虚拟现实技术在肝脏外科术前计划制定中的应用

成功，王逻逻，阮一，张雪明，周新华

虚拟现实（VR）技术的研究最早始于1960年[1]，直到1989年才由美国的Jaron Lanier提出具体概念[2]，经过了数十年的蓬勃发展，VR已经作为一门全新的交叉学科，迅速成为研究热点，在国防军事、航空航天、工业仿真、室内设计等多种实用领域得到广泛应用。而VR技术在医学领域中的应用，目前正受到国内外广泛关注[3]。宁波市医疗中心李惠利医院肝胆胰外科于2017年4月引入VR系统并同步应用于临床，截止目前已积累一定的病例资料。本研究拟通过与同期未行术前VR的肝切除手术比较，分析VR技术在肝脏外科术前计划制定应用中的优缺点，以期为今后的临床实践提供依据和理论支持。

1 资料与方法

1.1 一般资料 纳入2018年1月至2020年12月3年期间于本院同一手术组接受腹腔镜下解剖性半肝切除与左外叶切除手术的患者125例，其中男68例，女57例；年龄26～87岁，平均67.4岁。按手术规划分为右半肝组42例，左半肝组57例，左外叶组26例。3组分别根据术前是否应用VR技术分为右半肝应用VR组22例、传统影像学资料组20例；左半肝应用VR组36例、传统影像学资料组21例；左外叶应用VR组15例、传统影像学资料组11例。

1.2 方法 术前常规检查采用增强CT扫描，采用2.5mm连续薄层扫描以保证重建的高质量。影像资料保存为DICOM格式，传入VR系统工作站中。计算机产生的立体图像显示在1600*900像素的监控器上，通过一面镜子发射进入操作者的视野中，操作者坐在一个固定的位置上，头戴VR虚拟设备，即可同步观察到VR成像的虚拟肝脏。

1.3 观察指标（1）术中情况：总手术时间、切肝时间、肝门阻断时间、术中出血量、术中输血情况。（2）术后情况：术后首次下床时间、术后首次排气时间、术后第1 d谷氨酸氨基转移酶（ALT），放置腹腔引流管时间、是否发生手术相关并发症（术后出血、胆瘘、腹腔感染等）、术后住院时间。（3）术后病理学检查情况：术中切缘情况、肿瘤位置、肿瘤直径、病理学类型、TNM分期、脉管侵犯、神经侵犯。参照Clavien-Dindo分级系统评估围术期并发症。

1.4 统计方法 采用SPSS 22.0统计软件进行分析，正态分布的计量资料以均数±标准差表示，采用t检验；计数资料采用2检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 手术情况 125例均完成腹腔镜下肝切除手术，无中转开腹。右半肝应用VR组术中出血量较传统组明显减少（P＜0.05），但两组手术时间、切开时间、肝门阻断时间差异均无统计学意义（均P＞0.05）。左半肝组及左外叶组，应用VR组及传统组手术时间、术中出血量、切开时间及肝门阻断时间差异均无统计学意义（均P＞0.05）。见表1。

表1 VR组与传统影像学资料组术中情况比较

2.2 术后情况 右半肝VR组术后第1d ALT较右半肝传统组显著降低（P＞0.05），两组术后下床时间、术后排气时间、拔出引流管时间及术后住院时间差异均无统计学意义（均P＞0.05）。左半肝及左外叶组术后情况差异均无统计学意义（均P＞0.05）。见表2。右半肝应用VR组及传统影像组分别发生1例术后切口感染；左半肝应用VR组发生1例术后腹腔局部积液感染，传统影像组2例发生术后并发症，1例胆漏，1例切口感染；左外叶传统影像组1例出现胆漏。所有患者经短暂支持治疗后获得痊愈出院。

表2 VR组与传统影像学资料组术后情况比较

2.3 病理学检查情况 125例术后病理诊断为肝细胞肝癌79例，肝内胆管细胞癌4例，肝内胆管结石42例，术中快速冰冻切片及术后常规病理切片切缘均为阴性。

3 讨论

对于肝脏外科医师而言，术前准确判断肝内血管走形、识别解剖变异、了解肿瘤与周围血管关系，能为精准的术中操作及良好的术后恢复保驾护航[4-5]。以往对于肝脏的术前评估严重依赖CT、MRI等传统影像学资料，而此类医学影像多以二维成像居多，即便诸如MRCP、CTA等也仅能提供少数结构的三维立体图像，剩余的图像信息仍需要外科医师独立思考，整合成三维影像，以便制定手术计划[6]。在毗邻结构复杂的肿瘤中，此类方法不仅费时费力，有时还难免出现差错，造成术中意外情况的发生。

VR技术能够依据术前CT、MRI等影像学资料，为外科医师提供更为直观的三维立体图像，充分显示肿瘤与周边组织的解剖关系，协助医师为患者制定更为细致的手术治疗方案，适时参与术中导航[7]。除此之外，VR技术在术后残余肝体积的估算上也具备一定优势。其次，VR技术有其强大的信息交互能力及独特的可介入性。如今腹腔镜手术学习曲线往往较长，而肝脏外科本身操作复杂，部分手术空间狭小，尤其对复杂病变的处理更为困难，无疑增加了外科医师的培养周期和学习成本。合理利用VR，可以在术前通过遵循术者的手术意图，逐步模拟手术步骤，反映真实的手术过程，即所谓虚拟手术[8]。这不仅有利于增强术者在术中的信心和心理状态，提高手术成功率，还提供了理想的教学环境和信息交流平台，推动了医学教育的发展[9]，更有利于发挥微创外科技术“缩短住院时间，降低术后并发症风险”的优势[10]。

本研究结果显示VR技术在术前规划、术中实时导航中相较传统影像有一定优势，对于肝内管道的辨认、减少术中出血量、避免残肝缺血或淤血及保护残肝肝功能上有一定应用价值。同时，在越是复杂的肝解剖性切除中，VR技术施展的空间越大。

笔者利用VR技术进行肝切除手术术前评估后，也有以下体会：（1）目前行解剖性肝段切除术，无论利用血流阻断技术还是血管穿刺染色技术，精准定位血管是首要目标。通过VR的三维可视化技术，不仅可以协助术者准确定位到目标肝段的肝蒂血管，有时还能在术中进行实时动态指导，解决一些术前无法预测，但术中却能实际遇到的问题。术前结合VR成像，可以更为直观的把握肝蒂走形，帮助外科医师精准定位；（2）Bismuth IV型肝门部胆管癌、肝内胆管细胞癌侵犯肝门、胆囊癌侵犯肝门等解剖关系复杂的恶性肿瘤，经常由于术前影像评估不到位而导致术中更改手术方案，甚至终止手术计划。本院利用VR技术对上述肿瘤进行术前三维成像，直接、充分、客观的展示了门静脉、肝动脉、胆管与肿瘤病灶的立体解剖关系，为外科医师的术前决策带来了不少便利；（3）面对部分影像学检出的小肝癌、微小肝癌或直径较小的肝转移癌，本院行腹腔镜肝切除术时偶会出现术中B超难以准确定位病灶的尴尬情况。此时借助VR技术能够较好的判定拟切除线，术后复查影像及病理资料均能达到R0切除，且最大程度的保护了残肝体积；（4）已有不少文献证实手术时间为肝切除术后并发症发生的独立危险因子，而在不少关于其他肿瘤的研究中又提示术后并发症的发生会降低患者的预后情况，通过VR三维可视化技术及术前模拟操练可明显缩短手术时间，从而可能提高患者生存预后；（5）VR技术仅需附加一套VR图像处理系统，其图像来源均由传统影像学资料CT、MRI提供，检查方便快捷，对大多数患者来说是可以接受的；（6）对于从事肝脏外科的年轻医师而言，最困难的有时不是对书本各解剖位置的记忆，而是手术中三维立体结构的空间想象能力，VR技术可以有针对性的提供手术操练的机会，锻炼年轻外科医师的思维能力，提升手术水平，缩短学习曲线。

但同时，受限于现阶段VR的技术水平，笔者也深感到以下不足：（1）VR技术本身受限于传统影像学资料的分辨率情况，而CT、MRI等未能显示的结构应用VR技术仍存在不少问题，诸如肝蒂血管的三、四级分支普遍显影较差，对于要求制定更为精密的亚肝段切除方案仍有不小距离；（2）目前VR手柄与真实手术器械差距依然较大，并且由于缺乏力反馈，导致模拟手术体验不佳。其次VR手术仍只能粗略反映手术步骤，对术中意外紧急情况仍然无法模拟。此外临床肝切除手术器械已呈现多元化，除外手控以外，还有不少能量平台器械利用脚控操作，而这些在现有的VR手柄上均无法得到实现，这也可以成为VR技术下一步的发展方向；（3）现有应用VR技术的医学中心仍然太少，可供交流与学习的平台不是很多，笔者认为亟待建立一个互动的VR数据库系统，将典型病例的临床病理资料存入其中，以便今后的学习过程中随时调用。同时通过大数据管理也可修正现有的在图像处理、模拟操作中的不足，为建立标准化的处理系统提供基础。