虚拟现实导航技术在胸腔镜下肺段切除中的临床应用

李云婧 李宬润 马永富 刘阳

·论著—医学新技术·

虚拟现实导航技术在胸腔镜下肺段切除中的临床应用

李云婧 李宬润 马永富 刘阳

目的探讨三维虚拟现实导航技术(VR)对于胸腔镜下肺段切除术中及术后的影响。 方法选取解放军总医院2016年10月至2017年2月中8例胸腔镜下肺段切除手术作为研究对象，随机分为VR辅助组和传统组，对比术中出血量、手术时间及术后恢复时间的差异。 结果VR组术中出血量较传统组明显减少(12.25±2.22vs. 60.25±9.74)ml ，VR组手术时间较传统组显著缩短(84.50±5.57vs. 116.50±6.61)min；VR组术后恢复时间较传统组略有缩短(4.25±0.96vs. 8.00±0.82)d。(P<0.05)。 结论利用虚拟现实导航技术进行术前评估，详细制定手术计划，规划手术路线，术中实时导航，预显示重要解剖结构，切实减少了肺段切除手术的难度，对于肺段切除手术的普及具有重大意义。

虚拟现实导航技术； 肺段切除手术； 胸腔镜

1939年Churchill和Belsey就首次提出了肺段切除的解剖技术，在1972年，日本的Noriaki Tsubota对肺段切除的术式进行了进一步的改进，并认为肺段乃至亚肺段切除将成为治疗早期肺癌的标准术式[1]。随着胸腔镜技术和高分辨率多排螺旋CT的逐渐普及，以肺部磨玻璃密度为主要特征的早期肺癌的诊出率亦日益提高[2]。而肺段切除手术对于此类肺癌具有同肺叶切除手术无异的疗效和更好的生存获益，因此，对于肺段切除手术的需求也逐渐增加[3]。但变异更多、解剖结构更加复杂的肺段切除手术却使手术难度大大提高，手术时间大大延长，并更容易导致术中不必要的出血及术后的并发症。目前已有相关报道显示，三维虚拟现实导航技术(3D virtual reality navigation technology, VR)在于肺叶切除手术中能够对术中精细的动脉、静脉及支气管等重要解剖结构的相互关系起到预显示的作用，并达到提高手术成功率、降低手术风险的目的[2]。本研究利用VR技术对于肺段切除手术进行实时导航，并对比其与传统肺段切除手术在手术时间、术中出血量及术后恢复时间的差异情况，现报道如下。

对象与方法

一、研究对象

研究纳入解放军总医院胸外科同一主诊组内2016年10月至2017年2月肺段切除手术共8例，其中按照是否使用虚拟现实技术辅助分为VR组(4例)和传统组(4例)。其中，VR组男性2例，女性2例，年龄40～54岁，平均年龄50.25岁，均于术前利用VR技术对于拟手术部位进行三维重建，并详细评估，术中利用该模型实时导航，其中2例右肺上叶尖段切除，2例右肺上叶后段切除。传统组男性2例，女性2例，年龄43～55岁，平均年龄50.5岁，均无虚拟现实技术辅助，其中3例右肺上叶尖段切除，1例右肺上叶后段切除。

二、研究方法

术前使用Mimics Medical 17.0对于病灶及拟手术部位肺组织和血管、支气管进行三维重建，再现肿瘤在肺组织中的三维位置及血管、支气管等重要解剖结构相互的层次关系，见图1～ 4，对其进行术前评估，确定单纯肺段切除能够达到R0切除使肿瘤组织与切缘之间具有足够的无瘤边界，并通过三维重建模型制定明确的手术路线，减少不必要的操作。术中利用虚拟现实技术对手术进行实时导航，明确拟切除部位所须离断的动脉、静脉及支气管，见图5。

图1 右肺上叶后段患者CT及三维重建；注：图A中箭头示肿瘤位置

图2 右肺上叶尖段切除患者CT及三维重建；注：图A中箭头示肿瘤位置

图3 右肺上叶尖段切除患者CT及三维重建；注：图A中箭头示肿瘤位置

图4 右肺上叶后段切除患者CT及三维重建；注：图A中箭头示肿瘤位置

图5 术中VR导航实拍

三、统计学方法

结 果

两组患者年龄、性别均无统计学差异，肿瘤TNM分期VR组ⅠA期4例，传统组ⅠA期3例，ⅠB期1例。8例胸腔镜下肺段切除手术均顺利完成，无中转开胸，无手术死亡，VR组术中出血量较传统组明显减少；VR组手术时间较传统组显著缩短；VR组术后恢复时间较传统组略有缩短。上述统计指标均具有统计学差异(P<0.05)，见表1。

表1 两组患者观测指标对比±s)

讨 论

目前，2017版NCCN指南的外科治疗原则中提出，对于满足下列条件的患者，应选择肺段切除(首选)或楔形切除手术：周围性结节≤2 cm，至少具有下列一个特征：①组织学类型为单纯原位腺癌；②CT显示结节磨玻璃样表现≥50%；③影像学监测证实倍增时间长(≥400天)，并且要求切除后肺切缘应达到：①≥2 cm；或②≥结节的大小。一直以来，采用肺段切除对于肺癌患者的治疗效果及肺功能保留始终存在争议。而近年来已有研究证明，在对比Ⅰ期肺癌肺段切除与楔形切除预后中显示，肺段切除患者的总生存期和疾病特异性生存期明显占优势，且在术后早期，肺段切除对肺功能的影响明显小于肺叶切除对肺功能的影响[4]。但是由于肺段解剖，尤其是肺段静脉变异较多较复杂，段间平面确定相对困难等，极容易造成手术后肺淤血、局部肺组织不张甚至肺炎等各种并发症，反而使肺段切除手术的效果及预后大打折扣。因此寻找一种能够辅助手术医生进行肺段切除，降低肺段切除难度，提高肺段切除精准度的方法是十分必要的。

虚拟现实技术从1962年Morton Heilig发展至今，已不局限于娱乐、军事训练、教育等方面[5]。目前在医学领域主要被应用于术前规划、康复训练、心理治疗等，术中应用多局限于骨科、口腔科、神经外科等，对于软组织的探索曾应用于肝段精准切除，但由于软组织的形变等导致导航技术存在较大误差，从而尚较少涉足胸外科[6-9]。目前已有，采用IOS操作系统为平台的系统导航下叶上段肺切除术的报道[10]。对于Windows操作平台的虚拟现实导航技术的相关报道尚较少，仅2016年10月解放军总医院利用mimics系统在Windows操作平台上使用虚拟现实导航技术完成肺叶切除手术1例[2]。本研究使用能够广泛应用于Windows平台的mimics 医学影像专用处理系统，精准重建肺部模型，利用虚拟现实导航技术辅助肺段切除手术，显著缩短了手术时间，减少了术中出血量，并缩短术后恢复时间，证实了该技术辅助切实减小了肺段切除手术的难度，其主要原因在于预显示了肺远端血管及支气管的变异情况及相互之间的层次关系。

因此，虚拟现实导航技术仍存在较大的发展空间。早在1889年Ewart就在解剖学上提出了“亚肺段”的相关概念，并将肺部各个肺段详细分为了不同亚段[1]，然而由于手术技术以及亚肺段血管支气管变异较多的特性等多方面因素的限制，国内外开展亚肺段切除的病例数一直以来相对较少。但由于多数病变不能完全位于同一肺段内，单纯的肺段切除手术尚存在较大的局限性，亚肺段的联合切除却能够解决这一问题。故此，虚拟现实导航技术有可能在未来对于肺部更精准的切除手术中具有重要的临床使用价值。

1 刘歆阳, 王智超, 王瑞. 解剖性肺段切除术治疗ⅠA期非小细胞肺癌的研究进展[J]. 实用医学杂志, 2014, 30(11): 1688-1689.

2 李宬润, 马永富, 梁朝阳, 等. 三维虚拟现实导航胸腔镜下肺叶切除技术初探[J/CD]. 中华腔镜外科杂志(电子版), 2016, 9(5): 307-309.

3 仲晨曦, 谷志涛, 方文涛, 等. 34例肺单纯性磨玻璃样病灶的临床分析[J]. 上海交通大学学报(医学版), 2011, 31(3): 378-380.

4 张艳娇, 高禹舜, 毛友生, 等. 胸腔镜解剖性肺段切除术治疗ⅠA期非小细胞肺癌对肺功能的影响[J]. 肿瘤学杂志, 2016, 22(5): 389-393.

5 苏建明, 张续红, 胡庆夕. 展望虚拟现实技术[J]. 计算机仿真, 2004, 21(1): 18-21.

6 屈锡亮. Mimics虚拟手术规划在L5/S1椎间孔镜手术中的应用研究[D]. 广州中医药大学, 2014, 18: 23.

7 王亨, 王然, 卓子寒, 等. 虚拟现实技术概述及其用于辅助康复治疗的研究进展[J]. 生命科学仪器, 2013, 11(4): 3-9.

8 莫海燕, 刘静, 曹慧, 等. 虚拟现实技术在康复医学中的应用与展望[J]. 医疗卫生装备, 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.

(本文编辑：黄红稷)

李云婧，李宬润，马永富，等. 虚拟现实导航技术在胸腔镜下肺段切除中的应用[J/CD]. 中华肺部疾病杂志(电子版)， 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

国家自然科学基金资金项目(81573026)

100853 北京，中国人民解放军总医院胸外科

刘阳， Email: sunny301x@126.com

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2017-05-24)