精準胸外科：微創時代新起點

李輝

精準胸外科：微創時代新起點

李輝

2014年9月，我隨國家衛生和計劃生育委員會人才交流中心組織的中國微創外科訪問團參觀了法國消化道癌癥研究中心和歐洲遠程醫學研究所，感受頗深，當時就想記錄下來，但后因雜事太多一直擱置。這次受中華外科雜志編輯部的邀請，擔任這期重點號的責任編委，于是想到了這個題目。

談到精準外科，首先將這個理念介紹到國內的是我國著名肝膽外科專家董家鴻教授。2009年他提出“精準肝切除”的概念[1]，2010年他總結了已有的經驗，將其提升為“精準肝臟外科”[2]。經過5年的研究與實踐，2015年他進一步將這一理念提煉為“精準外科”[3]。隨著學界對精準外科認識、理解的不斷深入，除了最初的精準肝臟外科，其他專業如精準神經外科、精準脊柱外科、精準微創小兒外科等概念也不斷被提出并付諸實踐，取得了可喜的進展[4-6]。然而精準胸外科還遠遠落后于數字醫學的發展，目前仍處于構想和探索階段。

縱觀人類社會的發展歷程，已經從農業社會、工業社會進入當今的信息數字化社會，醫學也已由古代醫術歷經傳統醫學再到今天的數字醫學，許多新的技術已經或正在被用于醫學領域的研究和應用，形成了當代的數字醫學技術。現代外科學也是隨著現代科技進步發展變化而來。傳統外科學主要依靠外科醫師的直覺和經驗，當進入現代外科時代，外科實踐的確定性隨著科技的發展和進步不斷增長。而當代數字外科時代，航空科學技術、導航技術、計算機輔助三維技術、遠程通訊及人工智能機器人手術等高科技手段構建了高端數字醫學平臺，成功為外科醫師引入一個全球外科技術共享的理念——無論身處何方，都可參與世界上任何一臺手術。精準外科在這種技術支持下應運而生，它主要是指相對于傳統開放手術而言，對患者的疾病進行精確的診斷、精準的手術和精細的康復。

1 精準外科的技術支持

精準外科隨著現代科技的進步而發展，并建立在高端數字醫學基礎之上。外科手術學的數字化研究方向主要有醫學可視化（medical visualization）、手術模擬（surgerysimulation）、圖像引導手術（imageguidedsurgery）、計算機輔助手術（computer assisted surgery）和醫學增強現實（medical augment reality）等。

1.1 虛擬現實技術（virtual reality） 是指通過三維圖像生成技術、多傳感交互技術及高分辨率顯示等技術，生成逼真的虛擬環境。利用虛擬現實技術可以將由CT或MRI生成的二維圖像與體視圖像組合起來，實現外科手術仿真系統。外科醫師在進行復雜手術之前，可以借助它對實際的外科手術做出相應的術前規劃和準備。此外，使用虛擬現實技術還可以進行人體解剖仿真，醫學生們不必局限于書本和尸體，可以利用一個虛擬的患者實現解剖課的學習。但虛擬現實技術也存在不足，其最大缺陷就是與真實場景的空間認知存在差距，使用者可能產生對真實情況的認知偏差。

1.2 增強現實技術（augmented reality） 是在虛擬現實的基礎上發展起來的新技術。它的特點是將計算機生成的虛擬模型融合到真實場景中，即將虛擬物體、場景或系統提示信息疊加到真實場景中，從而增強用戶對真實場景的感覺和認識，使用戶從虛擬模型中獲得額外的信息。簡單地說，醫學增強現實技術利用虛擬現實技術將多模態影像通過三維重建得到的虛擬模型融合到患者相應的器官位置，使外科醫師在手術中的視覺系統得到增強，獲得肉眼無法看到的器官內部結果信息和手術視野內器官的空間信息，強化了手術的真實感和精確性，從而進行手術計劃制定、手術演練、手術教學、手術技能訓練和術中引導手術等醫學治療過程，在制定術前方案和醫學培訓中有巨大的應用價值。

1.3 圖像采集技術 在醫療領域，無論是虛擬現實還是增強現實，都離不開圖像采集技術。先進的圖像獲取技術是臨床外科應用的先決條件。只有最大限度地獲取了患者的影像資料，才能在現代數字技術的支持下形成虛擬與現實的結合。目前應用于精準外科手術的圖像采集技術包括CT、MRI、四維超聲及多軸血管造影系統等多模態方式。在這里需要提及的是多軸血管造影系統，它是一套最新的數字血管造影設備，是現代機器人技術在醫學工程領域的應用；它具備大容量、大視野平板CT重建、三維路徑圖引導、三維穿刺立體定位等最先進的臨床功能；它的特點是靈活、零死角、全身真正無縫覆蓋，是精準外科不可或缺的技術支持手段。

對于胸外科手術來講，特別是肺部手術，多模態影像技術可以提供肺的支氣管、動脈及靜脈影像，經過數字處理形成三維圖像，再通過增強顯示技術，在術中與患者真實的術野進行疊加，為外科醫師的精細操作提供強有力的支持。

2 精準外科在胸外科手術中的應用前景

傳統的經驗外科實踐中，由于外科醫師個人認知的有限性、技術的局限性及經驗的主觀性，當患者病情復雜時，整個外科實踐過程存在高度的不確定性，可能造成臨床決策的偏頗和外科干預的失控。采用精準外科的技術將會對我們胸外科的手術策略選擇方式產生重大影響。我們可以在術前通過CT、MRI、四維超聲和多軸血管造影系統獲取影像資料并進行數字化處理；在手術操作過程中，我們從顯示屏上看到的不單單是患者術野的場景，而是術前數字化處理圖像與患者真實場景的疊加，結合三維可視化技術、圖像融合導航技術和機器人技術，能夠在術前對患者進行科學規劃，選擇安全的手術路徑，在術中實現腫瘤精確定位和穿刺，在術后即刻進行三維多模態影像評估，從而實現腫瘤精準切除，并最大限度地避免損傷、提高手術質量和降低手術風險。

肺微小結節的手術中定位是我們胸外科手術中的一個難題，術前根據CT圖像可以對微小結節進行定位，但術中由于患肺不通氣，原來的解剖位置發生了變化，定位病灶比較困難，不得不借助一些術前或術中定位技術來輔助，例如術中手觸摸、超聲定位、術前CT引導下Hook-wire定位、注射美蘭定位，但各種方法都有一定缺陷。如果應用了精準外科的技術，那么術中無論患者的體位發生何種變化、肺部的形態或大小發生了怎樣的改變，都可以通過實時的圖像疊加準確地找到病灶。

對于較大的肺部腫瘤，特別是一些與鄰近支氣管、肺動脈等血管關系密切的惡性腫瘤，通過術前多模態影像資料和疊加技術，可以精確顯示病變范圍、確定肺血管和支氣管精確解剖學關系、評估肺功能儲備，對選擇合理的治療方法，把握適當的肺切除范圍，降低術后并發癥的發生具有重要意義。

近年來，影像技術發展很快，已經從單純的解剖結構成像發展到血流、代謝和功能成像，成像速度越來越快，圖像分辨率越來越好；隨著計算機軟硬件的飛速進步，圖像重建也越來越自動化。將來，可以通過這種技術，對患者切除肺組織和保留肺組織進行實時的功能測定，確定準確的切除范圍和功能狀況，從而在保證完整切除病變的同時盡可能避免對肺功能的損傷，提高術后患者生活質量。同時，在肺段切除手術中也可以精確地確定肺段邊界，最大限度地避免目前肺段切除過程的不確定性。

射頻消融也是目前肺部腫瘤常用的治療方式之一。現在通常采用超聲、CT或MRI定位引導，但分別存在圖像分辨率相對較低、難以實現動態實時引導、價格昂貴、存在輻射損傷等明顯缺點，從而導致病灶消融不全、穿刺偏移等嚴重后果。采用影像融合和定位追蹤技術的實時虛擬導航系統，可實現超聲、CT或MRI影像的實時匹配，不僅提高了影像診斷的準確性，也為介入診療提供了極大的便利。同時，應用PET-CT能夠精準評估肺部腫瘤的射頻消融效果，及時調整穿刺針深度及劑量，提高治療有效率。

3 展望

目前，由于各種條件的限制，精準外科還沒有在我國獲得廣泛開展。但我們有理由相信，精準外科必將引發以現代科學技術的整合應用和集成創新為特征的外科技術革命，胸部微創外科技術將隨著精準外科技術的應用逐步走向完美。

[1] 董家鴻,黃志強.精準肝切除——21世紀肝臟外科新理念[J].中華外科雜志,2009,47(21):1601-1605.

[2] 董家鴻,黃志強.倡導精準肝臟外科 重現普羅米修斯神話[J].中華消化外科雜志,2010,9(1):4-5.

[3] 董家鴻,張寧.精準外科[J].中華外科雜志,2015,53(5):321-323.

[4] 許百男,陳曉雷.精準神經外科:高科技時代的神經外科新理念[J].中華神經外科疾病研究雜志,2010,9(6):481-483.

[5] 白少聰,陳曉雷,耿杰峰,等.高場強術中磁共振成像及神經導航在累及視放射的顳葉膠質瘤手術中的應用[J].中華外科雜志,2015,53(5): 340-344.

[6] 李龍,張金哲.精準微創技術是現代小兒外科發展的新階段[J].臨床小兒外科雜志,2011,10(1):1-4.

（本文轉載自《中華外科雜志》2015年第53卷第10期）

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