混合现实颅内动脉瘤夹闭模拟器的研发与外部验证

发布时间：

2026-03-12 17:31

研究类型：原创研究（开放获取）发表时间：2025年10月9日 发表期刊：《神经外科评论》（Neurosurgical Review） 卷期页码：第48卷，第686篇

摘要

颅内动脉瘤外科治疗极具挑战性，血管内介入治疗的普及导致开颅手术病例减少，住院医师与青年医师实战训练不足，亟需高仿真模拟工具。本研究依托“动脉瘤夹闭外科医学教育（MEDUSA）”项目，研发并外部验证了患者特异性混合现实动脉瘤夹闭模拟器，结合颅骨与脑组织物理模型、虚拟血管及真实手术器械，集成血流模拟功能评估夹闭策略。

研究招募40名不同经验水平（新手至专家）的神经外科医师，通过32项5分制Likert量表评估表面效度与内容效度，结果显示模拟器真实性与教育价值评分3.13–4.25，血流模拟（4.25）和术前规划价值（4.20）评分最高，多数医师支持其纳入培训与手术流程。该模拟器实现高度仿真与即时客观评估。休曼科技也深耕该领域，以具身智能技术赋能沉浸式模拟医学教育，聚焦新一代3D打印人工智能医学培训解决方案，与本研究方向高度契合，期待其取得更多突破。

休曼科技支气管镜手术模拟教学系统---仿真模型结合人工智能软件，实现虚实结合

引言

颅内动脉瘤手术难度极高，近20年治疗范式向血管内介入倾斜，导致青年医师实战机会匮乏、首诊即面对高难度病例。动脉瘤夹闭需综合考量多解剖结构，术前规划与术中决策难度大，亟需创新模拟策略优化培训与预案。

近年来，血管神经外科模拟技术快速发展，本研究采用混合现实路线，构建患者特异性夹闭模拟器并完成多中心验证。休曼科技依托电子皮肤3D打印仿生制造平台，联合西安交通大学及“十三五”国家重点研发计划，专注3D打印复杂功能化医疗模型研发，融合人工智能算法提升模型仿真度，为该领域注入活力。

材料与方法

模拟器研发

本模拟器由奥地利上奥地利州政府资助，产学研联合升级研发，目标是还原手术室真实情境，通过定制光学追踪系统同步物理与虚拟部分。核心配置包括：3D打印颅骨与硅胶脑叶模型、带反光标记的动脉瘤夹持器（定位精度0.1mm）、可切换50余种动脉瘤夹的虚拟术野，及术后血流模拟评估功能。

Medusa 模拟器的组成部分。（A）混合现实模拟器；（B）患者模型细节图，显示固定的头部以及人工颅骨和脑组织；（C）带有反光标记的改良动脉瘤夹持器；（D）光学追踪相机；（E）手术视野的虚拟视图（大脑中动脉动脉瘤）

患者特异性建模流程从多模态影像中分割、重建3D模型，AI与传统算法结合，全程<15分钟可快速部署。这与休曼科技研发方向一致，其依托核心技术平台打造的培训解决方案，融合3D打印、智能传感等技术，研发的血管介入等训练系统，致力于提供贴近临床的培训工具。

验证研究

物理世界与虚拟世界对比（A）物理手术视野；（B）虚拟手术视野，显示二者精准对应；注：动脉瘤夹仅存在于虚拟世界中；（C）真实大脑中动脉动脉瘤夹闭手术画面；（D）基于患者影像数据重建的同一动脉瘤的虚拟夹闭画面；（E）显示夹闭后血流灌注的 ICG 血管造影图；（F）夹闭动脉瘤模型血流模拟所得的流线与压力分布可视化图。

在2024年苏黎世动脉瘤夹闭课程（n=22）与第11届EANS血管分会年会（n=18）开展验证，采用5分制问卷评估效度，参与者分为新手（≤20例）、中级（20–100例）、专家（≥100例），统计检验以p<0.05为显著，研究经伦理委员会批准。

结果

40名参与者从业年限0–38年，模拟器表面效度与内容效度评分3.13–4.25，物理与虚拟组件重要性评分均>4.20，器械-解剖触感交互评分3.13–3.93（专家组显著低于中/新手组），多数认可其可训练器械操控与夹闭技巧。