機器人三維靶向定位系統(tǒng)在CT引導下肺穿刺活檢術中的應用

陳曉霞,劉 昊,趙國全,王 倜,侯文文,王貴生，王楚涵

CT引導下經皮肺穿刺活檢術于1976年由Haaga和 Alfidi[1]首先報道，現(xiàn)已成為肺部病變定性診斷和鑒別診斷的主要方法和重要手段之一[2]。目前，國內多數(shù)醫(yī)院采用傳統(tǒng)橫斷面圖像下利用體表柵格定位器技術進行CT引導下肺穿刺活檢術，具有諸多不足之處，如路徑選擇單一、穿刺針無角度指示等，需行多次驗證掃描致輻射劑量增加、小病灶或復雜部位病灶穿刺易失敗等。雖然已有多種導引CT引導下穿刺的新方法，如實時CT透視、激光定位、電磁導航等[3-6]，但均有局限性，并未廣泛應用于臨床。MAXIOTM機器人三維靶向定位系統(tǒng)(下文簡稱“MAXIOTM系統(tǒng)”)是一個經皮穿刺微創(chuàng)介入手術的立體定向治療計劃及進針協(xié)助系統(tǒng)，可在重建的3D圖像模型和多平面視圖(冠狀位、矢狀位、軸位)上可視化顯示一個或者多個探針的計劃路徑和定位，其搭載的立體定位機械臂能夠協(xié)助醫(yī)師將一個或者多個手術工具精準地穿刺到靶點部位。本研究旨在探討MAXIOTM系統(tǒng)在CT引導下肺穿刺活檢術中的應用。

1 對象與方法

1.1 對象 選取2017年8-9月我科行CT引導下肺穿刺活檢術病例40例，男18例，女22例；年齡39～67歲，平均(55.7±8.2)歲；病灶大小(0.9 cm×1.1 cm×1.3 cm)～(6.5 cm×6.1 cm×5.5 cm)。隨機分為試驗組與對照組，各20例。試驗組采用MAXIOTM系統(tǒng)輔助行CT引導下肺穿刺活檢術，對照組采用傳統(tǒng)體表格柵定位器行CT引導下肺穿刺活檢術。所有病例術前均經影像學檢查證實，均有增強檢查資料，術前血常規(guī)、出凝血時間、凝血酶原時間均在正常范圍內，無CT引導下肺穿刺活檢術禁忌證存在。研究通過醫(yī)院倫理委員會審查，患者均簽署知情同意書。

1.2 方法

1.2.1 主要設備及器材 GE Discovery CT 750HD 掃描儀(GE Healthcare)，穿刺活檢同軸引導活檢針(美國ARGIO Co-Axial Introducer Needle 17G)，一次性使用活檢針(美國ARGON Full Core Biopsy Instrument 18G)，柵格定位器。

1.2.2 MAXIOTM系統(tǒng) MAXIOTM系統(tǒng)由印度Perfint Heathcare公司研制，是一個經皮穿刺微創(chuàng)介入手術的立體定向治療計劃及進針協(xié)助系統(tǒng)，系統(tǒng)組成包括一個立體定向穿刺引導設備及一個圖像處理及治療計劃工作站(圖1)。

1.2.3 MAXIOTM系統(tǒng)輔助CT引導下肺穿刺活檢術操作過程

1.2.3.1 穿刺前準備 將MAXIOTM系統(tǒng)固定于地面連接結構，通過系統(tǒng)配備InstaRegTM對接板將MAXIOTM系統(tǒng)與CT檢查床對接。根據(jù)患者病灶部位，選取恰當體位，將患者固定于專用真空固定床，并訓練患者摒氣。CT掃描完成后，將原始圖像傳輸至MAXIOTM系統(tǒng)工作站，在2D多平面視圖和3D圖像上，選取最佳穿刺層面，進行進針軌跡設計。確定皮膚穿刺點和病灶到達靶點，可同時在三維平面上設計調整進針路徑，確保進針路徑最優(yōu)化(圖2)；確定穿刺路徑后，系統(tǒng)將生成VR圖像，模擬活檢針進針后效果，顯示更加直觀(圖3)。之后將同軸引導活檢針實際長度輸入系統(tǒng)，完成設計后確定穿刺方案，按照屏幕顯示的穿刺靶層數(shù)字，將掃描床移動至該數(shù)字位置。

圖1 MAXIOTM系統(tǒng)組成

圖2 MAXIOTM系統(tǒng)立體定向穿刺三維平面

圖3 MAXIOTM系統(tǒng)立體定向穿刺VR圖像及模擬效果

1.2.3.2 穿刺過程 驗證患者位置及呼吸幅度水平后，按下Position鍵，定位機械臂將自動到達設定位置，放下激光指示，十字激光束投照點即為穿刺進針點。常規(guī)消毒皮膚及機械臂夾針器，鋪巾，將一次性使用無菌導針器與夾針器牢固對接。2%利多卡因麻醉行局部浸潤麻醉(勿穿破胸膜)，麻醉滿意后，將同軸引導活檢針放置于導針器內，快速推送活檢針直至針柄緊貼導針器。為驗證同軸引導活檢針是否位于病灶靶點，此時松開夾針裝置，進行驗證掃描。確認同軸引導活檢針位置后，使用切割活檢針進行取材，取材前選擇好合適的擊發(fā)長度(1.3～3.3 cm)，此時囑患者屏氣，保持針鞘固定，拔出針芯約0.5 cm，在針芯和針鞘末端間隙注入少量液體水封以阻止氣體進出，操作者一手拔出針芯時，另一手指迅速封堵針鞘，拿好活檢槍后，迅速插入針鞘內，進行取材，拔出活檢針時，手指迅速封堵針鞘，并迅速替換入針芯，選取不同方向取材2～3次，使用少量水封及封堵針鞘目的是降低氣胸的發(fā)生率[7]。取材完畢后，進行胸部掃描，觀察有無肺部出血、氣胸等并發(fā)癥的發(fā)生。

1.2.4 傳統(tǒng)格柵定位器CT引導下穿刺活檢操作過程 根據(jù)術前影像資料選擇合適體位，于體表相應位置放置柵格定位器，進行CT掃描。掃描后對圖像進行二維及三維圖像重建分析，規(guī)避肋骨、肩胛骨、大血管、葉間胸膜、肺大泡區(qū)域及病灶壞死區(qū)[8]，盡量以病灶與胸壁的最短距離為穿刺點，測定病灶靶點距皮膚的距離及進針角度，確定最佳穿刺點及路徑。根據(jù)確定層面標示數(shù)值將掃描床移動至相應位置，結合格柵定位器與掃描儀定位線在體表穿刺點做標記。常規(guī)消毒鋪巾，2%利多卡因麻醉行局部浸潤麻醉(勿穿破胸膜)，麻醉滿意后，按照預先設定的進針角度及長度進行穿刺，當活檢針進針至胸壁后，囑患者屏住呼吸，快速進針至預定深度，再讓患者緩慢均勻呼吸。再次對此部位進行掃描，以確定穿刺針是否到達病灶靶點，如果穿刺位置準確，即可進行取材，如果位置偏差，調整穿刺針后，重復掃描，直至穿刺針尖到達病灶靶點。使用切割活檢針進行取材，取材前選擇合適的擊發(fā)長度(1.3～3.3 cm)，取材過程中使用少量水封及封堵針鞘，選取不同方向取材2～3次。取材完畢后，進行胸部掃描，觀察有無肺部出血、氣胸等并發(fā)癥的發(fā)生。

1.2.5 數(shù)據(jù)收集 記錄如下數(shù)據(jù)：(1)穿刺操作時間，患者自上CT床開始至最后一次CT掃描結束；(2)一次性穿刺成功率；(3)掃描次數(shù)；(4)并發(fā)癥發(fā)生情況； (5)活檢病理診斷陽性情況。

1.3 統(tǒng)計學處理 采用統(tǒng)計學軟件SPSS 20.0對資料進行分析。使用成組t檢驗比較試驗組與對照組平均操作時間、掃描次數(shù)間的差異；使用χ2檢驗比較試驗組與對照組一次性穿刺成功率、并發(fā)癥發(fā)生率、活檢病理診斷陽性率間的差異。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結 果

2.1 病理診斷 試驗組均獲取足夠組織并明確了病理診斷，陽性率100%；對照組19例獲取足夠組織并明確了病理診斷，陽性率95%，1例活檢樣本取材不夠，進行了第2次穿刺。兩組活檢病理診斷陽性率比較，差異無統(tǒng)計學意義(χ2=2.05，P>0.05)

2.2 并發(fā)癥情況 試驗組2例(10%)發(fā)生少量氣胸，均經平臥吸氧后自行緩解；對照組7例(35%)發(fā)生少量氣胸，經平臥吸氧后自行緩解，1例(5%)肺內穿刺部位發(fā)生少量肺出血，經引導活檢針局部注射凝血酶后治愈。兩組并發(fā)癥發(fā)生率比較，差異有統(tǒng)計學意義(χ2=4.68，P<0.05)

2.3 其他指標 試驗組肺穿刺平均操作時間(24.0±3.9)min，對照組為(27.3±4.1)min，兩組比較差異無統(tǒng)計學意義(t=-1.91,P>0.05)；一次性穿刺成功率試驗組75%(15/20)，對照組25%(5/20)，兩組比較差異有統(tǒng)計學意義(χ2=8.10，P<0.05)；試驗組平均掃描次數(shù)(4.1±0.5)次，對照組為(6.0±1.3)次，兩組比較差異有統(tǒng)計學意義(t=-4.65,P<0.05)。

3 討 論

CT引導下經皮穿刺活檢是肺部多種疾病診斷的金標準模式[9]，且具有較低的并發(fā)癥發(fā)生率，已被公認為診斷肺部疾病的安全手段[10]。目前國內多數(shù)醫(yī)院采用傳統(tǒng)橫斷面手動穿刺方式，利用柵格定位器和CT激光定位線在患者體表的投影標記進針點，無導引設備，進行徒手操作，使用的穿刺針無角度指示，只能依靠術者經驗手動調整進針角度，存在一定的盲目性，有時需要多次調整穿刺方向，多次穿破胸膜，不斷通過重復掃描驗證穿刺針位置，穿刺風險大大增加[11]。

在本研究中，與試驗組相比，對照組一次性穿刺成功率較低，并發(fā)癥發(fā)生率較高，患者輻射損傷增加。且既往研究表明，病灶位置越深、病灶體積越小穿刺成功率及活檢病例診斷陽性率越低[12]。CT透視導引技術可在穿刺過程中持續(xù)透視、實時三維導引，使穿刺更為準確，但其輻射劑量明顯高于常規(guī)CT，對患者和操作者均增加輻射傷害。C形臂CT引導下穿刺活檢利用了錐形束CT的靈活性，但其輻射暴露劑量與CT透視方式相當，臨近應用亦受限[13，14]。

MAXIOTM機器人三維靶向定位系統(tǒng)利用DICOM傳輸?shù)腃T圖像數(shù)據(jù)進行三維重建，可以完成病灶勾畫，血管及危險區(qū)域標注，還可以同時在三維平面上設計調整進針路徑，確保進針路徑最優(yōu)化；確定穿刺路徑后，系統(tǒng)將生成VR圖像，模擬活檢針進針后效果，顯示更加直觀，實現(xiàn)CT引導下穿刺術的真正三維靶向定位。MAXIOTM系統(tǒng)配備的機械臂可自動移動至計劃設定的位置，持針器伸展，操作者只需通過持針器直接推送穿刺針，即完成穿刺操作，降低了操作者人為因素對于肺穿刺活檢術的影響。

本研究中，試驗組MAXIOTM系統(tǒng)在穿刺路徑設計確認后，包含進針角度數(shù)值的指令傳送至MAXIOTM系統(tǒng)搭載的立體定位機械臂，該機械臂具有5個自由度(3個線性軸和2個角度軸)，能夠根據(jù)設計指令，在任意復雜和復合角度下完成定位，操作者只需按照持針器指示直接完成穿刺，無需自行調整進針角度及測量長度，一次性穿刺成功率較對照組明顯提高。患者上掃描床后，MAXIOTM系統(tǒng)需將CT掃描數(shù)據(jù)上傳、重建后進行穿刺路徑規(guī)劃設計，并需輸入其他所需參數(shù)，此過程用時在穿刺所需時間中所占比例較大，試驗組與對照組在平均操作時間上無統(tǒng)計學差異。掃描次數(shù)方面，理論上MAXIOTM系統(tǒng)輔助CT引導下肺穿刺活檢術所需最低掃描次數(shù)為2次，即：初次掃描以進行穿刺路徑規(guī)劃設計，第二次掃描觀察有無并發(fā)癥發(fā)生，在本研究中，為確保穿刺無誤，在取材時還需進行1次掃描，驗證穿刺針位置；對于傳統(tǒng)穿刺方式，一般至少需要進行4次掃描才能完成。本研究試驗組實際掃描次數(shù)顯著低于對照組實際掃描次數(shù)，因掃描次數(shù)減少，試驗組患者所受輻射劑量較對照組患者所受輻射劑量低，減少了對患者的輻射傷害。

MAXIOTM系統(tǒng)輔助CT引導下肺穿刺活檢術的操作體會：(1)穿刺全程需保證患者身體無移動，使用配備的真空抽吸床墊將患者固定，效果較為理想；(2)系統(tǒng)需要輸入的引導活檢針實際長度，并非是產品使用說明上的所示長度，而是引導活檢針的實際測量長度：如美國ARGIO Co-Axial Introducer Needle(17G)產品標簽所示長度為11.8 cm，但實際測量針尖至針尾長度為12.1 cm；(3)機械臂到達相應位置后，由激光十字光束投射到患者體表指示穿刺點，但受患者的呼吸影響，穿刺點會有輕度移位，若使用MAXIOTM系統(tǒng)配備的交互式呼吸監(jiān)控系統(tǒng)，獲取患者呼吸相關數(shù)據(jù)，可使激光光束實時投射在患者計劃穿刺位置，不受呼吸影響，使穿刺位置更加精確；(4)導針器的孔道與實際穿刺針的直徑并不完全匹配，經常出現(xiàn)過松(穿刺針通過后仍可晃動)或過緊(穿刺針無法通過)的現(xiàn)象，可以另取一個導針器，將這兩個導針器各取一半進行拼接使用，一般情況下均能與穿刺針較好匹配。

綜上所述，MAXIOTM機器人三維靶向定位系統(tǒng)在CT 引導下肺穿刺活檢術前較為精確的規(guī)劃了穿刺路徑，立體定位機械臂實時立體引導操作，一次性穿刺成功率提高，掃描次數(shù)減少，輻射劑量降低，并發(fā)癥發(fā)生率低，活檢病理診斷陽性率較高，MAXIOTM機器人三維靶向定位系統(tǒng)輔助CT引導下肺穿刺活檢術安全、有效，具有較高的臨床應用價值。