虛擬現(xiàn)實(shí)導(dǎo)航技術(shù)在胸腔鏡下肺段切除中的臨床應(yīng)用

李云婧 李宬潤(rùn) 馬永富 劉陽(yáng)

·論著—醫(yī)學(xué)新技術(shù)·

虛擬現(xiàn)實(shí)導(dǎo)航技術(shù)在胸腔鏡下肺段切除中的臨床應(yīng)用

李云婧 李宬潤(rùn) 馬永富 劉陽(yáng)

目的探討三維虛擬現(xiàn)實(shí)導(dǎo)航技術(shù)(VR)對(duì)于胸腔鏡下肺段切除術(shù)中及術(shù)后的影響。 方法選取解放軍總醫(yī)院2016年10月至2017年2月中8例胸腔鏡下肺段切除手術(shù)作為研究對(duì)象，隨機(jī)分為VR輔助組和傳統(tǒng)組，對(duì)比術(shù)中出血量、手術(shù)時(shí)間及術(shù)后恢復(fù)時(shí)間的差異。 結(jié)果VR組術(shù)中出血量較傳統(tǒng)組明顯減少(12.25±2.22vs. 60.25±9.74)ml ，VR組手術(shù)時(shí)間較傳統(tǒng)組顯著縮短(84.50±5.57vs. 116.50±6.61)min；VR組術(shù)后恢復(fù)時(shí)間較傳統(tǒng)組略有縮短(4.25±0.96vs. 8.00±0.82)d。(P<0.05)。 結(jié)論利用虛擬現(xiàn)實(shí)導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行術(shù)前評(píng)估，詳細(xì)制定手術(shù)計(jì)劃，規(guī)劃手術(shù)路線(xiàn)，術(shù)中實(shí)時(shí)導(dǎo)航，預(yù)顯示重要解剖結(jié)構(gòu)，切實(shí)減少了肺段切除手術(shù)的難度，對(duì)于肺段切除手術(shù)的普及具有重大意義。

虛擬現(xiàn)實(shí)導(dǎo)航技術(shù)； 肺段切除手術(shù)； 胸腔鏡

1939年Churchill和Belsey就首次提出了肺段切除的解剖技術(shù)，在1972年，日本的Noriaki Tsubota對(duì)肺段切除的術(shù)式進(jìn)行了進(jìn)一步的改進(jìn)，并認(rèn)為肺段乃至亞肺段切除將成為治療早期肺癌的標(biāo)準(zhǔn)術(shù)式[1]。隨著胸腔鏡技術(shù)和高分辨率多排螺旋CT的逐漸普及，以肺部磨玻璃密度為主要特征的早期肺癌的診出率亦日益提高[2]。而肺段切除手術(shù)對(duì)于此類(lèi)肺癌具有同肺葉切除手術(shù)無(wú)異的療效和更好的生存獲益，因此，對(duì)于肺段切除手術(shù)的需求也逐漸增加[3]。但變異更多、解剖結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜的肺段切除手術(shù)卻使手術(shù)難度大大提高，手術(shù)時(shí)間大大延長(zhǎng)，并更容易導(dǎo)致術(shù)中不必要的出血及術(shù)后的并發(fā)癥。目前已有相關(guān)報(bào)道顯示，三維虛擬現(xiàn)實(shí)導(dǎo)航技術(shù)(3D virtual reality navigation technology, VR)在于肺葉切除手術(shù)中能夠?qū)πg(shù)中精細(xì)的動(dòng)脈、靜脈及支氣管等重要解剖結(jié)構(gòu)的相互關(guān)系起到預(yù)顯示的作用，并達(dá)到提高手術(shù)成功率、降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的目的[2]。本研究利用VR技術(shù)對(duì)于肺段切除手術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)導(dǎo)航，并對(duì)比其與傳統(tǒng)肺段切除手術(shù)在手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量及術(shù)后恢復(fù)時(shí)間的差異情況，現(xiàn)報(bào)道如下。

對(duì)象與方法

一、研究對(duì)象

研究納入解放軍總醫(yī)院胸外科同一主診組內(nèi)2016年10月至2017年2月肺段切除手術(shù)共8例，其中按照是否使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)輔助分為VR組(4例)和傳統(tǒng)組(4例)。其中，VR組男性2例，女性2例，年齡40～54歲，平均年齡50.25歲，均于術(shù)前利用VR技術(shù)對(duì)于擬手術(shù)部位進(jìn)行三維重建，并詳細(xì)評(píng)估，術(shù)中利用該模型實(shí)時(shí)導(dǎo)航，其中2例右肺上葉尖段切除，2例右肺上葉后段切除。傳統(tǒng)組男性2例，女性2例，年齡43～55歲，平均年齡50.5歲，均無(wú)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)輔助，其中3例右肺上葉尖段切除，1例右肺上葉后段切除。

二、研究方法

術(shù)前使用Mimics Medical 17.0對(duì)于病灶及擬手術(shù)部位肺組織和血管、支氣管進(jìn)行三維重建，再現(xiàn)腫瘤在肺組織中的三維位置及血管、支氣管等重要解剖結(jié)構(gòu)相互的層次關(guān)系，見(jiàn)圖1～ 4，對(duì)其進(jìn)行術(shù)前評(píng)估，確定單純肺段切除能夠達(dá)到R0切除使腫瘤組織與切緣之間具有足夠的無(wú)瘤邊界，并通過(guò)三維重建模型制定明確的手術(shù)路線(xiàn)，減少不必要的操作。術(shù)中利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)手術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)導(dǎo)航，明確擬切除部位所須離斷的動(dòng)脈、靜脈及支氣管，見(jiàn)圖5。

圖1 右肺上葉后段患者CT及三維重建；注：圖A中箭頭示腫瘤位置

圖2 右肺上葉尖段切除患者CT及三維重建；注：圖A中箭頭示腫瘤位置

圖3 右肺上葉尖段切除患者CT及三維重建；注：圖A中箭頭示腫瘤位置

圖4 右肺上葉后段切除患者CT及三維重建；注：圖A中箭頭示腫瘤位置

圖5 術(shù)中VR導(dǎo)航實(shí)拍

三、統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

結(jié) 果

兩組患者年齡、性別均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，腫瘤TNM分期VR組ⅠA期4例，傳統(tǒng)組ⅠA期3例，ⅠB期1例。8例胸腔鏡下肺段切除手術(shù)均順利完成，無(wú)中轉(zhuǎn)開(kāi)胸，無(wú)手術(shù)死亡，VR組術(shù)中出血量較傳統(tǒng)組明顯減少；VR組手術(shù)時(shí)間較傳統(tǒng)組顯著縮短；VR組術(shù)后恢復(fù)時(shí)間較傳統(tǒng)組略有縮短。上述統(tǒng)計(jì)指標(biāo)均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)，見(jiàn)表1。

表1 兩組患者觀測(cè)指標(biāo)對(duì)比±s)

討 論

目前，2017版NCCN指南的外科治療原則中提出，對(duì)于滿(mǎn)足下列條件的患者，應(yīng)選擇肺段切除(首選)或楔形切除手術(shù)：周?chē)越Y(jié)節(jié)≤2 cm，至少具有下列一個(gè)特征：①組織學(xué)類(lèi)型為單純?cè)幌侔?；②CT顯示結(jié)節(jié)磨玻璃樣表現(xiàn)≥50%；③影像學(xué)監(jiān)測(cè)證實(shí)倍增時(shí)間長(zhǎng)(≥400天)，并且要求切除后肺切緣應(yīng)達(dá)到：①≥2 cm；或②≥結(jié)節(jié)的大小。一直以來(lái)，采用肺段切除對(duì)于肺癌患者的治療效果及肺功能保留始終存在爭(zhēng)議。而近年來(lái)已有研究證明，在對(duì)比Ⅰ期肺癌肺段切除與楔形切除預(yù)后中顯示，肺段切除患者的總生存期和疾病特異性生存期明顯占優(yōu)勢(shì)，且在術(shù)后早期，肺段切除對(duì)肺功能的影響明顯小于肺葉切除對(duì)肺功能的影響[4]。但是由于肺段解剖，尤其是肺段靜脈變異較多較復(fù)雜，段間平面確定相對(duì)困難等，極容易造成手術(shù)后肺淤血、局部肺組織不張甚至肺炎等各種并發(fā)癥，反而使肺段切除手術(shù)的效果及預(yù)后大打折扣。因此尋找一種能夠輔助手術(shù)醫(yī)生進(jìn)行肺段切除，降低肺段切除難度，提高肺段切除精準(zhǔn)度的方法是十分必要的。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)從1962年Morton Heilig發(fā)展至今，已不局限于娛樂(lè)、軍事訓(xùn)練、教育等方面[5]。目前在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域主要被應(yīng)用于術(shù)前規(guī)劃、康復(fù)訓(xùn)練、心理治療等，術(shù)中應(yīng)用多局限于骨科、口腔科、神經(jīng)外科等，對(duì)于軟組織的探索曾應(yīng)用于肝段精準(zhǔn)切除，但由于軟組織的形變等導(dǎo)致導(dǎo)航技術(shù)存在較大誤差，從而尚較少涉足胸外科[6-9]。目前已有，采用IOS操作系統(tǒng)為平臺(tái)的系統(tǒng)導(dǎo)航下葉上段肺切除術(shù)的報(bào)道[10]。對(duì)于Windows操作平臺(tái)的虛擬現(xiàn)實(shí)導(dǎo)航技術(shù)的相關(guān)報(bào)道尚較少，僅2016年10月解放軍總醫(yī)院利用mimics系統(tǒng)在Windows操作平臺(tái)上使用虛擬現(xiàn)實(shí)導(dǎo)航技術(shù)完成肺葉切除手術(shù)1例[2]。本研究使用能夠廣泛應(yīng)用于Windows平臺(tái)的mimics 醫(yī)學(xué)影像專(zhuān)用處理系統(tǒng)，精準(zhǔn)重建肺部模型，利用虛擬現(xiàn)實(shí)導(dǎo)航技術(shù)輔助肺段切除手術(shù)，顯著縮短了手術(shù)時(shí)間，減少了術(shù)中出血量，并縮短術(shù)后恢復(fù)時(shí)間，證實(shí)了該技術(shù)輔助切實(shí)減小了肺段切除手術(shù)的難度，其主要原因在于預(yù)顯示了肺遠(yuǎn)端血管及支氣管的變異情況及相互之間的層次關(guān)系。

因此，虛擬現(xiàn)實(shí)導(dǎo)航技術(shù)仍存在較大的發(fā)展空間。早在1889年Ewart就在解剖學(xué)上提出了“亞肺段”的相關(guān)概念，并將肺部各個(gè)肺段詳細(xì)分為了不同亞段[1]，然而由于手術(shù)技術(shù)以及亞肺段血管支氣管變異較多的特性等多方面因素的限制，國(guó)內(nèi)外開(kāi)展亞肺段切除的病例數(shù)一直以來(lái)相對(duì)較少。但由于多數(shù)病變不能完全位于同一肺段內(nèi)，單純的肺段切除手術(shù)尚存在較大的局限性，亞肺段的聯(lián)合切除卻能夠解決這一問(wèn)題。故此，虛擬現(xiàn)實(shí)導(dǎo)航技術(shù)有可能在未來(lái)對(duì)于肺部更精準(zhǔn)的切除手術(shù)中具有重要的臨床使用價(jià)值。

1 劉歆陽(yáng), 王智超, 王瑞. 解剖性肺段切除術(shù)治療ⅠA期非小細(xì)胞肺癌的研究進(jìn)展[J]. 實(shí)用醫(yī)學(xué)雜志, 2014, 30(11): 1688-1689.

2 李宬潤(rùn), 馬永富, 梁朝陽(yáng), 等. 三維虛擬現(xiàn)實(shí)導(dǎo)航胸腔鏡下肺葉切除技術(shù)初探[J/CD]. 中華腔鏡外科雜志(電子版), 2016, 9(5): 307-309.

3 仲晨曦, 谷志濤, 方文濤, 等. 34例肺單純性磨玻璃樣病灶的臨床分析[J]. 上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)(醫(yī)學(xué)版), 2011, 31(3): 378-380.

4 張艷嬌, 高禹舜, 毛友生, 等. 胸腔鏡解剖性肺段切除術(shù)治療ⅠA期非小細(xì)胞肺癌對(duì)肺功能的影響[J]. 腫瘤學(xué)雜志, 2016, 22(5): 389-393.

5 蘇建明, 張續(xù)紅, 胡慶夕. 展望虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)[J]. 計(jì)算機(jī)仿真, 2004, 21(1): 18-21.

6 屈錫亮. Mimics虛擬手術(shù)規(guī)劃在L5/S1椎間孔鏡手術(shù)中的應(yīng)用研究[D]. 廣州中醫(yī)藥大學(xué), 2014, 18: 23.

7 王亨, 王然, 卓子寒, 等. 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述及其用于輔助康復(fù)治療的研究進(jìn)展[J]. 生命科學(xué)儀器, 2013, 11(4): 3-9.

8 莫海燕, 劉靜, 曹慧, 等. 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在康復(fù)醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用與展望[J]. 醫(yī)療衛(wèi)生裝備, 2014, 35(11): 100-102.

9 Volonté F, Robert JH, Ratib O, et al. A lung segmentectomy performed with 3D reconstruction images available on the operating table with an iPad[J]. Interact Cardiovasc Thorac Surg, 2011, 12(6): 1066-1068.

10 Nyaz Didehbani, Tandra Allen, Michelle Kandalaft, et al. Virtual reality social cognition training for young adults with high functioning autism[J].J Autism Dev Disord,2013,43(1):34-44.

(本文編輯：黃紅稷)

李云婧，李宬潤(rùn)，馬永富，等. 虛擬現(xiàn)實(shí)導(dǎo)航技術(shù)在胸腔鏡下肺段切除中的應(yīng)用[J/CD]. 中華肺部疾病雜志(電子版)， 2017， 10(4)： 461-464.

Application of virtual reality navigation technique in thoracoscopic lung segmentectomy

LiYunjing,LiChengrun,MaYongfu,LiuYang.

DepartmentofThoracicSurgery,TheGeneralHospitalofPLA, 100853Beijing,China

Correspondingauthor：LiuYang,Email:Sunny301x@sina.com

Objective To investigate the impact of 3D virtual reality navigation technology (VR) for VATS lung segmentectomy. Methods All 8 cases with early stage of lung cancer were randomly divided into 2 groups from Department of Thoracic Surgery, The General Hospital of PLA from October 2016 to February, 2017 among which one group was operated with the navigation of VR. The intraoperative blood loss, operation time and postoperative recovery time were observed. Results The operation time of VR group was significantly shorter than the traditional(84.50±5.57vs. 116.50±6.61)min, the amount of bleeding was significantly less (12.25±2.22vs. 60.25±9.74)ml and the postoperative recovery time shortened(4.25±0.96vs. 8.00±0.82)d (P<0.05). Conclusion Using the technology of virtual reality navigation to evaluate the operation plan, to plan the operation route, to navigate in time and to display the important anatomical structure, effectively reduces the difficulty of pulmonary segmental resection, which is of great significance for the popularity of lung segmentectomy.

Virtual reality navigation; Lung segmental resection; Thoracoscopy

10.3877/cma.j.issn.1674-6902.2017.04.020

國(guó)家自然科學(xué)基金資金項(xiàng)目(81573026)

100853 北京，中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院胸外科

劉陽(yáng)， Email: sunny301x@126.com

R563

A

2017-05-24)