基于开源软件和电子陀螺仪的三维可视化多模态神经导航技术研究

Multimodal neuroimage-based three-dimensional visualization of eloquent brain structures has been highly propagated in recent years. In our previous studies, we have successfully conducted three-dimensional visualization of multimodal neuroimaging data, including motor, visual, and language eloquent structures. We also have proved, that these images can be integrated into open-source software for later processing and for gyroscopic positioning. Hence, we raise the hypothesis, that multimodal neuroimaging data can be processed and three-dimensionally visualized with open-source software, followed by integration into gyroscopic device for neuro-navigation. To prove the technical feasibility and validity of our hypothesis, we designed a research project to develope a gyroscope based navigation device and evaluate the accuracy and validity of it. This project will be helpful for establishment of a low-cost easy-to-use open-source multimodal neuroimaging software platform, as well as a novel multimodal gyroscopic navigation technique. It will offer more proofs for the future development of new neuro-navigation techniques and systems.

三维可视化多模态神经导航是近年来的研究热点。我们在既往的研究中成功地进行了包括运动、视觉及语言等重要脑功能系统的多模态三维可视化成像，并证明上述影像可以被整合进开源软件，利用陀螺仪进行定位。由此，我们提出进行多模态神经影像三维可视化导航的新模式，即：使用开源软件进行多模态神经影像的三维可视化处理，然后将所得图像导入陀螺仪简易定位装置，以指导手术入路方向和深度的确定，进行多模态神经影像的三维可视化导航。本项目有望建立价格低廉，易于普及的开源多模态神经影像处理平台，证实陀螺仪导航的技术可行性，为新型导航技术和设备的研发提供更充分的科学依据。

三维可视化多模态神经导航是近年来的研究热点。我们在本研究中成功地进行了基于开源软件的重要脑功能系统的多模态三维可视化成像，并将多模态影像导入电子陀螺仪简易定位装置，进行了低成本多模态神经影像三维可视化导航技术的开发。本研究从使用开源软件进行脑重要功能结构三维可视化处理，陀螺仪导航技术开发，体外模型试验和临床试验四方面圆满完成了预定的研究目标。. 多模态脑功能成像技术重点聚焦于多模态影像的配准融合，主要脑白质纤维束DTI 成像和虚拟现实多模态三维可视化研究，以求建立稳定可靠的导航软件平台。在本阶段研究中，我们搜集了42例颅内血管神经压迫的病例的影像资料，使用3D Slicer软件进行了多模态影像配准和血管神经压迫的三维可视化重建，并进行了虚拟现实模拟，并证明了我们使用的影像配准、三维可视化和虚拟现实技术的准确性和可靠性。. 在陀螺仪（电子加速计）导航的体外模型和临床测试工作中，重点聚焦于基于开源软件平台，使用电子加速计（陀螺仪）进行穿刺角度计算及与标准神经导航系统的对照研究。通过模型测试和临床测试，与标准神经导航系统相比较，陀螺仪导航的靶点平均误差为3.8mm，已初步达到了对精度要求一般的血肿和较大病变穿刺的精度要求。同时，在硬件转化研究方面，已完成了内置电子加速计（陀螺仪）的小型化装置的工程样品生产，并已在临床试用。.本研究的成果有重要科学意义。通过本研究的结果，我们证实了使用开源免费软件和电子陀螺仪建立一个低成本的脑功能结构三维可视化平台和简易导航系统在技术上是可行的。基于该软件平台和电子陀螺仪（电子加速计）的导航设备工程样品已完成，并顺利进行了体外模型试验和临床试验，取得了较好的效果，具备进一步进行成果转化的潜力。如能转化为产品，有望形成低成本的国产简易导航系统，具有很好的临床应用前景。