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    混合现实辅助后腹腔镜下肾肿瘤手术可行性与安全性研究

    时间:2023-01-26 14:00:05 来源:天一资源网 本文已影响 天一资源网手机站

    余东阳, 李欣阳, 曹志强

    医患双方医学信息不对称导致的医患交流障碍,是导致医疗纠纷的原因之一[1]。混合现实(mixed reality,MR)是一种图形学领域的新技术,它可将计算机绘制的虚拟模型融合到使用者所看到的真实世界中[2]。近年来该技术被应用于医学,医生与患者通过简单地全息模型交流,可解决知识不对称问题,还可通过MR三维图像诊断并制定手术方案,提高诊疗精准率,很多临床科室尝试应用,包括骨科[3]、外整形科[4]、神经外科等[5]。但在泌尿外科中的应用可行性和安全性研究报道不多[6]。因此,本文通过探讨后腹腔镜下肾肿瘤手术应用MR,以评估其可行性和安全性。

    1.1 临床资料 选择2018年3月至2020年3月中国医科大学附属盛京医院泌尿外科拟行后腹腔镜肾肿瘤手术患者180例,随机数表法分为MR组90例和未行MR组90例。纳入标准:患者年龄18~70岁,对研究内容知情同意,临床诊断为肾脏肿瘤,同意并签署知情同意书参与本项观察研究,均同意接受肾癌根治术(RN)或肾肿瘤剜除术(PN)者,术后病理确诊为肾脏恶性肿瘤,单侧病例,分期为小于T3期并无远处转移,术后病理WHO/ISUP分级小于G3。排除标准:患者年龄<18岁和>70岁者,伴有心、肺、肝等严重疾病、有精神病史,资料不完整,凝血障碍,有肿瘤转移。

    1.2 方法 所有患者行CT平扫+增强检查,取得DICOM格式原始文件,使用影像算法平台和三维医学影像数据处理平台-星图工作站(北京维卓致远医疗科技有限公司)对数据进行后处理,输出标准化的V3D格式文件导入全息眼镜内观察三维图像(图1)。所有病例均行后腹腔腹腔镜辅助的肾癌根治术或肾肿瘤剜除术,剜除术选择由两位高年资副主任医师根据肿瘤分期、患者BMI、年龄共同判定,有异议时请第三位高年资主任医师裁定。

    图1 MR中肾三维图像(术者第一视角)

    为了研究MR在辅助医患沟通方面的作用,MR组由术者分别使用CT片和MR全息成像技术向患者及家属陈述病情并讲解手术方案,患者于前后两次回答手术相关问题,评估其疾病相关知识掌握情况。对MR技术在对疾病理解、手术方案理解、并发症理解方面给予打分。1分完全没用,10分为非常有用[7]。

    主刀医生与助手、配台护士术前通过MR设备(眼镜)对已经三维重建的患者全息数据进行观察,讨论和制定手术方案。主刀医生术中可根据自己的需要自由使用MR技术的融合功能阅片。术中MR主要用于重要血管和肿瘤位置的判断(图2),有限分离后,可通过MR技术实现足够大的视野,判断重要血管走行、肿瘤位置可分次分阶段进行(有限分离,足够视野),尤其在寻找内生性肿瘤和分支动脉阻断方面有明显优势。配准动脉分叉或肾脏外形的典型解剖标记后,全息投影的方式可以让术者看到肾脏内部、肿瘤血供和周边关系,帮助术者快速找到分支动脉和肿瘤切除边界。共9名泌尿外科医生通过问卷调查参与评估实用性。内容包括:询问每位手术医生主观感觉;
    MR眼镜应用对手术方案理解是否有帮助;
    模型对减少手术并发症是否有帮助。每一项评分从低到高依次为1~10分,1分为完全没用,10分为非常有用[7]。

    图2 肾脏肿瘤三维数据,具备消隐功能

    1.3 术后并发症 利用Clavien-Dindo并发症分级系统[8-9]对患者住院期间和术后1个月安全性进行评估并记录。Clavien-Dindo分级系统将患者围手术期并发症 分为Ⅳ级,其中Ⅰ级:对患者恢复有影响,但对患者生命无威胁,可使用药物治疗及物理治疗恢复,但不需要内镜或放射手段处理;
    Ⅱ级:在Ⅰ级处理的基础上,还需要使用其他种类的药物或进行血液输注、全静脉营养等;
    Ⅲ级:分为Ⅲa级和Ⅲb级,前者为不需要全身麻醉,直接进行手术、介入干预;
    Ⅳ级:分为Ⅳa级和Ⅳb级,前者为并发症危及患者生命,出现单个器官衰竭,需要在ICU病房治疗,后者为多个器官衰竭;
    Ⅴ级:并发症致患者死亡。

    2.1 两组患者临床指标比较 两组患者年龄、肿瘤大小、分期、术后病理、住院时间对比,差异无统计学意义,但MR组总手术时间的中位数比未行MR组时间的中位数短约15 min,部分切除患者热缺血时间MR组缩短近10 min,出血量减少约30 ml,差异有统计学意义(P<0.05),详见表1。

    表1 两组患者临床指标比较

    2.2 患者对MR技术应用的评分 采用李克特量表评估患者对MR技术用于患者或家属对病情了解的实用性的意见(1~10分)[7],针对MR技术对肾脏肿瘤及肾脏解剖周围器官关系的理解度评分、手术方案的理解度评分、可能并发症的理解度评分、综合评分,每项问卷均分为十分实用、很有用、有用、一般和无用五个级别(图3)。

    图3 患者或家属对MR技术用于对病情和手术相关信息理解度和综合评分

    2.3 医生实用性评分结果 采用李克特量表评估医生对实用性的意见(1~10分)[7],9位医生针对MR技术对医患沟通、教学、阅片、会诊讨论、综合感觉进行评分,每项问卷均分为十分实用、很有用、有用、一般和无用五个级别,详见图4。

    图4 9位医生对MR各项功能实用性和综合评分

    2.4 两组并发症比较 术后1个月MR组2例尿道感染和1例伤口感染(肾根治术后),无二级以上并发症。未行MR组2例尿道感染,2例切口感染,无二级以上并发症,两组并发症发生率和程度对比差异无统计学意义。

    肾脏肿瘤是泌尿外科最常见的恶性肿瘤之一,人们对肾肿瘤治疗的要求也逐渐微创化、精准化[10]。腹腔镜肾部分切除术(laparoscopic partial nephrectomy,LPN)因其切口小,恢复快的特点,广泛用于肾肿瘤的治疗。术前对肾肿瘤解剖特征的深刻认知有助于临床手术术式的正确选择和顺利完成[11]。成功的LPN需要术者拥有良好的三维空间重构能力和扎实的解剖学基础,术者需要在术前和术中对肿瘤的解剖位置、毗邻结构、血管分布等重要信息进行反复重构。基础的影像学检查还缺乏直观、立体效果,这可能使外科医生在术前和术中对患者病情判断存在差异。

    近年以影像三维重建、3D打印、导航、深度学习、手术机器人等为代表的一大批先进技术在外科临床领域飞速发展,正在影响和改变着外科医生的思维、操作和工作习惯。术前数字三维重建,越来越多地应用于临床[12]。但以往的三维模型都是在电脑屏幕上的二维平面观察,与患者真实情况对比仍需医生在头脑中进行二次重建融合,许多新的影像技术和设备都是用于更好的定位肿瘤或血管[13-14]。本项研究为以MR为代表的新一代可视化技术。这种混合虚实数据技术在医学领域展现出巨大的的应用前景[4,15]。可视化系统,主要包括MR技术、虚拟现实(virtual reality,VR)技术、增强现实(augmented reality,AR)技术、扩展现实技术(extended reality,XR),其中MR技术是结合虚拟现实技术及增强现实技术开发出的一种新的数字全息图像技术,使用者可从计算机描绘的虚拟模型中获得额外的信息,从而对真实环境进行混合,具有现场感、混合性和逼真性等特点。本实验室就是术前把患者的CT扫描结果传给计算机,生成全息三维图像后用MR设备全息观看。近年来皮肤科[16]、儿科和整形外科医生[4]都报道过在临床案例中使用可穿戴MR设备[5,17]。国内部分泌尿外科专家也都在尝试MR技术应用于肾脏肿瘤治疗[18-19]。本项目采用的重建软件为星图(北京维卓致远),MR眼镜为HoloLens眼镜(微软,美国),研究MR技术在术前沟通、术前规划、术中应用的价值。经腹腔和后腹腔腹腔镜均是肾肿瘤微创治疗的有效手段[20],但由于排除其他因素引起住院时间、并发症对比差异,本项目选择都是后腹腔镜手术病例。

    本研究结果证实,MR技术对患者及家属对疾病自身理解度明显提升,并对可能出现的并发症能够有初步了解,可提高患者对肾脏解剖结构、肿瘤特征和外科手术的认知理解度,使医患沟通更加顺畅[21],有利于减少医患双方由于医疗知识的不对称性造成的误解和纠纷[22]。MR技术帮助提高外科手术医生对疾病和手术过程的认知程度,有利于术者术前确切规划、术中精准切除,9位医生均认为对临床疾病诊疗有帮助,认为十分有用的占40%以上。术中对肿瘤位置、大小的精准判断,更能明显缩短寻找靶器官(肿瘤、动脉)的时间,缩短整个手术时间和肾脏部分切时候的热缺血时间,而这些时间的减少对肾脏功能的保护和患者安全是十分重要的[19],因为热缺血时间是影响肾部分切除手术长期效果的关键指标。研究中,部分病例我们还采用MR技术辅助的段动脉阻断,即分支动脉阻断,不阻断肾动脉主干,只阻断供应肿瘤部分的肾脏供血,能够明显减少或避免正常肾组织的热缺血损伤,MR技术可提高选择性肿瘤动脉阻断肾部分切除术的成功率并降低手术风险,使手术朝更精准化方向发展[19,23],本中心这部分研究作为分层数据在后续研究中继续更新。本研究今后将进一步收集总结单侧残肾功能恢复情况的客观指标。另外,研究结果也证实,对肾脏根治性切除或部分切除的患者,采用MR技术的易处主要体现在缩短寻找肾动脉时间和判断是否分支血管,从而缩短手术时间和减少术中出血,减少并发症发生的概率,虽然没有统计学意义,但可能与本研究样本量小有关。

    目前MR技术应用的主要局限性在于其不能动态跟踪器官运动或变形,本项研究中也发现,部分肾部分切患者,术中阻断肾动脉后,由于肾脏出现形变,导致MR图像与实际图像配准出现一定误差。随着导航跟踪技术的进一步改进和开发新技术,将解决这些问题。另外,术中体位变化、气腹压作用下,肾脏形态位置与术前CT时变化较大,基于术前CT的MR模型可能就存在一定的错配误差,需要随动技术、术中二次定位技术,甚至是术中实时CT、实时重建生成MR模型技术成熟后得以解决。

    总之,MR手术导航系统(使用Holens头戴式显示器)需要术前制定好手术计划、术中配准并跟踪全面配合。利用全息影像系统可获得融合图像,虚拟解剖结构,如软组织、血管和神经,与术中实际情况结合,这样可提高手术的安全性和可靠性。MR可视化是提高腹腔镜(内镜)手术精确性的重要手段。未来,MR技术还可应用在医学很多方面,如麻醉师监控患者[24],术中患者体征监控[25],为临床技术评估第一视角录制视频[25-26],手术室外实时直播,远程手术会诊[27],远程超声指导等[28]。机器人手术是外科医生手的功能扩展,而MR则为医生赋能,是外科医生视觉的延伸,精准外科的“慧眼”具有广阔的应用前景。

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