虛擬現實技術在肝臟外科術前計劃制定中的應用

成功，王邏邏，阮一，張雪明，周新華

虛擬現實（VR）技術的研究最早始于1960年[1]，直到1989年才由美國的Jaron Lanier提出具體概念[2]，經過了數十年的蓬勃發展，VR已經作為一門全新的交叉學科，迅速成為研究熱點，在國防軍事、航空航天、工業仿真、室內設計等多種實用領域得到廣泛應用。而VR技術在醫學領域中的應用，目前正受到國內外廣泛關注[3]。寧波市醫療中心李惠利醫院肝膽胰外科于2017年4月引入VR系統并同步應用于臨床，截止目前已積累一定的病例資料。本研究擬通過與同期未行術前VR的肝切除手術比較，分析VR技術在肝臟外科術前計劃制定應用中的優缺點，以期為今后的臨床實踐提供依據和理論支持。

1 資料與方法

1.1 一般資料 納入2018年1月至2020年12月3年期間于本院同一手術組接受腹腔鏡下解剖性半肝切除與左外葉切除手術的患者125例，其中男68例，女57例；年齡26～87歲，平均67.4歲。按手術規劃分為右半肝組42例，左半肝組57例，左外葉組26例。3組分別根據術前是否應用VR技術分為右半肝應用VR組22例、傳統影像學資料組20例；左半肝應用VR組36例、傳統影像學資料組21例；左外葉應用VR組15例、傳統影像學資料組11例。

1.2 方法 術前常規檢查采用增強CT掃描，采用2.5mm連續薄層掃描以保證重建的高質量。影像資料保存為DICOM格式，傳入VR系統工作站中。計算機產生的立體圖像顯示在1600*900像素的監控器上，通過一面鏡子發射進入操作者的視野中，操作者坐在一個固定的位置上，頭戴VR虛擬設備，即可同步觀察到VR成像的虛擬肝臟。

1.3 觀察指標（1）術中情況：總手術時間、切肝時間、肝門阻斷時間、術中出血量、術中輸血情況。（2）術后情況：術后首次下床時間、術后首次排氣時間、術后第1 d谷氨酸氨基轉移酶（ALT），放置腹腔引流管時間、是否發生手術相關并發癥（術后出血、膽瘺、腹腔感染等）、術后住院時間。（3）術后病理學檢查情況：術中切緣情況、腫瘤位置、腫瘤直徑、病理學類型、TNM分期、脈管侵犯、神經侵犯。參照Clavien-Dindo分級系統評估圍術期并發癥。

1.4 統計方法 采用SPSS 22.0統計軟件進行分析，正態分布的計量資料以均數±標準差表示，采用t檢驗；計數資料采用2檢驗。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 手術情況 125例均完成腹腔鏡下肝切除手術，無中轉開腹。右半肝應用VR組術中出血量較傳統組明顯減少（P＜0.05），但兩組手術時間、切開時間、肝門阻斷時間差異均無統計學意義（均P＞0.05）。左半肝組及左外葉組，應用VR組及傳統組手術時間、術中出血量、切開時間及肝門阻斷時間差異均無統計學意義（均P＞0.05）。見表1。

表1 VR組與傳統影像學資料組術中情況比較

2.2 術后情況 右半肝VR組術后第1d ALT較右半肝傳統組顯著降低（P＞0.05），兩組術后下床時間、術后排氣時間、拔出引流管時間及術后住院時間差異均無統計學意義（均P＞0.05）。左半肝及左外葉組術后情況差異均無統計學意義（均P＞0.05）。見表2。右半肝應用VR組及傳統影像組分別發生1例術后切口感染；左半肝應用VR組發生1例術后腹腔局部積液感染，傳統影像組2例發生術后并發癥，1例膽漏，1例切口感染；左外葉傳統影像組1例出現膽漏。所有患者經短暫支持治療后獲得痊愈出院。

表2 VR組與傳統影像學資料組術后情況比較

2.3 病理學檢查情況 125例術后病理診斷為肝細胞肝癌79例，肝內膽管細胞癌4例，肝內膽管結石42例，術中快速冰凍切片及術后常規病理切片切緣均為陰性。

3 討論

對于肝臟外科醫師而言，術前準確判斷肝內血管走形、識別解剖變異、了解腫瘤與周圍血管關系，能為精準的術中操作及良好的術后恢復保駕護航[4-5]。以往對于肝臟的術前評估嚴重依賴CT、MRI等傳統影像學資料，而此類醫學影像多以二維成像居多，即便諸如MRCP、CTA等也僅能提供少數結構的三維立體圖像，剩余的圖像信息仍需要外科醫師獨立思考，整合成三維影像，以便制定手術計劃[6]。在毗鄰結構復雜的腫瘤中，此類方法不僅費時費力，有時還難免出現差錯，造成術中意外情況的發生。

VR技術能夠依據術前CT、MRI等影像學資料，為外科醫師提供更為直觀的三維立體圖像，充分顯示腫瘤與周邊組織的解剖關系，協助醫師為患者制定更為細致的手術治療方案，適時參與術中導航[7]。除此之外，VR技術在術后殘余肝體積的估算上也具備一定優勢。其次，VR技術有其強大的信息交互能力及獨特的可介入性。如今腹腔鏡手術學習曲線往往較長，而肝臟外科本身操作復雜，部分手術空間狹小，尤其對復雜病變的處理更為困難，無疑增加了外科醫師的培養周期和學習成本。合理利用VR，可以在術前通過遵循術者的手術意圖，逐步模擬手術步驟，反映真實的手術過程，即所謂虛擬手術[8]。這不僅有利于增強術者在術中的信心和心理狀態，提高手術成功率，還提供了理想的教學環境和信息交流平臺，推動了醫學教育的發展[9]，更有利于發揮微創外科技術“縮短住院時間，降低術后并發癥風險”的優勢[10]。

本研究結果顯示VR技術在術前規劃、術中實時導航中相較傳統影像有一定優勢，對于肝內管道的辨認、減少術中出血量、避免殘肝缺血或淤血及保護殘肝肝功能上有一定應用價值。同時，在越是復雜的肝解剖性切除中，VR技術施展的空間越大。

筆者利用VR技術進行肝切除手術術前評估后，也有以下體會：（1）目前行解剖性肝段切除術，無論利用血流阻斷技術還是血管穿刺染色技術，精準定位血管是首要目標。通過VR的三維可視化技術，不僅可以協助術者準確定位到目標肝段的肝蒂血管，有時還能在術中進行實時動態指導，解決一些術前無法預測，但術中卻能實際遇到的問題。術前結合VR成像，可以更為直觀的把握肝蒂走形，幫助外科醫師精準定位；（2）Bismuth IV型肝門部膽管癌、肝內膽管細胞癌侵犯肝門、膽囊癌侵犯肝門等解剖關系復雜的惡性腫瘤，經常由于術前影像評估不到位而導致術中更改手術方案，甚至終止手術計劃。本院利用VR技術對上述腫瘤進行術前三維成像，直接、充分、客觀的展示了門靜脈、肝動脈、膽管與腫瘤病灶的立體解剖關系，為外科醫師的術前決策帶來了不少便利；（3）面對部分影像學檢出的小肝癌、微小肝癌或直徑較小的肝轉移癌，本院行腹腔鏡肝切除術時偶會出現術中B超難以準確定位病灶的尷尬情況。此時借助VR技術能夠較好的判定擬切除線，術后復查影像及病理資料均能達到R0切除，且最大程度的保護了殘肝體積；（4）已有不少文獻證實手術時間為肝切除術后并發癥發生的獨立危險因子，而在不少關于其他腫瘤的研究中又提示術后并發癥的發生會降低患者的預后情況，通過VR三維可視化技術及術前模擬操練可明顯縮短手術時間，從而可能提高患者生存預后；（5）VR技術僅需附加一套VR圖像處理系統，其圖像來源均由傳統影像學資料CT、MRI提供，檢查方便快捷，對大多數患者來說是可以接受的；（6）對于從事肝臟外科的年輕醫師而言，最困難的有時不是對書本各解剖位置的記憶，而是手術中三維立體結構的空間想象能力，VR技術可以有針對性的提供手術操練的機會，鍛煉年輕外科醫師的思維能力，提升手術水平，縮短學習曲線。

但同時，受限于現階段VR的技術水平，筆者也深感到以下不足：（1）VR技術本身受限于傳統影像學資料的分辨率情況，而CT、MRI等未能顯示的結構應用VR技術仍存在不少問題，諸如肝蒂血管的三、四級分支普遍顯影較差，對于要求制定更為精密的亞肝段切除方案仍有不小距離；（2）目前VR手柄與真實手術器械差距依然較大，并且由于缺乏力反饋，導致模擬手術體驗不佳。其次VR手術仍只能粗略反映手術步驟，對術中意外緊急情況仍然無法模擬。此外臨床肝切除手術器械已呈現多元化，除外手控以外，還有不少能量平臺器械利用腳控操作，而這些在現有的VR手柄上均無法得到實現，這也可以成為VR技術下一步的發展方向；（3）現有應用VR技術的醫學中心仍然太少，可供交流與學習的平臺不是很多，筆者認為亟待建立一個互動的VR數據庫系統，將典型病例的臨床病理資料存入其中，以便今后的學習過程中隨時調用。同時通過大數據管理也可修正現有的在圖像處理、模擬操作中的不足，為建立標準化的處理系統提供基礎。