數(shù)字醫(yī)學(xué)及其在胸外科中的應(yīng)用研究進(jìn)展

張　滿(綜述)，郭占林(審校)

(內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院胸外科，呼和浩特 010050)

數(shù)字醫(yī)學(xué)及其在胸外科中的應(yīng)用研究進(jìn)展

張滿(綜述)，郭占林※(審校)

(內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院胸外科，呼和浩特 010050)

摘要：數(shù)字醫(yī)學(xué)就是將現(xiàn)代醫(yī)學(xué)和數(shù)字化高新技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生的一門新興的交叉學(xué)科，在眾多臨床學(xué)科中已有許多成功的應(yīng)用。數(shù)字醫(yī)學(xué)技術(shù)的應(yīng)用使一些以往無法診斷的疾病現(xiàn)在可以用數(shù)字化技術(shù)診斷，無法準(zhǔn)確進(jìn)行的治療操作現(xiàn)在可用數(shù)字化技術(shù)保駕護(hù)航。同時(shí)，數(shù)字醫(yī)學(xué)技術(shù)在胸部腫瘤的診斷、療效的判定、肺小結(jié)節(jié)的定位及胸腔鏡手術(shù)中也展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。該文就數(shù)字醫(yī)學(xué)技術(shù)及其在胸外科中應(yīng)用的研究進(jìn)展予以綜述。

關(guān)鍵詞：胸部腫瘤；數(shù)字醫(yī)學(xué)；數(shù)字技術(shù)；胸外科；胸腔鏡

數(shù)字醫(yī)學(xué)是數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、電子學(xué)、組織工程學(xué)等學(xué)科在醫(yī)學(xué)中的綜合應(yīng)用。如今以三維影像診斷技術(shù)、手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、計(jì)算機(jī)成像技術(shù)等為代表的數(shù)字醫(yī)學(xué)技術(shù)已在臨床中展露出了廣泛的應(yīng)用前景，在骨科、神經(jīng)外科、普外科等眾多臨床學(xué)科中已有許多成功的應(yīng)用，為疾病的術(shù)前診斷、術(shù)中導(dǎo)航、術(shù)后康復(fù)以及制訂手術(shù)計(jì)劃、手術(shù)模擬演練、手術(shù)教學(xué)、手術(shù)技能訓(xùn)練等提供了強(qiáng)有力的工具和方法。但數(shù)字醫(yī)學(xué)在胸外科中的應(yīng)用還鮮有報(bào)道。現(xiàn)通過綜述數(shù)字醫(yī)學(xué)技術(shù)及其在胸外科的研究進(jìn)展，著重展示其在胸外科中的廣泛應(yīng)用前景，促進(jìn)其進(jìn)一步的應(yīng)用。

1數(shù)字醫(yī)學(xué)的概念及其臨床應(yīng)用

1.1數(shù)字醫(yī)學(xué)技術(shù)的概念數(shù)字醫(yī)學(xué)概念起源于1994年美國啟動的“可視人計(jì)劃”，此后韓國及我國相繼啟動數(shù)字人計(jì)劃，從而開啟了數(shù)字醫(yī)學(xué)發(fā)展的新紀(jì)元[1]。數(shù)字醫(yī)學(xué)技術(shù)就是數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、電子學(xué)、組織工程學(xué)等數(shù)字技術(shù)綜合應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域而產(chǎn)生的一門新興的交叉學(xué)科。也可以把數(shù)字醫(yī)學(xué)的概念理解為是人類在了解和治療疾病過程中，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息收集、加工、應(yīng)用和共享的科學(xué)[2-3]。數(shù)字醫(yī)學(xué)目前的應(yīng)用主要是在X線、CT等影像學(xué)檢查的基礎(chǔ)上，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)將搜集到的原始二維解剖圖像轉(zhuǎn)變成三維或四維可視圖像，從而使醫(yī)務(wù)工作者能對研究對象有更加清晰、直觀的認(rèn)識，也可同時(shí)進(jìn)行虛擬仿真研究，幫助醫(yī)師更加準(zhǔn)確地認(rèn)識和鑒別疾病并進(jìn)行針對性的治療操作。個體化、精確化和微創(chuàng)性是未來醫(yī)學(xué)發(fā)展的趨勢，而數(shù)字醫(yī)學(xué)正符合這一發(fā)展要求，能為醫(yī)師提供精確的個體化數(shù)據(jù)滿足微創(chuàng)治療的需要。目前已成功應(yīng)用于臨床的，如虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)、影像重建技術(shù)、手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)等都是以前從未有過的醫(yī)學(xué)新事物，與原有的醫(yī)學(xué)理論、技術(shù)操作大不相同。這就需要醫(yī)務(wù)工作者了解、認(rèn)識和熟悉這一新生事物，從而掌握該技術(shù)，以使其更好地應(yīng)用于臨床，服務(wù)廣大患者。

1.2數(shù)字醫(yī)學(xué)技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用隨著數(shù)字醫(yī)學(xué)的推廣應(yīng)用，使一些因無法明確顯示而難以診斷的疾病得以準(zhǔn)確診斷，一些以往無法進(jìn)行的手術(shù)操作得以實(shí)施，有效提高了疾病的診治水平。以影像診斷為例，通過對CT、磁共振成像二維圖像的后處理，可重建出臨床所需的三維、四維圖像，突出病灶或重要血管，也可顯示病灶與主要血管、神經(jīng)的關(guān)系，明顯提高影像診斷的準(zhǔn)確性和精細(xì)性，從而為手術(shù)提供重要指導(dǎo)，降低手術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)。如今數(shù)字醫(yī)學(xué)已在臨床上展露出勃勃生機(jī)，在普外科、骨科、婦產(chǎn)科、神經(jīng)外科等眾多臨床學(xué)科中已有許多成功的應(yīng)用[4-6]。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與計(jì)算機(jī)成像，可提高術(shù)前診斷水平，模擬術(shù)前、術(shù)中、術(shù)后等過程；已經(jīng)得以應(yīng)用的，如三維重建仿真手術(shù)系統(tǒng)、虛擬膝關(guān)節(jié)鏡外科手術(shù)仿真系統(tǒng)、數(shù)字化虛擬肝臟外科規(guī)劃系統(tǒng)、數(shù)字化人腦三維模型、數(shù)字化人腦交互圖譜等，具有精確性、仿真性、安全性、交互性、可協(xié)作性和可評價(jià)性等不可比擬的優(yōu)勢，為臨床醫(yī)師提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持，從而在降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、提高手術(shù)成功率等方面發(fā)揮了無可比擬的作用和效果[7-9]。在臨床實(shí)踐教學(xué)中，可通過數(shù)字醫(yī)學(xué)的虛擬現(xiàn)實(shí)手術(shù)仿真系統(tǒng)進(jìn)行外科實(shí)踐技能操作或更加復(fù)雜的手術(shù)訓(xùn)練，讓學(xué)生或低年資醫(yī)師在訓(xùn)練中有種身臨其境的現(xiàn)實(shí)感，還可反復(fù)多次訓(xùn)練并對訓(xùn)練結(jié)果進(jìn)行評估，這比以往的手術(shù)訓(xùn)練更加規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，有助于提高臨床的教學(xué)效果和手術(shù)訓(xùn)練水平[10-11]。

2數(shù)字醫(yī)學(xué)技術(shù)在胸外科的應(yīng)用前景

數(shù)字醫(yī)學(xué)在疾病的診斷治療、臨床教學(xué)、臨床技能培訓(xùn)、手術(shù)模擬等方面已展示出了巨大的應(yīng)用前景，在臨床相關(guān)科室已發(fā)揮出重要的作用，但其在胸外科中的應(yīng)用還鮮有報(bào)道。

2.1在胸部腫瘤診斷、療效判定及定位中的應(yīng)用如何利用目前的檢查技術(shù)和圖像后處理技術(shù)提高胸部腫瘤的診斷水平，一直是臨床醫(yī)師不斷追求的目標(biāo)。如今，運(yùn)用螺旋CT多平面重建及三維重建技術(shù)，可重建出腫瘤的形態(tài)及與周圍胸膜、血管、組織等的關(guān)系；可清晰地重建出肺內(nèi)結(jié)節(jié)以及腫瘤邊緣的分葉征、毛刺征、胸膜凹陷征、棘狀突起、血管氣管集束征等胸部惡性腫瘤常見的征象，提高胸部惡性腫瘤的診斷水平[12]。同時(shí)，通過CT重建腫瘤的三維圖像還可以準(zhǔn)確地測量腫瘤在放化療前后的大小，對于判定放化療的效果有重要的參考意義。再者，CT的三維重建技術(shù)可明確骨折的位置、數(shù)量和類型，提高骨折的檢出率。胸部的孤立性肺結(jié)節(jié)，指影像學(xué)上直徑≤3 cm的不伴有肺不張或肺門淋巴結(jié)腫大的單發(fā)肺實(shí)質(zhì)病灶[13]。目前，許多醫(yī)師認(rèn)為當(dāng)肺外周結(jié)節(jié)直徑≤2 cm或離肺表面太遠(yuǎn)時(shí)必須在術(shù)前進(jìn)行定位。但是，目前定位技術(shù)發(fā)展較為緩慢，常用的方法有CT引導(dǎo)下環(huán)行鉤定位、注射放射性物質(zhì)、染料術(shù)中定位，這些方法均有一定的局限性(如有輻射危險(xiǎn)、定位精度不高及并發(fā)血?dú)庑氐?。Junichi等[14]應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)系統(tǒng)對豬肺內(nèi)的小結(jié)節(jié)病灶進(jìn)行精確定位，然后應(yīng)用胸腔鏡對病灶進(jìn)行了完整的切除，展示了數(shù)字醫(yī)學(xué)的精確性及與微創(chuàng)技術(shù)的良好結(jié)合。Chen等[15]應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)對肺小結(jié)節(jié)的定位研究也取得了很好的效果。計(jì)算機(jī)定位技術(shù)減少了患者和醫(yī)護(hù)人員的輻射可能，同時(shí)該方法簡單方便，有助于患者消除恐懼感，有效避免血?dú)庑氐陌l(fā)生。

2.2在胸部腫瘤手術(shù)治療中的應(yīng)用臨床上，對于中央型肺癌侵及肺動脈和氣管的病例，由于醫(yī)師認(rèn)識能力存在差異，術(shù)前靠一般的影像學(xué)資料很難準(zhǔn)確判斷病灶與周圍器官和血管的確切關(guān)系，如果術(shù)中發(fā)現(xiàn)腫瘤已經(jīng)侵及重要的血管或氣管，可能導(dǎo)致手術(shù)無法繼續(xù)進(jìn)行，只能行開關(guān)術(shù)或姑息切除，從而造成手術(shù)切除率降低，同時(shí)也加大了患者風(fēng)險(xiǎn)和醫(yī)患糾紛的發(fā)生。因此，迫切需要一種術(shù)前能讓醫(yī)師清楚了解患者腫瘤與周圍組織三維結(jié)構(gòu)關(guān)系的手段，以利于治療方案的確定和手術(shù)順利有效的實(shí)施。國內(nèi)外學(xué)者對數(shù)字醫(yī)學(xué)在胸外科手術(shù)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。Hu和Malthaner[16]通過對患者CT資料的三維重建，將病變涉及的臟器重建出來，先在計(jì)算機(jī)工作平臺上進(jìn)行術(shù)前規(guī)劃并模擬胸腔鏡手術(shù)，熟悉病變的解剖結(jié)構(gòu)和手術(shù)操作過程，取得了良好的效果。Seemann和Claussen[17]利用計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)將胸腔重要的臟器及病灶立體重建并疊加，讓術(shù)者在術(shù)前就可以通過計(jì)算機(jī)全方位、多角度地觀察病灶的形態(tài)及毗鄰區(qū)域的解剖關(guān)系。計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)的應(yīng)用可以幫助手術(shù)醫(yī)師在術(shù)前詳細(xì)了解病灶的大小、三維形態(tài)和相關(guān)毗鄰，也可通過對手術(shù)涉及的組織器官的重建進(jìn)一步了解該術(shù)區(qū)的解剖變異情況，并在計(jì)算機(jī)上模擬手術(shù)操作，從而提高手術(shù)的切除率和安全性。數(shù)字醫(yī)學(xué)在胸部手術(shù)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在3個方面：①在術(shù)前可以通過對原始CT圖像的三維重建，重建出腫瘤、周圍血管及臟器，使術(shù)者對病灶和手術(shù)區(qū)域的解剖結(jié)構(gòu)有一個清楚的認(rèn)識；②可以通過虛擬現(xiàn)實(shí)的手術(shù)模擬系統(tǒng)進(jìn)行術(shù)前規(guī)劃并進(jìn)行手術(shù)模擬操作，通過反復(fù)的演練制訂出一套切實(shí)可行的手術(shù)方案；③在手術(shù)實(shí)施過程中醫(yī)師可以通過計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)感知具體操作部位的位置及毗鄰關(guān)系，幫助術(shù)者安全迅速抵達(dá)病灶，盡最大可能地減少手術(shù)的副損傷[18]。同時(shí)，通過數(shù)字化建立肺動脈模型，還可以直觀、立體地觀察動脈主干與分支情況及腫瘤侵及肺動脈的情況，并進(jìn)行解剖學(xué)測量以準(zhǔn)確了解腫瘤的侵及深度，提高外科醫(yī)師的手術(shù)成功率。

2.3在胸腔鏡手術(shù)中的應(yīng)用電視胸腔鏡手術(shù)目前在各地得到了較廣泛的應(yīng)用，其在減小手術(shù)創(chuàng)傷、提高手術(shù)質(zhì)量、縮短住院時(shí)間等方面顯示出極大的優(yōu)勢。但是仍有許多難題制約著胸腔鏡的進(jìn)一步發(fā)展，絕大多數(shù)的胸腔鏡無法呈現(xiàn)出組織間的三維立體結(jié)構(gòu)，術(shù)者無法感知準(zhǔn)確的位置，不能進(jìn)行直接的觸診，還有視野局限，這都是制約胸腔鏡進(jìn)一步發(fā)展的不利因素[19]。此外，對于胸腺瘤來說，由于其血供豐富、血管多，胸腔鏡手術(shù)時(shí)如何避免損傷血管就成為胸外科醫(yī)師必須克服的一道難題[20]。目前學(xué)者們通過對計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的研究為這一問題的解決帶來了希望。Shiono等[21]應(yīng)用計(jì)算機(jī)三維重建技術(shù)對胸腺瘤患者術(shù)前的CT影像進(jìn)行處理，重建出胸腺瘤的重要血管，幫助術(shù)者在胸腔鏡手術(shù)中能安全快速地處理血管。陳煒生等[22]運(yùn)用計(jì)算機(jī)導(dǎo)航技術(shù)定位肺血管，以使醫(yī)師在胸腔鏡下更安全地分離結(jié)扎肺動脈。國外學(xué)者在胸腔鏡手術(shù)中應(yīng)用三維重建技術(shù)將胸部影像資料進(jìn)行重建，重建出血管、氣管等結(jié)構(gòu)，有效地?cái)U(kuò)展了胸腔鏡的手術(shù)視野，使手術(shù)操作更加確切[23-24]。Scholz等[25]在胸腔鏡中運(yùn)用計(jì)算機(jī)導(dǎo)航技術(shù)顯示活動性出血部位的組織結(jié)構(gòu)和手術(shù)操作部位的組織結(jié)構(gòu)，可使醫(yī)師有效避免誤損傷和誤操作。Lindseth等[26]在胸腔鏡手術(shù)中聯(lián)合應(yīng)用導(dǎo)航技術(shù)和超聲技術(shù)，將兩者的圖像結(jié)合來了解胸腔鏡手術(shù)區(qū)的解剖結(jié)構(gòu)。這些研究均顯示了數(shù)字醫(yī)學(xué)在胸腔鏡手術(shù)中的廣闊應(yīng)用前景。

3小結(jié)

數(shù)字醫(yī)學(xué)的發(fā)展在準(zhǔn)確高效地診斷疾病、選擇合理的治療方法、提高手術(shù)成功率、降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)等方面發(fā)揮了積極作用。同時(shí)，數(shù)字醫(yī)學(xué)技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了外科疾病解剖數(shù)字化、診斷程序化和手術(shù)可視化的有機(jī)結(jié)合。它為實(shí)現(xiàn)微創(chuàng)外科這一理念提供了一個強(qiáng)有力的工具。相信隨著數(shù)字醫(yī)學(xué)技術(shù)在臨床醫(yī)療中的廣泛應(yīng)用，可以極大地提高醫(yī)師對疾病的診治水平，最終造福于廣大患者。

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Research Progress of Digital Medical Technology and Its Application in Thoracic SurgeryZHANGMan，GUOZhan-lin.(DepartmentofThoracicSurgery,AffiliatedHospitalofInnerMongoliaMedicalUniversity,Hohhot010050，China)

Abstract:Digital medicine is the combination of modern medicine and digital technology,a new rising cross subject,which has been applied successfully in numerous clinical disciplines.The application of digital medical technology realizes the diagnosis of diseases which couldn′t be diagnosed before,and can guide treatment operation accurately.At the same time,broad prospect of digital medical technology has been seen in the diagnosis and effect evaluation of chest tumor,localization and thoracoscopic operation of small lung nodules.Here is to make a review of the research progress in digital medical technology and its application in the thoracic surgery.

Key words：Chest tumor; Digital medicine; Digital technology; Thoracic surgery; Thoracoscopy

收稿日期：2014-11-11修回日期：2015-02-14編輯：鄭雪

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.17.037

中圖分類號：R655.3；R655.7

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)17-3171-03