精准胸外科：微创时代新起点

李辉

精准胸外科：微创时代新起点

李辉

2014年9月，我随国家卫生和计划生育委员会人才交流中心组织的中国微创外科访问团参观了法国消化道癌症研究中心和欧洲远程医学研究所，感受颇深，当时就想记录下来，但后因杂事太多一直搁置。这次受中华外科杂志编辑部的邀请，担任这期重点号的责任编委，于是想到了这个题目。

谈到精准外科，首先将这个理念介绍到国内的是我国著名肝胆外科专家董家鸿教授。2009年他提出“精准肝切除”的概念[1]，2010年他总结了已有的经验，将其提升为“精准肝脏外科”[2]。经过5年的研究与实践，2015年他进一步将这一理念提炼为“精准外科”[3]。随着学界对精准外科认识、理解的不断深入，除了最初的精准肝脏外科，其他专业如精准神经外科、精准脊柱外科、精准微创小儿外科等概念也不断被提出并付诸实践，取得了可喜的进展[4-6]。然而精准胸外科还远远落后于数字医学的发展，目前仍处于构想和探索阶段。

纵观人类社会的发展历程，已经从农业社会、工业社会进入当今的信息数字化社会，医学也已由古代医术历经传统医学再到今天的数字医学，许多新的技术已经或正在被用于医学领域的研究和应用，形成了当代的数字医学技术。现代外科学也是随着现代科技进步发展变化而来。传统外科学主要依靠外科医师的直觉和经验，当进入现代外科时代，外科实践的确定性随着科技的发展和进步不断增长。而当代数字外科时代，航空科学技术、导航技术、计算机辅助三维技术、远程通讯及人工智能机器人手术等高科技手段构建了高端数字医学平台，成功为外科医师引入一个全球外科技术共享的理念——无论身处何方，都可参与世界上任何一台手术。精准外科在这种技术支持下应运而生，它主要是指相对于传统开放手术而言，对患者的疾病进行精确的诊断、精准的手术和精细的康复。

1 精准外科的技术支持

精准外科随着现代科技的进步而发展，并建立在高端数字医学基础之上。外科手术学的数字化研究方向主要有医学可视化（medical visualization）、手术模拟（surgerysimulation）、图像引导手术（imageguidedsurgery）、计算机辅助手术（computer assisted surgery）和医学增强现实（medical augment reality）等。

1.1 虚拟现实技术（virtual reality） 是指通过三维图像生成技术、多传感交互技术及高分辨率显示等技术，生成逼真的虚拟环境。利用虚拟现实技术可以将由CT或MRI生成的二维图像与体视图像组合起来，实现外科手术仿真系统。外科医师在进行复杂手术之前，可以借助它对实际的外科手术做出相应的术前规划和准备。此外，使用虚拟现实技术还可以进行人体解剖仿真，医学生们不必局限于书本和尸体，可以利用一个虚拟的患者实现解剖课的学习。但虚拟现实技术也存在不足，其最大缺陷就是与真实场景的空间认知存在差距，使用者可能产生对真实情况的认知偏差。

1.2 增强现实技术（augmented reality） 是在虚拟现实的基础上发展起来的新技术。它的特点是将计算机生成的虚拟模型融合到真实场景中，即将虚拟物体、场景或系统提示信息叠加到真实场景中，从而增强用户对真实场景的感觉和认识，使用户从虚拟模型中获得额外的信息。简单地说，医学增强现实技术利用虚拟现实技术将多模态影像通过三维重建得到的虚拟模型融合到患者相应的器官位置，使外科医师在手术中的视觉系统得到增强，获得肉眼无法看到的器官内部结果信息和手术视野内器官的空间信息，强化了手术的真实感和精确性，从而进行手术计划制定、手术演练、手术教学、手术技能训练和术中引导手术等医学治疗过程，在制定术前方案和医学培训中有巨大的应用价值。

1.3 图像采集技术 在医疗领域，无论是虚拟现实还是增强现实，都离不开图像采集技术。先进的图像获取技术是临床外科应用的先决条件。只有最大限度地获取了患者的影像资料，才能在现代数字技术的支持下形成虚拟与现实的结合。目前应用于精准外科手术的图像采集技术包括CT、MRI、四维超声及多轴血管造影系统等多模态方式。在这里需要提及的是多轴血管造影系统，它是一套最新的数字血管造影设备，是现代机器人技术在医学工程领域的应用；它具备大容量、大视野平板CT重建、三维路径图引导、三维穿刺立体定位等最先进的临床功能；它的特点是灵活、零死角、全身真正无缝覆盖，是精准外科不可或缺的技术支持手段。

对于胸外科手术来讲，特别是肺部手术，多模态影像技术可以提供肺的支气管、动脉及静脉影像，经过数字处理形成三维图像，再通过增强显示技术，在术中与患者真实的术野进行叠加，为外科医师的精细操作提供强有力的支持。

2 精准外科在胸外科手术中的应用前景

传统的经验外科实践中，由于外科医师个人认知的有限性、技术的局限性及经验的主观性，当患者病情复杂时，整个外科实践过程存在高度的不确定性，可能造成临床决策的偏颇和外科干预的失控。采用精准外科的技术将会对我们胸外科的手术策略选择方式产生重大影响。我们可以在术前通过CT、MRI、四维超声和多轴血管造影系统获取影像资料并进行数字化处理；在手术操作过程中，我们从显示屏上看到的不单单是患者术野的场景，而是术前数字化处理图像与患者真实场景的叠加，结合三维可视化技术、图像融合导航技术和机器人技术，能够在术前对患者进行科学规划，选择安全的手术路径，在术中实现肿瘤精确定位和穿刺，在术后即刻进行三维多模态影像评估，从而实现肿瘤精准切除，并最大限度地避免损伤、提高手术质量和降低手术风险。

肺微小结节的手术中定位是我们胸外科手术中的一个难题，术前根据CT图像可以对微小结节进行定位，但术中由于患肺不通气，原来的解剖位置发生了变化，定位病灶比较困难，不得不借助一些术前或术中定位技术来辅助，例如术中手触摸、超声定位、术前CT引导下Hook-wire定位、注射美兰定位，但各种方法都有一定缺陷。如果应用了精准外科的技术，那么术中无论患者的体位发生何种变化、肺部的形态或大小发生了怎样的改变，都可以通过实时的图像叠加准确地找到病灶。

对于较大的肺部肿瘤，特别是一些与邻近支气管、肺动脉等血管关系密切的恶性肿瘤，通过术前多模态影像资料和叠加技术，可以精确显示病变范围、确定肺血管和支气管精确解剖学关系、评估肺功能储备，对选择合理的治疗方法，把握适当的肺切除范围，降低术后并发症的发生具有重要意义。

近年来，影像技术发展很快，已经从单纯的解剖结构成像发展到血流、代谢和功能成像，成像速度越来越快，图像分辨率越来越好；随着计算机软硬件的飞速进步，图像重建也越来越自动化。将来，可以通过这种技术，对患者切除肺组织和保留肺组织进行实时的功能测定，确定准确的切除范围和功能状况，从而在保证完整切除病变的同时尽可能避免对肺功能的损伤，提高术后患者生活质量。同时，在肺段切除手术中也可以精确地确定肺段边界，最大限度地避免目前肺段切除过程的不确定性。

射频消融也是目前肺部肿瘤常用的治疗方式之一。现在通常采用超声、CT或MRI定位引导，但分别存在图像分辨率相对较低、难以实现动态实时引导、价格昂贵、存在辐射损伤等明显缺点，从而导致病灶消融不全、穿刺偏移等严重后果。采用影像融合和定位追踪技术的实时虚拟导航系统，可实现超声、CT或MRI影像的实时匹配，不仅提高了影像诊断的准确性，也为介入诊疗提供了极大的便利。同时，应用PET-CT能够精准评估肺部肿瘤的射频消融效果，及时调整穿刺针深度及剂量，提高治疗有效率。

3 展望

目前，由于各种条件的限制，精准外科还没有在我国获得广泛开展。但我们有理由相信，精准外科必将引发以现代科学技术的整合应用和集成创新为特征的外科技术革命，胸部微创外科技术将随着精准外科技术的应用逐步走向完美。

[1] 董家鸿,黄志强.精准肝切除——21世纪肝脏外科新理念[J].中华外科杂志,2009,47(21):1601-1605.

[2] 董家鸿,黄志强.倡导精准肝脏外科 重现普罗米修斯神话[J].中华消化外科杂志,2010,9(1):4-5.

[3] 董家鸿,张宁.精准外科[J].中华外科杂志,2015,53(5):321-323.

[4] 许百男,陈晓雷.精准神经外科:高科技时代的神经外科新理念[J].中华神经外科疾病研究杂志,2010,9(6):481-483.

[5] 白少聪,陈晓雷,耿杰峰,等.高场强术中磁共振成像及神经导航在累及视放射的颞叶胶质瘤手术中的应用[J].中华外科杂志,2015,53(5): 340-344.

[6] 李龙,张金哲.精准微创技术是现代小儿外科发展的新阶段[J].临床小儿外科杂志,2011,10(1):1-4.

（本文转载自《中华外科杂志》2015年第53卷第10期）

100020 首都医科大学附属北京朝阳医院胸外科