手術(shù)模擬系統(tǒng)在中耳手術(shù)中的應(yīng)用*

柯 嘉 朱 麗 李金紅 馬芙蓉

(北京大學(xué)第三醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科，北京 100083)

·實(shí)驗(yàn)研究·

手術(shù)模擬系統(tǒng)在中耳手術(shù)中的應(yīng)用*

柯 嘉 朱 麗 李金紅 馬芙蓉**

(北京大學(xué)第三醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科，北京 100083)

目的 探討耳科手術(shù)模擬系統(tǒng)Voxel-Man TempoSurg在不同類型中耳手術(shù)的模擬操作中的特點(diǎn)與應(yīng)用。方法 選擇2012年6月～2015年3月中耳手術(shù)40例，包括中耳膽脂瘤21例，膽固醇肉芽腫6例，先天性外中耳畸形4例，顳骨多發(fā)骨折9例，留取手術(shù)錄像。利用耳科手術(shù)模擬系統(tǒng)對上述病例進(jìn)行與手術(shù)實(shí)際操作相同的模擬操作，對比真實(shí)手術(shù)，記錄外耳道后上嵴、鼓環(huán)/鼓溝、聽小骨、面神經(jīng)、外半規(guī)管、乙狀竇、腦板、圓窗龕等解剖結(jié)構(gòu)以及病變組織在模擬手術(shù)中出現(xiàn)的情況。 結(jié)果 按病變類型分為軟組織類型27例和骨性類型13例，耳科手術(shù)模擬系統(tǒng)中骨性類型中病變的顯示率(100%，13/13)明顯優(yōu)于軟組織類型(7.4%，2/27)(Fisher檢驗(yàn)，P=0.000)，其他結(jié)構(gòu)顯示率差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。按乳突氣化程度分為氣化型16例和非氣化型24例，氣化型乳突中病變的顯示率(68.8%，11/16)顯著性高于非氣化型(16.7%，4/24)(Fisher檢驗(yàn)，P=0.002)。按采用的乳突開放術(shù)式分為完壁式25例和開放式15例，完壁式病變顯示率(48.0%，12/25)與開放術(shù)式(20.0%，3/15)差異無顯著性(Fisher檢驗(yàn)，P=0.101)，其他結(jié)構(gòu)顯示率差異亦無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。 結(jié)論利用耳科手術(shù)模擬器，在以骨性類型為主的病種及氣化較好的乳突中，可以較好地模擬病變的情況。

計(jì)算機(jī)模擬； 耳外科手術(shù)； 顳骨

中耳手術(shù)與其他學(xué)科的手術(shù)不同，由于其解剖標(biāo)志深埋于顳骨的骨質(zhì)中，需要層層去除骨質(zhì)通過一個(gè)標(biāo)志找到另一個(gè)標(biāo)志，加上中耳術(shù)野及周圍毗鄰組織有很多重要的解剖結(jié)構(gòu)，一旦出現(xiàn)損傷都將導(dǎo)致嚴(yán)重的并發(fā)癥，甚至出現(xiàn)致命的危險(xiǎn)，因此中耳手術(shù)一直以來都是耳鼻喉科手術(shù)中難度較大的手術(shù)。它不僅要求手術(shù)醫(yī)師具有全面而豐富的解剖知識(shí)，還要有敏銳的空間立體定向力和透視力，以及精湛而熟練的顯微外科手術(shù)操作技能。耳科手術(shù)模擬系統(tǒng)的引入，為大量耳科專業(yè)的醫(yī)生提供了一個(gè)術(shù)前模擬訓(xùn)練的平臺(tái)[1]。然而由于模擬器功能所限，手術(shù)模擬系統(tǒng)對不同手術(shù)類型所能提供的信息也有所不同。本研究通過比較不同類型中耳手術(shù)中，手術(shù)模擬系統(tǒng)與實(shí)際手術(shù)操作中的異同，探討耳科手術(shù)模擬系統(tǒng)在不同類型中耳手術(shù)的實(shí)際操作中的特點(diǎn)與應(yīng)用價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 一般資料

選擇2012年6月～2015年3月中耳手術(shù)40例，男22例，女18例。年齡(37.3±16.6)歲。中耳膽脂瘤21例，膽固醇肉芽腫6例，先天性外中耳畸形4例，顳骨多發(fā)骨折9例。均按常規(guī)行中耳手術(shù)(乳突根治術(shù)、鼓室成形術(shù)、面神經(jīng)探查及減壓手術(shù))，并留取手術(shù)錄像。

1.2 研究設(shè)備

使用德國漢堡大學(xué)研發(fā)的Voxel-Man TempoSurg耳科手術(shù)模擬系統(tǒng)。訓(xùn)練者利用Phantom力反饋設(shè)備，通過鏡面反射及佩戴立體眼鏡看到立體顯示的場景，系統(tǒng)伴隨的鉆的震動(dòng)和聲音及鉆孔的外觀也可以得到真實(shí)手術(shù)的感觀效果[2,3]。

1.3 研究方法

將40例患者術(shù)前的高分辨率顳骨CT(層厚1.0 mm)的DICOM數(shù)據(jù)錄入到Voxel-Man TempoSurg耳科手術(shù)模擬系統(tǒng)的Patient Data中，由系統(tǒng)自動(dòng)加載到虛擬環(huán)境中并進(jìn)行患者個(gè)體資料的虛擬三維重建。然后按照術(shù)中所采用的路徑對患耳進(jìn)行虛擬的手術(shù)操作，尋找并記錄操作過程中暴露的解剖結(jié)構(gòu)，上述操作由耳科專業(yè)的同一位高年資醫(yī)師完成。最后導(dǎo)出患者的虛擬手術(shù)錄像，將其與真實(shí)的手術(shù)錄像進(jìn)行比較(圖1、2)，記錄外耳道后上嵴、鼓環(huán)/鼓溝、聽小骨、面神經(jīng)、外半規(guī)管、乙狀竇、腦板、圓窗龕等解剖結(jié)構(gòu)及病變在虛擬手術(shù)中的顯示率。

圖1、2 模擬系統(tǒng)中虛擬手術(shù)錄像(A)與真實(shí)手術(shù)錄像(B)對比圖(*聽小骨；△半規(guī)管；箭頭指示圓窗龕)

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS19.0軟件，對不同組的顯示率差異采用Fisher精確檢驗(yàn)，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

所有病例均成功進(jìn)行三維立體虛擬影像重建，重建后的顳骨標(biāo)本可以進(jìn)行任意角度的旋轉(zhuǎn)與縮放，直至達(dá)到良好的手術(shù)顯示效果。

2.1 根據(jù)病變類型分類

根據(jù)病變的類型，將中耳膽脂瘤21例及膽固醇肉芽腫6例歸為軟組織病變(27例)，先天性外中耳畸形4例及顳骨多發(fā)骨折9例劃分為骨性病變(13例)。對手術(shù)模擬系統(tǒng)中的手術(shù)錄像與真實(shí)手術(shù)中的手術(shù)錄像進(jìn)行比較，對中耳手術(shù)中常見的重要解剖標(biāo)志及結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比，見表1，各結(jié)構(gòu)顯示率差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。軟組織類型病變中病變的顯示率為7.4%(2/27)，骨性病變中為100%(13/13)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.000)。

表1 不同病變類型中耳手術(shù)中常見解剖標(biāo)志在模擬手術(shù)中的顯示率[n(%)]

2.2 根據(jù)乳突氣化類型分類

根據(jù)乳突的氣化程度[4]分為氣化型(16例)和非氣化型(24例)，兩種氣化類型的乳突中常見中耳手術(shù)的重要解剖標(biāo)志及結(jié)構(gòu)在模擬手術(shù)中的顯示率見表2，氣化型中外半規(guī)管顯示率高于非氣化型，鼓環(huán)/鼓溝顯示率低于非氣化型，其他結(jié)構(gòu)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。氣化型乳突中11例(68.8%)可以清晰顯示病變組織，非氣化型乳突中僅有4例(16.7%)，兩者之間差異有顯著性(P=0.002)。

表2 不同氣化類型的乳突中常見解剖標(biāo)志在模擬手術(shù)中的顯示率[n(%)]

2.3 根據(jù)乳突開放術(shù)式分類

根據(jù)不同的乳突開放術(shù)式分為完壁式(25例)和開放式(15例)，各結(jié)構(gòu)在模擬手術(shù)中的顯示率見表3，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。完壁術(shù)式病變的顯示率為48.0%(12/25),開放術(shù)式為20.0%(3/15)，兩者差異無顯著性(P=0.101)。

表3 不同乳突開放術(shù)式中常見解剖標(biāo)志在模擬手術(shù)中的顯示率[n(%)]

3 討論

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛躍發(fā)展，手術(shù)模擬系統(tǒng)作為一種先進(jìn)的醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)，可以利用CT或MR等數(shù)據(jù)創(chuàng)造出一種具有立體效果的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，不但兼具了放射科的影像多平面重建及同時(shí)同步進(jìn)行定位的特點(diǎn)，還可以將這些影像進(jìn)行實(shí)體虛擬，醫(yī)生可以利用雙手直接對虛擬醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行交互式操作，從而獲得一個(gè)比較直觀、全面、立體的解剖概念。近年來，大量針對微創(chuàng)外科手術(shù)，特別是針對耳鼻喉科的虛擬手術(shù)系統(tǒng)不斷被研制出來[5]。Voxel-Man顳骨手術(shù)模擬系統(tǒng)(Voxel-Man TempoSurg)可以獲取高分辨率顳骨CT的影像來重建顱底的三維解剖結(jié)構(gòu)，通過鏡面反射和立體眼鏡來獲得立體視覺，通過具有力反饋的手柄來完成虛擬手術(shù)操作[1]。

除了作為教學(xué)工具[6～9]，該系統(tǒng)還可以直接輔助于臨床，在疑難手術(shù)前通過模擬系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)手術(shù)，可以術(shù)前對手術(shù)的難度進(jìn)行充分的評估，從而提高手術(shù)的安全性。由于中耳手術(shù)涉及的病種較多，影響手術(shù)難易程度的因素也很多，因此模擬系統(tǒng)在不同中耳手術(shù)中的適用程度是不同的。

3.1 不同病變類型對模擬手術(shù)顯示的影響

Voxel-Man TempoSurg耳科手術(shù)模擬系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源于患者術(shù)前的高分辨率CT，主要是利用骨窗的一系列數(shù)據(jù)進(jìn)行解剖結(jié)構(gòu)的三維重建，因此術(shù)中對骨性結(jié)構(gòu)有良好的分辨率。當(dāng)CT的層厚在1 mm甚至更薄至0.6 mm時(shí)，可以獲得非常逼真的重建模型，甚至可以觀察到如錐隆起、鐙骨等細(xì)小的結(jié)構(gòu)。但是其對于軟組織的識(shí)別相對較差，無論是血管、神經(jīng)、肌肉還是病變組織，都無法在重建的模型中予以分辨，而統(tǒng)一以氣體的空腔形式出現(xiàn)。本組軟組織類型中病變的顯示率只有7.4%(2/27)，顯著低于骨性類型中病變的顯示率100%(13/13)。因此，對于以軟組織病變?yōu)橹饕愋偷募膊?，如中耳膽脂瘤、膽固醇肉芽腫等，在模擬中耳的手術(shù)中，往往不能很好地識(shí)別病變組織，僅能通過骨質(zhì)缺損的一些間接征象來判斷。而對于一些主要由骨性結(jié)構(gòu)病變來顯示的疾病，如先天性中耳發(fā)育畸形、顳骨骨折等，該模擬系統(tǒng)可以非常真實(shí)地還原術(shù)中的情況，通過術(shù)前的模擬操作，可以明確提示術(shù)者中耳畸形的具體細(xì)節(jié)以及顳骨骨折線延伸的深度及毗鄰。對于一些特殊病例，可以通過術(shù)前模擬來預(yù)知病變的侵犯情況。

3.2 乳突不同氣化類型對模擬手術(shù)顯示的影響

由于手術(shù)模擬器是通過容積重建的方式來進(jìn)行顳骨的三維重建，對于與空氣或軟組織交界的骨性結(jié)構(gòu)，如乙狀竇、中顱窩腦板、聽小骨，因?yàn)閷Ρ让黠@而容易區(qū)分，識(shí)別率可達(dá)100%；而對于骨質(zhì)中不同密度的結(jié)構(gòu)，就不能直觀地通過骨質(zhì)顏色的變化、電鉆的聲音來反映出骨質(zhì)密度的變化，如面神經(jīng)骨管、半規(guī)管等結(jié)構(gòu)。氣化較好的乳突，由于致密的骨性結(jié)構(gòu)被氣房包圍，較易于識(shí)別。本研究中，在氣化較好的乳突中，外半規(guī)管隆突及病變的識(shí)別率可達(dá)到100%(16/16)和68.8%(11/16)，均高于非氣化型乳突[54.2%(13/24)和16.7%(4/24)]，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.001，P=0.002)。因此，氣化型的乳突較硬化型乳突在進(jìn)行模擬手術(shù)時(shí)能夠更加真實(shí)地反映術(shù)中的情況。

3.3 不同乳突開放術(shù)式對模擬手術(shù)顯示的影響

中耳病變最常采用的術(shù)式為完壁式和開放式乳突開放、鼓室成形術(shù)[10]。完壁術(shù)式由于保留了外耳道后壁的骨性結(jié)構(gòu)，術(shù)后可以獲得接近正常的外耳道形態(tài)，且術(shù)后恢復(fù)較快，患者的聽力水平及生活質(zhì)量較高；但該術(shù)式的缺點(diǎn)是容易造成病變殘留，因此對術(shù)者的手術(shù)技巧要求很高。而開放術(shù)式由于不用保留外耳道后壁，故手術(shù)操作的難度降低，術(shù)后容易監(jiān)測病變復(fù)發(fā)；但缺點(diǎn)是破壞了原有的耳道形態(tài)，術(shù)后遺留較大術(shù)腔，愈合時(shí)間延長，生活質(zhì)量下降。在本研究中，無論采用完壁術(shù)式還是開放術(shù)式，都是在不傷及重要結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上徹底清除病變，而對重要結(jié)構(gòu)的辨別和規(guī)避是模擬器訓(xùn)練的重要意義所在。由于兩種術(shù)式對于一些重要解剖結(jié)構(gòu)的顯示均沒有顯著性差異，加之完壁術(shù)式對手術(shù)技巧要求更多，因此建議初學(xué)者先采用開放術(shù)式進(jìn)行模擬訓(xùn)練，熟悉解剖結(jié)構(gòu)并根據(jù)骨性標(biāo)志找到軟組織，待手術(shù)技巧提高后，再行完壁術(shù)式的訓(xùn)練。

由于模擬手術(shù)與真實(shí)手術(shù)具有較高的吻合性，利用手術(shù)模擬系統(tǒng)進(jìn)行中耳手術(shù)的術(shù)前預(yù)手術(shù)，特別是涉及解剖變異的中耳手術(shù)，能夠幫助術(shù)者提前了解手術(shù)過程中病變相關(guān)的解剖結(jié)構(gòu)及其毗鄰關(guān)系，設(shè)計(jì)相對安全高效的手術(shù)入路，回避手術(shù)徑路中可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)，提高手術(shù)的安全性。但即使是最精確的模擬成像也不能完全取代術(shù)中的真實(shí)情況，一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的術(shù)者，在進(jìn)行重要解剖標(biāo)志的判斷和定位時(shí)，往往還要結(jié)合對解剖結(jié)構(gòu)在空間中位置的熟練掌握、解剖標(biāo)志顏色的變化、操作中電鉆聲音的改變、血供的不同等綜合因素來定位，才能保證手術(shù)的安全。

3.4 小結(jié)

手術(shù)模擬器可以較為真實(shí)地反映中耳手術(shù)中的情況，對于以骨性病變?yōu)橹鞯闹卸中g(shù)，具有非常高的指導(dǎo)價(jià)值；氣化較好的乳突在解剖結(jié)構(gòu)的識(shí)別上相對容易；選擇完壁術(shù)式或開放術(shù)式，在模擬操作中對解剖結(jié)構(gòu)的暴露上差別不大。因此，利用耳科手術(shù)模擬器，可以進(jìn)行中耳疑難手術(shù)病變的預(yù)判以及臨床徑路的設(shè)計(jì)，從而提高手術(shù)的安全性。

1 秦篤烈.DH臨床應(yīng)用最新進(jìn)展:ENT手術(shù)模擬器Voxel-Man TempoSurg.中國醫(yī)療器械信息,2006,12(6):59-61.

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5 謝 文,劉勝林,孔維佳,等.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在微創(chuàng)外科手術(shù)學(xué)的應(yīng)用.中國醫(yī)療設(shè)備，2010,25(7):76-77.

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10 宋 昱，馬芙蓉.完壁式乳突根治鼓室成形術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用.中國微創(chuàng)外科雜志,2015,15(8):755-758.

(修回日期：2016-08-29)

(責(zé)任編輯：王惠群)

Application of Surgery Simulation System in Middle Ear Surgery

KeJia,ZhuLi,LiJinhong,etal.

DepartmentofOtorhinolarygologyHeadandNeckSurgery,PekingUniversityThirdHospital,Beijing100083,China

MaFurong,E-mail:furongma@126.com

Objective To probe into the characteristics and application of the Voxel-Man TempoSurg in middle ear surgical procedures. Methods A total of 40 middle ear surgical procedures from June 2012 to March 2015 were selected, which included 21 cases of cholesteatoma, 6 cases of cholesterol granuloma, 4 cases of congenital external and middle ear malformation, and 9 cases of temporal fractures. The videos of these routine surgical procedures were reserved. Then simulated procedures same as real procedures in the operations were carriec out. The appearances of the important structures, such as the posterior crest of the external auditory canal, the tympanic sulcus, the ossicles, the facial never, the external semicircular canal, the sigmoid sinus, the cerebral plate and the round window niche were recorded in the simulated procedures while comparing with real procedures. Results In terms of types of lesion, there were 27 cases of soft issue structure lesions and 13 cases of bone structure lesions. In otologic surgery simulation system, the displaying rate of lesions in cases with bone structure lesions (100%, 13/13) was significantly higher than that with soft issue structure lesions (7.4%, 2/27). The difference was statistically significant (Fisher’s Exact Test,P=0.000). However, the displaying rate was not statistically significant in other structures (P>0.05). In terms of mastoid pneumatization, there were 16 cases of pneumatic mastoids and 24 cases of non-pneumatic mastoids. The displaying rate of lesions in cases with pneumatic mastoids (68.8%, 11/16) was significantly higher than that with non-pneumatic mastoids (16.7%, 4/24). The difference was statistically significant (Fisher’s Exact Test,P=0.002). In terms of surgical types of mastoidectomy, there were 25 cases with canal-wall-up mastoidectomy and 15 cases with canal-wall-down mastoidectomy. The displaying rate of lesions in cases with canal-wall-up mastoidectomy (48.0%, 12/25) was significantly higher than that with canal-wall-down mastoidectomy (20.0%, 3/15), without significant difference (Fisher’s Exact Test,P=0.101). The displaying rate of other structures was not statistically significant (P>0.05). Conclusion Lesions can be simulated satisfactorily in cases with bone structure lesions and good pneumatic mastoid by using otologic simulator.

Computer simulation; Otologic surgical procedures; Temporal bone

首都衛(wèi)生發(fā)展科研專項(xiàng)(首發(fā)-2016-2-4094)

A

1009-6604(2017)03-0256-04

10.3969/j.issn.1009-6604.2017.03.018

2016-07-21)

**通訊作者，E-mail：furongma@126.com