增强现实导航气管镜技术在呼吸内镜医师培训的初步应用

钟长镐 罗为展 陈愉 唐纯丽 陈小波

支气管镜技术现已成为呼吸系统医生最重要的诊疗手段之一[1-3]。肺癌是世界上发病率、死亡率最高的肿瘤[4]。而我国，75%肺癌患者确诊时已为晚期，5年生存率仅为15.6%[5]。因此，早期筛查、早期诊断肺癌显得尤为重要。熟练掌握可弯曲支气管镜检查技术是提高肺癌诊断率，降低误诊率的最有效的方法[3]。相对于发达国家，我国的支气管镜技术起步晚，但临床应用发展迅速，急需一批熟练支气管镜操作的临床医师。因此，2017年中国医师协会呼吸病学分会遴选了3家医疗单位作为呼吸内镜培训学院。我院支气管镜中心是呼吸内镜培训学院之一，根据培训细节，我们常规方式教学步骤是指导学员首先阅读胸部CT并定位病灶所在支气管，继而规划操作路径，最后指导学员对患者行支气管镜检查。随着科技进步，也将增强现实导航支气管镜技术（Lung Point）应用于呼吸内镜医师的培训。Lung Point系统是一种虚拟导航支气管镜，根据患者胸部CT定位病灶后，智能规划操作路径，并予以三维重建仿真支气管。本研究通过对呼吸内镜培训医师使用常规培训方法和增强现实导航支气管镜技术（Lung Point）培训进行分组对比，评估Lung Point在呼吸内镜医生培训中的作用。

1 对象与方法

1.1 对象

随机抽取2017年1—6月在广州医科大学附属第一医院呼吸内镜中心招录的10名呼吸内镜培训医师，随机分成两组，A组按常规方式教学，B组应用Lung Point系统教学。每组各5名医师，每位医师操作例数均为20例次。两组医师的一般资料对比，差异无统计学意义（P＞0.05），具有可比性。

1.2 培训方法

（1）A组（常规培训法）：术前指导学员首先阅读胸部CT并定位病灶所在支气管（第6级支气管），继而规划支气管镜操作路径，再指导学员对患者行支气管镜检查，记录操作时间。

（2）B组（Lung Point培训法）：Lung Point是一种将真实世界信息和三维重建信息“无缝”集成的高新技术，即把原有在支气管镜下直视的现实影像与这些影响对应的实体信息（正确的路径信息、血管信息、气道尺寸信息、病灶位置信息等），实现叠加后进行支气管镜诊疗的临床应用。学员将根据患者胸部CT定位目标支气管（第6级支气管）后，智能规划操作路径，并予以三维重建仿真支气管。在实践操作中，学员不运用导航系统进行实时引导，仅在术前查看操作路径记录。

1.3 评价方法

（1）操作是否到达目标所在亚段支气管；（2）实际操作到达目标所在亚段支气管所用时间，少于5分钟为及格，多于5分钟为不及格。

1.4 统计学方法

采用SPSS19.0软件对数据进行分析处理，计量资料以（均数±标准差）表示，两个样本均数比较采用t检验，多于两组样本均数的比较，采用方差分析（ANOVA）；计数资料以（n，%）表示，采用χ2检验，以P＜0.05表示差异具有统计学意义。

2 结果

比较两种支气管镜检查操作所需时间，A组为（398.16±91.51）s，B组为（275.01±62.64）s，两组对比，差异具有统计学意义（P=0.00）；操作时间的达标率，A组低于B组（24%vs. 72%）；图1可见两种培训法随着培训例次的增多，操作所花费时间逐渐减少。表1可见，16～20例次比其余各例次组所花的时间明显减少，且随着操作例次增多，在规定时间内操作成功次数逐渐增多；表2可见，各组次在规定时间内操作成功率对比，差异无统计学意义（P=0.95），但操作时间上，与1～5例次比较，另外三组明显减少。但6～10例次与11～15例次对比，差异无统计学意义（P＞0.05）。表3、图1两种操作方法的定位精准率，A组低于B组（60%vs. 84%），且常规培训法与Lung Point培训法不同例次的比较均存在统计学差异（P＜0.05）；两种评价指标均达标，则A组低于B组（14%vs. 53%）。

图1 两种培训方法的学习曲线

图2 常规培训法与Lung Point培训法不同例次的精准度比较

3 讨论

支气管镜检查是目前呼吸系统常用的诊断和治疗各种气道和肺部疾病的重要工具，也是呼吸内科专科医师必备的操作技能。由于肺部的特殊解剖特点，支气管分支数量多且杂乱，对于初学者来说，从对单纯的二维胸部CT的阅读来进行定位三维支气管亚段是十分困难的，传统的培训方法是由有经验的导师带领学生进行胸部影像学的阅读，并在实际支气管镜操作中进行对照教学，但在实际操作中难使学生快速建立起胸部CT图像与真实支气管一一对应的关系，而且延长了操作时间，增加患者痛苦。因此，探索新的呼吸内镜医师培训方法显得尤为重要。

表1 常规培训法的操作时间比较

表2 Lung Point培训法的操作时间比较

表3 常规培训法与Lung Point培训法不同例次的精准度比较

随着科技的迅猛发展，导航支气管镜技术应用于支气管镜操作。导航支气管镜是将术前高分辨率薄层胸部CT无间隔扫描获得的图像数据导人导航支气管软件系统，三维重建对支气管内表面具有相同像素值范围，赋予人工伪色彩并模拟腔内情况，获得类似支气管腔内的动态重建图像。术前可根据胸部CT的提示，通过标定肺部病灶，制定支气管镜操作的路径，目前，导航支气管镜技术可观察第0～6级支气管[6]。本团队早期对导航支气管镜研究表明，使用导航支气管镜技术能将常统肺活检的阳性率由47%提高到76%，明缩短整体操作时间，总体操作时间导航组为（256±205）s[7]。借鉴前期的研究结果，将导航支气管系统应用于呼吸内镜医师的培训中，并设定操作时间评分标准为5分钟。图1表明，随着两种培训方法次数的增多，操作者所花时间逐渐减少，这表明Lung Point培训法符合支气管镜培训的发展规律。而从表1、2可见Lung Point培训法操作比常规培训法在规定时间内完成操作成功率更高，同时，Lung Point培训法6～10例与11～15例时间对比，差异无统计学意义（P＞0.05），结合表3、图2的操作精准率，认为Lung Point培训法至少培训6例以上可达满意的培训效果。基于同样的考虑，常规培训法至少需要16例才达到操作时间少、操作精准度高的基本要求。这表明使用Lung Point培训法可以使低年资支气管镜医师迅速掌握支气管镜操作技巧，准确的路径规划也同时缩减寻找病灶花费的时间。

与传统教学方式相比， Lung Point培训法具有以下优势：（1）时间便利性：运用导航支气管技术能在术前可查看患者虚拟支气管腔内情况，增加路径和腔内熟悉程度，可按照老师和学生的时间机动安排，在路径规划学习中可随意停止，随时提问、讨论，并可运用系统自带的3D旋转功能进行任意变换，在术前对病变情况进行相应的评估，以决定实际操作中需要进行的检查项目或者治疗方案，深入了解培训医师的支气管镜检查方案；（2）操作安全性：传统教学方法是在老师 “手把手”的指导下操作。可能学员的不熟练操作步骤、方法，增加了寻找病灶所用的时间，给患者带来痛苦，而导航系统在术前可为学员提供准确的指引路径，大大缩短了操作的时间；另外，导航系统能提供病灶的大小、位置、离胸壁的距离、周边的血管等信息，为合理进行相应的检查提供了更多的信息，避免活检后的出血、气胸等并发症的出现；（3）操作可重复性：通过Lung Point系统的培训学习，可以针对特殊病例、特殊位置反复研究和练习，直到掌握为止，极大增强了培训医师的操作信心。

本研究也存在一定的不足，入组培训医师数较少，期待以后继续增加相关培训数据。此外，Lung Point系统也存在一定的不足，如对于局部支气管有狭窄或者变异的情况，无法清晰显示，需在操作中随时调整操作路径。

综上所述，增强现实导航支气管镜技术（Lung Point系统）可缩短呼吸内镜医师培训时间，提高培训成效。

[1]Nilsson PM，Naur TMH，Clementsen PF，et al. Simulation in bronchoscopy: current and future perspectives[J]. Adv Med Educ Pract，2017，9（8）：755-760.

[2]Dhillon SS，Harris K. Bronchoscopy for the diagnosis of peripheral lung lesions[J]. J Thorac Dis，2017，9（Suppl 10）：S1047-S1058.

[3]Kennedy CC，Maldonado F，Cook DA. Simulation-based bronchoscopy training: systematic review and meta-analysis[J]. Chest，2013，144（1）：183-192.

[4]Siegel RL，Miller KD，Jemal A. Cancer statistics, 2018[J]. CA Cancer J Clin， 2018，68（1）：7-30.

[5]中华医学会呼吸病学分会肺癌学组，中国肺癌防治联盟专家组.肺部结节诊治中国专家共识[J]. 中华结核和呼吸杂志，2015，38：249-254.

[6]lshida T，Asano F，Yamazaki K，et al. Virtual bronchoscopic navigation combined with endobronchial ultrasound to diagnosesmall peripheral pulmonary lesions：arandomised trial[J]. Thorax，2011，66（12）：1072-1077.

[7]唐纯丽，罗为展，钟长镐，等. 径向超声联合虚拟导航引导肺活检对肺外周结节的诊断价值[J]. 中华结核和呼吸杂志，2016，39（1）： 38-40.