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陜西省科學技術進步獎提名書
信息來源:       發表時間:2019-06-27 14:07:16       閱讀次數:
  

陜西省科學技術進步獎提名書
(2019年度)
項目名稱:低成本增強現實技術在高血壓腦出血外科治療中的應用
主要完成人:謝國強、王欣、肖三潮、張華文、郝五記、高喜松、吳東飛
主要完成單位:陜西省核工業二一五醫院
提名單位:中陜核工業集團公司
提名意見:
    本項目基于高血壓腦出血患者頭顱CT檢查原始數據,應用免費開源醫學可視化軟件3D Slicer結合智能手機,實現低成本簡易增強現實技術,為高血壓腦出血的精確定位提供可靠指導。經臨床反復驗證,其精確性可達3mm左右,與無框架立體導航系統具有一定的可比性。該項目操作簡單、成本低廉、準確可靠,為廣大腦出血患者的微創手術治療提供保障,尤其適用于向廣大基層醫療單位推廣,以期服務于眾多腦出血患者。本項目在中文核心期刊發表科技論文7篇,多次被邀請參加國家級、省市級神經外科年會做大會發言,并被美國神經外科年會選中交流。
 
 
 
 
一、項目簡介
高血壓腦出血因其高發病率、高致死率和高致殘率,嚴重威脅我國人民身體健康,為患者家庭及社會帶來沉重經濟和生活負擔,越來越受到國內外神經科專業人員及國家衛健委多部門重視。如何把精準、微創理念灌輸于高血壓腦出血患者外科治療中也成為神經科醫生追求的目標,國內大型綜合醫療單位擁有神經導航系統、術中CT、術中MRI等高端醫療設備,手術精準性和安全性可以得到有效保障。但對于省內外諸多地市級基層醫療單位,因資金緊張、技術水平差異及高額的醫療花費等問題,這些高端醫療設備短時間內很難普及。加之高血壓腦出血多急性發病,快速的救治時間是影響患者預后的重要因素, 能夠在基層醫療單位推廣容易掌握的顱內血腫精準定位技術無疑將為高血壓腦出血患者帶來福音。
1、研究內容
本課題組基于高血壓腦出血患者急診頭顱CT掃描原始數據,采用3D Slicer軟件(免費開源,可自由下載)三維重建腦部結構,人工設置虛擬頭面部解剖標記作為校準參考點后截取圖像,導入智能手機,應用相機程序二次曝光原理,調整鏡頭位置和角度,校準參考點,使虛擬重建圖像與患者實際頭面部皮膚融合,從而實現低成本簡易增強現實技術,使腦內血腫/病變呈現于體表,并根據血腫/病變具體部位、形狀等指標,個體化設計手術策略,盡可能減小手術副損傷,有效改善患者預后,并向廣大基層醫療單位推廣,以期服務眾多臨床患者。
2、技術經濟指標
為客觀驗證此項技術的客觀精確性和可靠成都,在應用此項技術描畫腦內血腫體表投影后,于血腫體表投影周緣粘貼標記物(一次性心電圖電極片)后,再次復查頭顱CT,并將復查影像原始數據再次導入軟件,統計分析標記物與腦內血腫邊緣實際偏差,從而評估該項技術精確性。經反復驗證,該項技術的精確性可達3mm左右,完全滿足高血壓腦出血神經內鏡治療需要。
3、應用推廣
基于該項技術,課題組先后進行了增強現實指導腦內血腫穿刺引流、模擬局部顱骨切除指導鈦網塑形、側腦室額角穿刺參數分析、影像報告精確性分析等研究,均取得了成功經驗。本研究方法經國內多家醫療單位神經外科應用驗證,均取得了較滿意效果,研究成果在國內專業核心期刊發表論文近10篇,多次被邀請參加國家級、省市級神經外科年會做專題發言,并被美國神經外科年會選中為壁報交流。
4、經濟效益和社會效益
低成本簡易現實技術的應用為高血壓腦出血患者的微創手術治療提高了客觀、精確的定位指導,同時可以術前模擬手術操作,個體化設計手術入路,進一步提高了手術安全性。對于擬行神經內鏡輔助下腦內血腫清除術或腦內血腫穿刺引流患者,有效保證了血腫穿刺精確性,并大幅度提高了腦內血腫清除率,完全避免二次顱骨修補手術風險,并無需人工硬膜修補及術后顱骨修補,單名患者可減少醫療花費近5萬元,大大降低了腦出血患者住院花費。截至目前,在我院為高血壓腦出血患者減輕經濟負擔200余萬元,使我院的腦出血神經內鏡治療技術在陜西省乃至國內處于領先地位。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
二、客觀評價
高血壓腦出血屬出血性腦卒中,因其發病率高、致殘率高及致死率高,嚴重影響全球人民身體健康和生命安全,為患者家庭和社會帶來沉重負擔。目前關于高血壓腦出血外科治療策略尚存在諸多爭議[1],隨著神經導航系統、神經內鏡器械和微創技術的不斷更新和快速發展,高血壓腦出血微創手術治療因手術時間短、住院花費少、安全性好的優勢,逐漸收到國內外學者的持續關注和深入研究[2]。但與常規開顱手術不同,高血壓腦出血神經內鏡微創治療需要采取“邊退邊吸引”的策略[3],故對腦內血腫定位要求較高。部分有條件大型綜合醫院采用神經導航設備輔助定位[4],但復雜的操作步驟、昂貴的醫療設備和住院費用限制了其在廣大醫療單位的使用。課題組基于高血壓腦出血患者頭顱CT掃描原始數據,應用三維可視化醫學圖像處理軟件重建頭皮組織及腦內血腫三維結構確定其相對位置,并聯合智能手機相機功能,實現低成本增強現實技術,以期為高血壓腦出血的外科治療提供定位指導。該課題經教育部科技查新工作站查新證明,關于“低成本簡易增強現實技術在高血壓腦出血神經內鏡手術治療中的應用”,故國內未見與其查新點研究內容完全相同的中文報道。故系課題組在國內首次提出設計并順利完成,經臨床反復驗證該項技術準確可靠,可以為高血壓腦出血的外科治療提供較為精確的定位指導,具有一定的創新性,主要體現在:
1. 低成本簡易增強現實技術基于高血壓腦出血患者頭顱CT掃描原始數據,應用免費開源3D Slicer軟件及智能手機相機功能即可實現,不增加醫療單位額外設備購置花費,且對計算機軟硬件和專業技術要求不高,技術實現容易、操作相對簡單、省時省力,尤其適用于無法配備神經導航系統但高血壓腦出血常見的基層醫療單位;
2. 為驗證低成本簡易增強現實技術的精確可靠性,課題組進行反復驗證后證實,對于幕上高血壓腦出血,利用低成本簡易增強現實技術定位腦內血腫的精確性可達3mm左右,與無框架立體導航系統具有一定的可比性;
3. 課題組基于頭顱CT掃描原始數據,結合3D Slicer軟件,進行了影像報告關于腦內血腫體積準確性、側腦室額角穿刺參數分析、侵襲顱底骨質腦腫瘤術前計劃等研究,均取得了較滿意效果。
低成本簡易增強現實技術在高血壓腦出血外科治療中的應用,為腦出血微創治療手術提供了較為精確定位指導,有效保障了手術安全。理論上講減輕了手術操作對正常腦組織副損傷、減少手術操作時間,從而改善高血壓腦出血患者預后,避免了患者去骨瓣減壓術和二次手術行顱骨修補,單個腦出血患者可降低醫療花費近5萬元。截止目前,在我院直接為高血壓腦出血患者降低醫療花費200余萬元,并是我院的高血壓腦出血神經內鏡治療處于省內乃至國內較為領先地位。同時,為使更多高血壓腦出血患者從該項技術獲益,課題組不斷加強宣傳普及, 據課題組統計,低成本簡易增強現實技術在陜西省及國內近15家不同等級醫療單位廣泛應用(后附應用證明),均獲得了滿意效果。課題組研究成果在國內專業核心期刊發表論文近10篇(應用情況和效益佐證材料15-22),多次被邀請參加國家級、省市級神經外科年會做專題發言,并被美國神經外科年會選中為壁報交流(其他附件4-7)。 
[1] Hemphill JC, Faha M, Greenberg SM, et al. Guidelines for the management of spontaneous intracerebral hemorrhage: a guideline for healthcare professionals from the American Heart Association/American Stroke Association [J]. Stroke, 2015, 46(7): 2032-2060.
[2] Daniel F Hanley*, Richard E Thompson*, Michael Rosenblum, Gayane Yenokyan*, Karen Lane*, Nichol McBee*, Steven W Mayo*,et al. Efficacy and safety of minimally invasive surgery withthrombolysis in intracerebral haemorrhage evacuation (MISTIE III): a randomised, controlled, open-label, blinded endpoint phase 3 trial[J]. Lancet 2019; 393: 1021–32.
[3] 徐永革, 夏小雨, 宋昭. 影像引導下前額鎖孔入路內鏡基 底核區血腫清除術:10 例技術報告 [J]. 中國微侵襲神經 外科雜志, 2013, 18(9): 399-402.
[4]  YAN Y F,RU D W,DU J R,et al. The clinical efficacy of neuronavigation-assisted minimally invasive operation on hypertensive basal ganglia hemorrhage[J]. Eur Rev Med Pharmacol Sci,2015,19 (14):2614-2620.
 
 
三、應用情況
1.應用情況
本項目精確性經反復驗證后,向省內外15家醫療單位推廣應用,均取得了較滿意效果,在一定程度上大幅度降低了高血壓腦出血患者住院花費,并不同程度改善腦出血患者預后,從而減輕經濟負擔和社會負擔。
 
主要應用單位情況表
序號 單位名稱 應用的技術 應用對象及規模 應用起止時間 單位聯系人電話  
1 陜西省核工業215醫院 增強現實 腦出血105例 2016-1至今 肖三潮/18220023690  
2 江門市中心醫院 增強現實 腦出血52例 2017-7至今 伍益/13702278523  
3 陜西中醫藥大學附屬醫院 增強現實 腦出血30例 2017-7至今 張毅/13689107988  
4 荊州市中心醫院 增強現實 腦出血52例 2017-7至今 張華平/18107167898  
5 安康市中醫醫院 增強現實 腦出血36例 2017-7至今 吳宗濤/13909152882  
6 銅川市人民醫院 增強現實 腦出血32例 2017-7至今 楊寶印/18992956600  
7 蒲城縣醫院 增強現實 腦出血48例 2017-7至今 趙健/13572309000  
8 西鄉縣醫院 增強現實 腦出血52例 2017-7至今 李健康/13892661050  
9 韓城市人民醫院 增強現實 腦出血32例 2017-7至今 鄭文平/17343991928  
10 邯鄲市永年區中醫院 增強現實 腦出血56例 2017-7至今 張少松/15232099966  
11 邢臺市第九醫院 增強現實 腦出血52例 2017-7至今 吉增良/18003192190  
12 晉城市人民醫院 增強現實 腦出血10例 2017-7至今 暢普輝/13663469966  
13 乾縣人民醫院 增強現實 腦出血23例 2017-7至今 徐志杰/13991036836  
14 邯鄲鋼鐵集團有限公司職工醫院 增強現實 腦出血62例 2017-7至今 李志剛/15221446515  
15 旬邑縣醫院 增強現實 腦出血52例 2017-7至今 蒙繼旺/13759852873  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
主要知識產權和標準規范等目錄
知識產權類別 知識產權具體名稱 國家(地區) 授權號 授權日期 證書編號 權利人
1 論文 低成本增強現實技術在高血壓腦出血神經內鏡治療中的應用 中國 2017,16(0 3):221-224.
 
2017年 02月10日
 
中華神經外科
疾病研究雜志
 
謝國強
2 論文 3D-slicer軟件在高血壓腦出血神經內鏡微創手術治療的應用價值 中國 2017,22(0 3):109- 111
 
2017年 04月11日
 
中國微侵襲神 經外科雜志
 
謝國強
3 論文 基于3D  Slicer軟件 的側腦室額角 穿刺參數研究 分析 中國 2018,23(0 9):405-408.
 
2018年 11月05日
 
中國微侵襲神 經外科雜志
 
謝國強
4 論文 3D-slicer軟件在高血壓腦出血微創穿刺引流術中應用 中國 2018,44(0 5):299- 302
 
2018年 08月14日
 
中國神經精神疾病雜志 趙健,李曉輝,謝國強
5 論文 應用3D- Slicer軟件指導腦膜瘤術前計劃及鈦網塑形1例報告 中國 2017,16(06):564-565. 2017年12月13日 中華神經外科疾病研究雜志 霍貴通、謝國強、束旭俊、曹玉福
6 論文 基于3D Slicer軟件探討高血壓腦出血血腫體積診斷的準確性 中國 2019,46(1):17-20. 2018年12月31日 國際神經病學神經外科學雜志 謝國強
7 論文 基于智能手機的簡易增強現實技術對幕上高血壓性腦內血腫定位的價值 中國 2019,46 (1):345-351.
 
2018年 12月31日
 
中國臨床神經 外科雜志
 
謝國強
 
主要完成人情況表
姓名 性別 出生年月 證件號 工作單位
1 謝國強 1980年05月 130703198005230319 陜西省核工業215醫院
2 王欣 1980年12月 130502198012100021 陜西省核工業215醫院
3 肖三潮 1962年02月 610113196202040413 陜西省核工業215醫院
4 張華文 1976年03月 610402197603011252 陜西省核工業215醫院
5 郝五記 1983年05月 610121198305017071 陜西省核工業215醫院
6 高喜松 1975年02月 610431197502070319 陜西省核工業215醫院
7 吳東飛 1986年04月 610426198604010054 陜西省核工業215醫院
 
 
主要完成單位情況表
    陜西省核工業二一五醫院是咸陽市科室齊全、設備先進,融醫療、教學、科研、預防、康復為一體的三級甲等綜合性醫院,神經外科三個病區(神經外科一病區、神經外科二病區、神經外科重癥監護病區),年腦出血手術近500臺次。醫院CT三臺(128排CT、16排CT、16排大孔徑定位CT),24小時開機,可隨時進行頭顱CT檢查,并通過院內PACS系統進行無損傷原始數據傳輸,為本課題的順利進行提供保障。在本項目開展及實施過程中,醫院領導高度重視,積極協調相關科室和工作人員緊密合作配合,并經醫院科技委員會和倫理委員會論證同意,使得本項目得以順利進行和結題,取得了較為滿意效果。

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