李輝

精準胸外科：微創(chuàng)時代新起點

李輝

2014年9月，我隨國家衛(wèi)生和計劃生育委員會人才交流中心組織的中國微創(chuàng)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(yī)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(nèi)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(jié)了已有的經(jīng)驗，將其提升為“精準肝臟外科”[2]。經(jīng)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(yè)如精準神經(jīng)外科、精準脊柱外科、精準微創(chuàng)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(shù)字醫(yī)學的發(fā)展，目前仍處于構(gòu)想和探索階段。

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

1 精準外科的技術(shù)支持

精準外科隨著現(xiàn)代科技的進步而發(fā)展，并建立在高端數(shù)字醫(yī)學基礎(chǔ)之上。外科手術(shù)學的數(shù)字化研究方向主要有醫(yī)學可視化（medical visualization）、手術(shù)模擬（surgerysimulation）、圖像引導(dǎo)手術(shù)（imageguidedsurgery）、計算機輔助手術(shù)（computer assisted surgery）和醫(yī)學增強現(xiàn)實（medical augment reality）等。

1.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)（virtual reality） 是指通過三維圖像生成技術(shù)、多傳感交互技術(shù)及高分辨率顯示等技術(shù)，生成逼真的虛擬環(huán)境。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)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(xiàn)外科手術(shù)仿真系統(tǒng)。外科醫(yī)師在進行復(fù)雜手術(shù)之前，可以借助它對實際的外科手術(shù)做出相應(yīng)的術(shù)前規(guī)劃和準備。此外，使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)還可以進行人體解剖仿真，醫(yī)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(xiàn)解剖課的學習。但虛擬現(xiàn)實技術(shù)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(chǎn)生對真實情況的認知偏差。

1.2 增強現(xiàn)實技術(shù)（augmented reality） 是在虛擬現(xiàn)實的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新技術(shù)。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(tǒng)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(yī)學增強現(xiàn)實技術(shù)利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)將多模態(tài)影像通過三維重建得到的虛擬模型融合到患者相應(yīng)的器官位置，使外科醫(yī)師在手術(shù)中的視覺系統(tǒng)得到增強，獲得肉眼無法看到的器官內(nèi)部結(jié)果信息和手術(shù)視野內(nèi)器官的空間信息，強化了手術(shù)的真實感和精確性，從而進行手術(shù)計劃制定、手術(shù)演練、手術(shù)教學、手術(shù)技能訓練和術(shù)中引導(dǎo)手術(shù)等醫(yī)學治療過程，在制定術(shù)前方案和醫(yī)學培訓中有巨大的應(yīng)用價值。

1.3 圖像采集技術(shù) 在醫(yī)療領(lǐng)域，無論是虛擬現(xiàn)實還是增強現(xiàn)實，都離不開圖像采集技術(shù)。先進的圖像獲取技術(shù)是臨床外科應(yīng)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(xiàn)代數(shù)字技術(shù)的支持下形成虛擬與現(xiàn)實的結(jié)合。目前應(yīng)用于精準外科手術(shù)的圖像采集技術(shù)包括CT、MRI、四維超聲及多軸血管造影系統(tǒng)等多模態(tài)方式。在這里需要提及的是多軸血管造影系統(tǒng)，它是一套最新的數(shù)字血管造影設(shè)備，是現(xiàn)代機器人技術(shù)在醫(yī)學工程領(lǐng)域的應(yīng)用；它具備大容量、大視野平板CT重建、三維路徑圖引導(dǎo)、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(shù)支持手段。

對于胸外科手術(shù)來講，特別是肺部手術(shù)，多模態(tài)影像技術(shù)可以提供肺的支氣管、動脈及靜脈影像，經(jīng)過數(shù)字處理形成三維圖像，再通過增強顯示技術(shù)，在術(shù)中與患者真實的術(shù)野進行疊加，為外科醫(yī)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(shù)中的應(yīng)用前景

傳統(tǒng)的經(jīng)驗外科實踐中，由于外科醫(yī)師個人認知的有限性、技術(shù)的局限性及經(jīng)驗的主觀性，當患者病情復(fù)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(yù)的失控。采用精準外科的技術(shù)將會對我們胸外科的手術(shù)策略選擇方式產(chǎn)生重大影響。我們可以在術(shù)前通過CT、MRI、四維超聲和多軸血管造影系統(tǒng)獲取影像資料并進行數(shù)字化處理；在手術(shù)操作過程中，我們從顯示屏上看到的不單單是患者術(shù)野的場景，而是術(shù)前數(shù)字化處理圖像與患者真實場景的疊加，結(jié)合三維可視化技術(shù)、圖像融合導(dǎo)航技術(shù)和機器人技術(shù)，能夠在術(shù)前對患者進行科學規(guī)劃，選擇安全的手術(shù)路徑，在術(shù)中實現(xiàn)腫瘤精確定位和穿刺，在術(shù)后即刻進行三維多模態(tài)影像評估，從而實現(xiàn)腫瘤精準切除，并最大限度地避免損傷、提高手術(shù)質(zhì)量和降低手術(shù)風險。

肺微小結(jié)節(jié)的手術(shù)中定位是我們胸外科手術(shù)中的一個難題，術(shù)前根據(jù)CT圖像可以對微小結(jié)節(jié)進行定位，但術(shù)中由于患肺不通氣，原來的解剖位置發(fā)生了變化，定位病灶比較困難，不得不借助一些術(shù)前或術(shù)中定位技術(shù)來輔助，例如術(shù)中手觸摸、超聲定位、術(shù)前CT引導(dǎo)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(yīng)用了精準外科的技術(shù)，那么術(shù)中無論患者的體位發(fā)生何種變化、肺部的形態(tài)或大小發(fā)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(guān)系密切的惡性腫瘤，通過術(shù)前多模態(tài)影像資料和疊加技術(shù)，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(guān)系、評估肺功能儲備，對選擇合理的治療方法，把握適當?shù)姆吻谐秶?，降低術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生具有重要意義。

近年來，影像技術(shù)發(fā)展很快，已經(jīng)從單純的解剖結(jié)構(gòu)成像發(fā)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(shù)，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(shù)后患者生活質(zhì)量。同時，在肺段切除手術(shù)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(xiàn)在通常采用超聲、CT或MRI定位引導(dǎo)，但分別存在圖像分辨率相對較低、難以實現(xiàn)動態(tài)實時引導(dǎo)、價格昂貴、存在輻射損傷等明顯缺點，從而導(dǎo)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(shù)的實時虛擬導(dǎo)航系統(tǒng)，可實現(xiàn)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(yīng)用PET-CT能夠精準評估肺部腫瘤的射頻消融效果，及時調(diào)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(fā)以現(xiàn)代科學技術(shù)的整合應(yīng)用和集成創(chuàng)新為特征的外科技術(shù)革命，胸部微創(chuàng)外科技術(shù)將隨著精準外科技術(shù)的應(yīng)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(dǎo)精準肝臟外科 重現(xiàn)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(jīng)外科:高科技時代的神經(jīng)外科新理念[J].中華神經(jīng)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(shù)中磁共振成像及神經(jīng)導(dǎo)航在累及視放射的顳葉膠質(zhì)瘤手術(shù)中的應(yīng)用[J].中華外科雜志,2015,53(5): 340-344.

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

（本文轉(zhuǎn)載自《中華外科雜志》2015年第53卷第10期）

100020 首都醫(yī)科大學附屬北京朝陽醫(yī)院胸外科