虛擬現實導航技術在胸腔鏡下肺段切除中的臨床應用

李云婧 李宬潤 馬永富 劉陽

·論著—醫學新技術·

虛擬現實導航技術在胸腔鏡下肺段切除中的臨床應用

李云婧 李宬潤 馬永富 劉陽

目的探討三維虛擬現實導航技術(VR)對于胸腔鏡下肺段切除術中及術后的影響。 方法選取解放軍總醫院2016年10月至2017年2月中8例胸腔鏡下肺段切除手術作為研究對象，隨機分為VR輔助組和傳統組，對比術中出血量、手術時間及術后恢復時間的差異。 結果VR組術中出血量較傳統組明顯減少(12.25±2.22vs. 60.25±9.74)ml ，VR組手術時間較傳統組顯著縮短(84.50±5.57vs. 116.50±6.61)min；VR組術后恢復時間較傳統組略有縮短(4.25±0.96vs. 8.00±0.82)d。(P<0.05)。 結論利用虛擬現實導航技術進行術前評估，詳細制定手術計劃，規劃手術路線，術中實時導航，預顯示重要解剖結構，切實減少了肺段切除手術的難度，對于肺段切除手術的普及具有重大意義。

虛擬現實導航技術； 肺段切除手術； 胸腔鏡

1939年Churchill和Belsey就首次提出了肺段切除的解剖技術，在1972年，日本的Noriaki Tsubota對肺段切除的術式進行了進一步的改進，并認為肺段乃至亞肺段切除將成為治療早期肺癌的標準術式[1]。隨著胸腔鏡技術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]。而肺段切除手術對于此類肺癌具有同肺葉切除手術無異的療效和更好的生存獲益，因此，對于肺段切除手術的需求也逐漸增加[3]。但變異更多、解剖結構更加復雜的肺段切除手術卻使手術難度大大提高，手術時間大大延長，并更容易導致術中不必要的出血及術后的并發癥。目前已有相關報道顯示，三維虛擬現實導航技術(3D virtual reality navigation technology, VR)在于肺葉切除手術中能夠對術中精細的動脈、靜脈及支氣管等重要解剖結構的相互關系起到預顯示的作用，并達到提高手術成功率、降低手術風險的目的[2]。本研究利用VR技術對于肺段切除手術進行實時導航，并對比其與傳統肺段切除手術在手術時間、術中出血量及術后恢復時間的差異情況，現報道如下。

對象與方法

一、研究對象

研究納入解放軍總醫院胸外科同一主診組內2016年10月至2017年2月肺段切除手術共8例，其中按照是否使用虛擬現實技術輔助分為VR組(4例)和傳統組(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，均于術前利用VR技術對于擬手術部位進行三維重建，并詳細評估，術中利用該模型實時導航，其中2例右肺上葉尖段切除，2例右肺上葉后段切除。傳統組男性2例，女性2例，年齡43～55歲，平均年齡50.5歲，均無虛擬現實技術輔助，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

術前使用Mimics Medical 17.0對于病灶及擬手術部位肺組織和血管、支氣管進行三維重建，再現腫瘤在肺組織中的三維位置及血管、支氣管等重要解剖結構相互的層次關系，見圖1～ 4，對其進行術前評估，確定單純肺段切除能夠達到R0切除使腫瘤組織與切緣之間具有足夠的無瘤邊界，并通過三維重建模型制定明確的手術路線，減少不必要的操作。術中利用虛擬現實技術對手術進行實時導航，明確擬切除部位所須離斷的動脈、靜脈及支氣管，見圖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 術中VR導航實拍

三、統計學方法

結 果

兩組患者年齡、性別均無統計學差異，腫瘤TNM分期VR組ⅠA期4例，傳統組ⅠA期3例，ⅠB期1例。8例胸腔鏡下肺段切除手術均順利完成，無中轉開胸，無手術死亡，VR組術中出血量較傳統組明顯減少；VR組手術時間較傳統組顯著縮短；VR組術后恢復時間較傳統組略有縮短。上述統計指標均具有統計學差異(P<0.05)，見表1。

表1 兩組患者觀測指標對比±s)

討 論

目前，2017版NCCN指南的外科治療原則中提出，對于滿足下列條件的患者，應選擇肺段切除(首選)或楔形切除手術：周圍性結節≤2 cm，至少具有下列一個特征：①組織學類型為單純原位腺癌；②CT顯示結節磨玻璃樣表現≥50%；③影像學監測證實倍增時間長(≥400天)，并且要求切除后肺切緣應達到：①≥2 cm；或②≥結節的大小。一直以來，采用肺段切除對于肺癌患者的治療效果及肺功能保留始終存在爭議。而近年來已有研究證明，在對比Ⅰ期肺癌肺段切除與楔形切除預后中顯示，肺段切除患者的總生存期和疾病特異性生存期明顯占優勢，且在術后早期，肺段切除對肺功能的影響明顯小于肺葉切除對肺功能的影響[4]。但是由于肺段解剖，尤其是肺段靜脈變異較多較復雜，段間平面確定相對困難等，極容易造成手術后肺淤血、局部肺組織不張甚至肺炎等各種并發癥，反而使肺段切除手術的效果及預后大打折扣。因此尋找一種能夠輔助手術醫生進行肺段切除，降低肺段切除難度，提高肺段切除精準度的方法是十分必要的。

虛擬現實技術從1962年Morton Heilig發展至今，已不局限于娛樂、軍事訓練、教育等方面[5]。目前在醫學領域主要被應用于術前規劃、康復訓練、心理治療等，術中應用多局限于骨科、口腔科、神經外科等，對于軟組織的探索曾應用于肝段精準切除，但由于軟組織的形變等導致導航技術存在較大誤差，從而尚較少涉足胸外科[6-9]。目前已有，采用IOS操作系統為平臺的系統導航下葉上段肺切除術的報道[10]。對于Windows操作平臺的虛擬現實導航技術的相關報道尚較少，僅2016年10月解放軍總醫院利用mimics系統在Windows操作平臺上使用虛擬現實導航技術完成肺葉切除手術1例[2]。本研究使用能夠廣泛應用于Windows平臺的mimics 醫學影像專用處理系統，精準重建肺部模型，利用虛擬現實導航技術輔助肺段切除手術，顯著縮短了手術時間，減少了術中出血量，并縮短術后恢復時間，證實了該技術輔助切實減小了肺段切除手術的難度，其主要原因在于預顯示了肺遠端血管及支氣管的變異情況及相互之間的層次關系。

因此，虛擬現實導航技術仍存在較大的發展空間。早在1889年Ewart就在解剖學上提出了“亞肺段”的相關概念，并將肺部各個肺段詳細分為了不同亞段[1]，然而由于手術技術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，國內外開展亞肺段切除的病例數一直以來相對較少。但由于多數病變不能完全位于同一肺段內，單純的肺段切除手術尚存在較大的局限性，亞肺段的聯合切除卻能夠解決這一問題。故此，虛擬現實導航技術有可能在未來對于肺部更精準的切除手術中具有重要的臨床使用價值。

1 劉歆陽, 王智超, 王瑞. 解剖性肺段切除術治療ⅠA期非小細胞肺癌的研究進展[J]. 實用醫學雜志, 2014, 30(11): 1688-1689.

2 李宬潤, 馬永富, 梁朝陽, 等. 三維虛擬現實導航胸腔鏡下肺葉切除技術初探[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]. 上海交通大學學報(醫學版), 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治療ⅠA期非小細胞肺癌對肺功能的影響[J]. 腫瘤學雜志, 2016, 22(5): 389-393.

5 蘇建明, 張續紅, 胡慶夕. 展望虛擬現實技術[J]. 計算機仿真, 2004, 21(1): 18-21.

6 屈錫亮. Mimics虛擬手術規劃在L5/S1椎間孔鏡手術中的應用研究[D]. 廣州中醫藥大學, 2014, 18: 23.

7 王亨, 王然, 卓子寒, 等. 虛擬現實技術概述及其用于輔助康復治療的研究進展[J]. 生命科學儀器, 2013, 11(4): 3-9.

8 莫海燕, 劉靜, 曹慧, 等. 虛擬現實技術在康復醫學中的應用與展望[J]. 醫療衛生裝備, 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，馬永富，等. 虛擬現實導航技術在胸腔鏡下肺段切除中的應用[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

國家自然科學基金資金項目(81573026)

100853 北京，中國人民解放軍總醫院胸外科

劉陽， Email: sunny301x@126.com

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2017-05-24)