT引导下穿刺依赖术者经验，定位精准度有限，易致神经损伤或血肿清除不彻底[4]。尽管神经导航(Image-guided neurosurgery, IGNS)定位精准[5]，但设备昂贵、操作复杂，难以在基层医院普及。立体定向穿刺[6]则需专用框架，操作繁琐，不适于急救场景下使用。移动增强现实(Augmented Reality, AR)技术[7]不仅可通过AR将患者CT或MRI影像实时叠加至术野，提供三维可视化引导，显著提升穿刺精准度，减少人工测量误差，从而降低神经损伤风险，同时摆脱传统神经导航对复杂设备的依赖，仅需移动终端(如智能手机、AR眼镜)，可简化术前规划与术中操作，缩短手术时间，降低学习曲线，尤其适用于急诊场景[8]。本研究采用移动AR技术辅助引导高血压性脑出血血肿穿刺，现报道如下。
2. 材料与方法
2.1. 研究人群
回顾性收集2023年5月至2025年5月在霞浦县医院神经外科住院、接受移动AR定位系统(mobile augmented reality neuronavigation system, MARNS)辅助脑出血定位穿刺引流的16例患者。
2.2. 纳入标准
(1) 年龄 ≥ 18岁；(2) 经CT确诊为脑出血；(3) 急性发病并行急诊手术；(4) 随访3个月以上。
2.3. 排除标准
(1) 双侧瞳孔散大；(2) 合并恶性肿瘤、风湿性疾病、动静脉畸形、动脉瘤、烟雾病、严重心肺疾病、糖尿病、肾功能不全和凝血功能障碍；(3) 随访资料不完整。
2.4. AR配准
(1) 标志物的放置与识别技术：根据摄像头视觉系统的搭建原则，分别以眉心、眶上缘、外耳道和枕外隆突连线，正中线以及双侧外耳道连线，作为标志物放置的3个纬度基准线。对摄像头所拍摄的图像序列进行高斯模糊以及直方图均衡化预处理后，利用多边形逼近方法对二维码进行识别处理并做一次透视变换，同时分割出二维码内部黑色和白色方格进行编码，最后对编码进行验算，当确认为目标二维码，用一个灰色线框框出标记物。
Figure 1. The solid blue circle is the scalp projection of intracranial lesions, and the solid point O is the center point; The dotted red circle is the positioning contour of mobile AR, and the dotted hollow circle O’ is its center point; dOO’ is the distance between two center points
图1. 实线蓝色圆形为颅内病变的头皮投影，实心点O为中心点；虚线红色圆形为移动AR定位轮廓，虚线空心圆O’为其中心点；dOO’为两中心点之间的距离
(2) 定位误差测量：为便于测量定位误差值，故模型的病变结构设计为球形，其头皮投影为圆形(以实线表示)。移动AR定位系统定位后，以标记笔标记病变轮廓(以虚线表示)测量两个轮廓中心之间的差距，即为定位误差值(如图1)。误差值等级设定如下，不超过神经导航系统的最大误差值，即≤2 mm为优良；2 mm < 误差值 < 5 mm为合格；误差值 ≥ 5 mm为不合格。由3个神经外科医师在不同时间在实体模型上应用移动AR系统，并测量定位误差值。
(3) 靶点偏移测量：靶点偏移定义为术前定位血肿最大层面几何中心与术后影像中实际穿刺针位置之间的三维空间直线距离(mm)。术前术后CT影像扫描体位一致，以听眦线(Orbitomeatal Line, OM)为基准线，以冠状面、矢状面、横断面分别建立X轴、Y轴、Z轴坐标。利用3D-Slicer软件(比利时，4.11版本)坐标拾取功能，在术前影像中以目标穿刺靶点为原点构建直角坐标系P0 (X0, Y0, Z0)，在术后影像中以实际穿刺针尖位置为远点构建指标坐标系P1 (X1, Y1, Z1)，通过如下公式计算靶点偏移距离(D)，测量结果保留小数点后1位：
Figure 2. Application of MARNS to assist hematoma location and puncture path design. (A) MARNS recognizes two-dimensional code to realize the fusion of virtual and real models; (B) Determine the location of hematoma according to MARNS
图2. 应用MARNS辅助血肿定位以及穿刺路径的设计。(A) MARNS识别二维码实现虚实模型的融合；(B) 根据MARNS所示确定血肿的位置
Figure 3. CT image changes of hematoma before and after operation. (A) preoperative CT images; (B) On the first day after operation, CT images showed that the drainage tube was in place; (C) CT images on the third day after operation
图3. 术前术后血肿的CT影像变化情况。(A) 术前CT影像；(B) 术后第1天CT影像，引流管在位；(C) 术后第3天CT影像
2.5. 研究过程
(1) 在计算机中运行3D-Slicer软件(比利时，4.11版本)，导入CT扫描所获得的CT影像DICOM数据，重建包括头皮、颅骨及血肿在内的三维模型。在该软件中进一步设计穿刺路径并予以标记，最终以STL格式导出模型。
(2) 将STL格式模型导入Unity平台(美国，版本5.3.1)，设置二维码图片与模型之间的空间位置关系，并生成专用的应用程序(APP)。将该APP安装于指定型号的智能手机(华为NTH-AN00)，即集成了MARNS。
(3) 术中，将预先设定的二维码图片放置于注册位置，通过MARNS应用程序进行扫描，实现三维虚拟模型与患者头部实际位置的匹配。匹配满意后，医生可通过智能手机屏幕实时观察虚拟模型与实际解剖结构叠加的效果，进而精确定位病变并规划手术切口及穿刺路径(见图1)。在引导下按预设路径植入引流管，到达目标位置后回抽见暗红色血液以确认进入血肿腔，缓慢抽吸25%~50%的血肿量后留置引流管，最后缝合头皮并固定引流管。
(4) 术后8 h内复查CT明确穿刺靶点在位，未见穿刺道出血后联合血肿腔注射尿激酶(见图2)。
(5) 入组病例采用格拉斯哥昏迷评分法(Glasgow Coma Scale, GCS)评价意识状态。
(6) 术后3个月随访采用日常生活活动指数(Activity of Daily Living Scale, ADL)进行评价，ADL评分61~100，生活完全自理；ADL评分21~60，生活需要他人帮助；ADL评分 < 20，完全残疾，生活不能自理。
2.6. 统计学方法
研究获取的全部数据采用MedCalc软件(版本17.9.7.0)进行统计学处理，年龄、时间、血肿量等定量资料用平均数 ± 标准差表示，性别、并发症等定性资料用%表示。采用Wilcoxon符号秩检验对术前与术后72小时的意识状态、患侧肢体肌力及GCS评分统计分析，P < 0.05为差异有统计学意义。
3. 结果
本研究共纳入病例16例，临床特征见表2。出血部位均位于基底节区，右侧9例，左侧7例，破入脑室3例，均采取离血肿最近入路成功穿刺血肿至预设位置完成穿刺引流。术后72小时患者意识、GCS评分较术前有明显改善，P值 < 0.001 (术前术后对比见表2)，其中GCS评分恢复至15分共9例，16例患者术后均未出现颅内再出血及穿刺相关性颅内感染并发症。
Table 1. Clinical characteristics of subjects
表1. 研究对象临床特征
临床资料 |
值 |
性别(男)/n (%) |
12 (75.0%) |
年龄/岁 |
46~82 (59.4 ± 10.6) |
发病至手术时间/h |
3~8 (8.69 ± 4.78) |
术前血肿量/ml |
34~74 (45.5 ± 11.1) |
术中失血量/ml |
10~20 (12 ± 3.0) |
术后72 h残余血肿量/ml |
1.2~10 (6.3 ± 2.0) |
术后并发症/n(%) |
6 (37.5%) |
住院时长/天 |
2~30 (18.1 ± 6.7) |
3个月ALD评分 ≥ 61分/n (%) |
11 (68.8%) |
Table 2. Comparison and statistical analysis of clinical data of subjects (72 hours before and after operation)
表2. 研究对象临床资料对比及统计分析(术前、术后72小时)
查体项目 |
术前(例) |
术后72小时(例) |
z值 |
P值 |
意识状态 |
意识清楚 |
0 |
9 |
−3.325 |
<0.001 |
嗜睡 |
2 |
1 |
昏睡 |
3 |
1 |
意识模糊 |
4 |
2 |
浅昏迷 |
4 |
2 |
中度昏迷 |
2 |
1 |
深昏迷 |
1 |
0 |
患侧肢体肌力 |
0级 |
9 |
3 |
−2.699 |
0.007 |
1级 |
3 |
2 |
2级 |
3 |
6 |
3级 |
1 |
5 |
GCS评分 |
4分 |
1 |
0 |
−3.530 |
<0.001 |
6分 |
2 |
1 |
7分 |
1 |
0 |
8分 |
3 |
2 |
9分 |
1 |
0 |
10分 |
2 |
1 |
11分 |
1 |
1 |
12分 |
2 |
1 |
13分 |
1 |
0 |
14分 |
2 |
1 |
15分 |
0 |
9 |
4. 讨论
本研究针对于高血压性脑出血发病急、病情重、进展快等特点提出移动增强现实定位系统辅助血肿穿刺引流术的应用。所纳入研究的16例病例均采用移动AR定位系统辅助定位，穿刺更为精准，偏离靶点小，均小于5 mm，其中13例偏移小于2 mm，均达优良合格率，较传统CT引导下穿刺更为精准，这与先前的研究结果较为一致[9]。相较于神经导航系统引导下穿刺引流术[10]，移动AR定位系统辅助下穿刺准确率也未显逊色，其优势在于缩短穿刺定位及手术时间。由于智能手机技术的进步，AR可以通过移动设备实现，从而简化了CT影像的预处理与配准、AR图像生成等过程，且此方法不需要额外的成本及技术复杂性。Hou等人[11]的研究中将整个移动AR辅助过程缩短至10分钟内执行，此方法既可以减少术前准备时间，同时在紧急手术中辅助临床医师准确定位穿刺通道。库洪彬等人[12]提出应用智能手机等简化的移动设备完成AR技术的辅助定位引流术，在治疗老年幕上高血压性脑出血中较立体定向引流术明显缩短手术时间，且操作简便，无需引用其他设备辅助。
由于移动AR技术的便利性与精准性的提高，使得高血压脑出血患者在病情急重的情况下得以快速完成穿刺引流术，释放颅内压力，改善患者预后。本研究中的16例患者术后72 h患者意识、肢体情况、GCS评分较术前有改善，且患者术后未出现颅内再出血。3个月随访中预后良好共11例，占68.7%，均体现了穿刺引流术快速、准确的必要性。与导航系统不同[13]，移动AR定位辅助技术仅提供颅内病变的体表定位，尚无法在手术过程中尤其是颅内穿刺通道提供位置等相关信息，从而存在术中跟踪丢失的风险；在临床应用过程中，仍需要高年资、具有丰富经验的临床医师使用，同时也对操作者手眼协调具有一定挑战性。而对于手术过程中患者头部的移动、脑脊液的流失、脑组织的移位等因素，可能会导致术前校准的精度下降，配准误差增大，甚至影响到手术的安全性。
近年来，开源软件与移动智能手机的结合，使AR技术在微创手术中得到更多的利用[14]。目前AR定位辅助技术在神经外科手术中应用愈发广泛，陈鹏飞等人[15]将其应用至脑膜瘤、胶质瘤等手术治疗的术前指导中，可减少术中出血量，缩短手术时长。
本研究仍有许多不足之处，首先研究病例数相对较少，未来将进一步扩大样本以佐证该方法在临床应用中的可靠性；其次，本研究仅针对于高血压性脑出血穿刺引流的AR指导，AR技术在其他疾病中的辅助作用尚未完全清晰。
综上所述，移动AR定位系统较传统CT定位更为精准，穿刺成功率更高，其精准度与神经导航系统相近，但移动AR系统对设备要求与神经导航系统不同，大多数智能手机或者平板电脑等均可完成AR操作，软件开源，且操作相对简便，对于基层医院而言，减少了购买设备的费用，在临床中更易应用推广。但该技术仍有待进一步开发研究，以更好地帮助临床医生完成临床操作，尤其是上述针对深度感知及动态应用的局限性，如辅助术中结合患者颅内情况完成血肿腔定位等操作。
声 明
本研究获得霞浦县医院伦理委员会批准(审批号：XPXYY-LL-2022-005)。
基金项目
宁德市自然科学基金项目(2022J59)。
NOTES
*通讯作者。