劉旺敏，張墨

腎細(xì)胞癌是常見的泌尿系統(tǒng)惡性腫瘤，約占成人惡性腫瘤的2%［1］。近年我國的腎細(xì)胞癌發(fā)病率和病死率分別以每年7%和2%的速度增長［2-3］?，F(xiàn)階段，保留腎單位手術(shù)（nephron sparing surgery，NSS）是早期腎癌（T1期）的首選治療方式，其療效與根治性腎切除術(shù)（radial nephrectomy，RN）相當(dāng)［4］。隨著微創(chuàng)技術(shù)的發(fā)展與機(jī)器人手術(shù)的日趨成熟，腹腔鏡腎部分切除術(shù)（laparoscopic partial nephrectomy，LPN）和機(jī)器人輔助腹腔鏡腎部分切除術(shù)（robotassisted partial nephrectomy，RAPN）在臨床中的應(yīng)用越來越普遍。然而，對(duì)于位置特殊的完全內(nèi)生型腫瘤及腎門部腫瘤，因其定位困難、周圍毗鄰解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，出血、尿瘺和腎功能不全等圍手術(shù)期并發(fā)癥發(fā)生率仍較高［5］。如何實(shí)現(xiàn)腫瘤的精準(zhǔn)切除，同時(shí)最大限度保護(hù)腎功能是泌尿外科醫(yī)生面臨的嚴(yán)峻考驗(yàn)。近年來，混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)（mixed reality，MR）作為一種新興的數(shù)字全息影像技術(shù)，已逐步應(yīng)用于泌尿外科各種疾病的診療過程中，提高了手術(shù)的準(zhǔn)確性和安全性［6-8］。本文現(xiàn)就MR在機(jī)器人輔助腹腔鏡腎部分切除術(shù)中的應(yīng)用綜述如下。

1 MR及其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用中的概況

MR 是繼虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)之后出現(xiàn)的全新一代數(shù)字化全息影像技術(shù)［7］。其通過計(jì)算機(jī)和可視化技術(shù)模擬生成虛擬三維影像，然后將虛擬影像疊加在現(xiàn)實(shí)物體上，并使用輔助顯示裝置，可以達(dá)到逼真的疊加效果［6］。MR 技術(shù)在真實(shí)世界和虛擬世界之間建立一個(gè)交互式反饋循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)了用戶與真實(shí)場(chǎng)景、虛擬場(chǎng)景之間的沉浸式交互［9］。現(xiàn)階段，MR 已成為醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。術(shù)前將患者的CT、MRI、SPECT/CT 或PET-MRI 等影像資料和數(shù)據(jù)輸入MR 系統(tǒng)內(nèi)，外科醫(yī)生即可在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中模擬手術(shù)操作，制定切實(shí)可行、安全有效、合理優(yōu)化的手術(shù)方案。此外，手術(shù)過程中術(shù)者可根據(jù)MR 系統(tǒng)提示的個(gè)體化影像實(shí)施術(shù)中導(dǎo)航引領(lǐng)的精確操作，降低手術(shù)并發(fā)癥等相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)事件的發(fā)生率［10］。近年來，MR 在泌尿外科、創(chuàng)傷骨科以及神經(jīng)外科的應(yīng)用日益增多，在醫(yī)學(xué)教育、手術(shù)模擬、術(shù)前規(guī)劃及術(shù)中導(dǎo)航等諸多方面展現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)和較大的潛力［7，10-11］。在腎部分切除的微創(chuàng)手術(shù)領(lǐng)域，國內(nèi)外已有學(xué)者利用MR技術(shù)取得了諸多進(jìn)展，見表1［7-8，12-16］。

2 MR在RAPN中的應(yīng)用

2.1 術(shù)前醫(yī)患交流 醫(yī)患之間醫(yī)療信息的不對(duì)稱是影響術(shù)前溝通的主要原因之一。通過佩戴MR設(shè)備，患者可清晰觀看三維腎臟模型，有助于外科醫(yī)生向患者介紹病情及進(jìn)一步的治療方案，提高患者及親屬對(duì)手術(shù)過程、手術(shù)必要性及術(shù)中風(fēng)險(xiǎn)的理解程度。Bernhard等［17］研究表明，將3D腎臟模型應(yīng)用于腎部分切除患者的術(shù)前談話，可以有效促進(jìn)患者對(duì)腎臟病變特征及手術(shù)的理解。

2.2 手術(shù)規(guī)劃 目前常規(guī)的影像學(xué)檢查（如CT、MRI等）提供的大多為二維圖像，外科醫(yī)生須在大腦中轉(zhuǎn)換成三維結(jié)構(gòu)，這很大程度上依賴于外科醫(yī)生的空間想象能力、對(duì)解剖結(jié)構(gòu)和變異的認(rèn)識(shí)程度，對(duì)任何有價(jià)值信息的忽略均可能導(dǎo)致錯(cuò)誤發(fā)生［18］。而基于患者術(shù)前CT重建生成的全息3D模型可清晰顯示腎臟和腫瘤的三維結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)影像資料到臨床應(yīng)用的無縫銜接。模型可提供著色、拆分、透明化、旋轉(zhuǎn)、縮放和測(cè)量分析等功能，其中腎腫瘤、正常腎實(shí)質(zhì)、動(dòng)脈、靜脈和集合系統(tǒng)用不同的顏色渲染［7］，幫助外科醫(yī)生掌握腎臟腫瘤及其與周圍組織的關(guān)系（圖1）。此外，還可以找出供應(yīng)腫瘤的分支動(dòng)脈，識(shí)別變異動(dòng)脈，為選擇性腎動(dòng)脈分支阻斷提供有效信息［19］。MR 模型亦有助于醫(yī)生掌握內(nèi)生型腫瘤在腎表面的投影以及腎腫瘤的形狀和深度，便于腫瘤的定位和手術(shù)切除［20］。Wellens等［21］研究表明，三維腎臟模型顯示腎腫瘤、動(dòng)脈、靜脈和集合系統(tǒng)的能力顯著優(yōu)于傳統(tǒng)影像，在幫助外科醫(yī)師術(shù)前決策方面起到積極作用。Yoshida等［6］利用MR為腎腫瘤患者進(jìn)行三維重建，并在此基礎(chǔ)上制定詳細(xì)的手術(shù)方案。因此，MR有利于醫(yī)生術(shù)前選擇合理的手術(shù)入路，制定血管阻斷、腫瘤切除及縫合等方案，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)個(gè)性化治療。

Fig.1 The application of MR in displaying tumor and adjacent structures圖1 應(yīng)用MR技術(shù)顯示腫瘤及毗鄰組織

2.3 術(shù)中導(dǎo)航 將MR 模型導(dǎo)入機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)，構(gòu)建MR 模型融合平臺(tái)，可通過MR 圖像旋轉(zhuǎn)、縮放等功能，隨時(shí)調(diào)整重建影像的方位和大小，與實(shí)際手術(shù)影像進(jìn)行匹配，達(dá)到術(shù)中實(shí)時(shí)導(dǎo)航（圖2）［22］。在進(jìn)行一些重要的外科操作前，利用模型檢查和核對(duì)，可以減輕外科醫(yī)生的壓力并提高手術(shù)的安全性和準(zhǔn)確性［23］。根據(jù)血管模型，外科醫(yī)生可以精準(zhǔn)定位腎臟血管系統(tǒng)及腫瘤的供應(yīng)血管，從而快速準(zhǔn)確地鉗夾目標(biāo)動(dòng)脈，甚至實(shí)現(xiàn)高選擇性動(dòng)脈阻斷［15，24］。在腎部分切除術(shù)中，使用超聲識(shí)別腫瘤位置是一種常見的方法，可以為手術(shù)區(qū)域提供大致的范圍，但超聲學(xué)習(xí)曲線較長，由于術(shù)中超聲探頭方向、角度不斷變化，醫(yī)生難以較準(zhǔn)確地了解腫瘤在腎臟表面的投影邊界；而且超聲圖像是二維信息，術(shù)中依據(jù)超聲圖像實(shí)現(xiàn)腫瘤精準(zhǔn)切除仍有一定困難［25］。而MR系統(tǒng)通過透明度的調(diào)整，無須借助超聲即可“透視”深部的病變，利用測(cè)量分析功能，根據(jù)腎臟、腫瘤的尺寸和腎臟解剖標(biāo)志，快速準(zhǔn)確地定位腫瘤位置，掌握腫瘤與血管、集合系統(tǒng)等周圍重要結(jié)構(gòu)的距離和解剖關(guān)系，有利于更精準(zhǔn)、完整地切除腫瘤，并減少周圍組織的損傷。趙子臣等［16］驗(yàn)證了術(shù)中MR融合影像與肉眼實(shí)際影像以及超聲影像的一致性。對(duì)于復(fù)雜性腫瘤，由于毗鄰主干血管及集合系統(tǒng)，傳統(tǒng)手術(shù)方式易造成周圍器官損傷，術(shù)后易出現(xiàn)出血、尿瘺等并發(fā)癥［26］。三維模型引導(dǎo)的RAPN可以有效減少并發(fā)癥的發(fā)生，并提高手術(shù)的成功率［22，27］。此外，根據(jù)MR模型術(shù)中實(shí)時(shí)導(dǎo)航，有助于醫(yī)生理解腫瘤與集合系統(tǒng)、腎門部血管的關(guān)系，輔以機(jī)器人輔助器械的精準(zhǔn)度和靈活性，術(shù)者可精細(xì)游離腎門部組織，在保證腫瘤精準(zhǔn)切除的同時(shí)防止損傷集合系統(tǒng)和周圍血管［28］。

Tab.1 The literature summary of the application of MR in RAPN and LPN surgery表1 MR技術(shù)在RAPN和LPN手術(shù)中的應(yīng)用文獻(xiàn)匯總

Fig.2 The overlap between intraoperative image and holographic image in robot-assisted partial nephrectomy圖2 機(jī)器人輔助腹腔鏡腎部分切除術(shù)中術(shù)野圖像與全息影像進(jìn)行融合

2.4 縮短手術(shù)時(shí)間和保護(hù)腎功能 腎動(dòng)脈阻斷時(shí)間與患者術(shù)后腎功能恢復(fù)密切相關(guān)。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，MR 輔助下的腎部分切除術(shù)熱缺血時(shí)間更短，術(shù)中失血量更少，并且術(shù)后疼痛可以得到緩解［7，29］。楊陽等［12］研究指出，將MR 應(yīng)用于復(fù)雜性腎腫瘤患者的治療，有利于制定手術(shù)方案，并縮短手術(shù)時(shí)間和熱缺血時(shí)間。在血管阻斷方面，三維影像下引導(dǎo)的高選擇性夾閉腎動(dòng)脈分支，可避免大部分正常腎組織的熱缺血損傷，其早期腎功能恢復(fù)更好［27，30］。此外，Kobayashi等［31］發(fā)現(xiàn)，三維模型手術(shù)導(dǎo)航有助于保留更多的腎實(shí)質(zhì)，腎臟實(shí)質(zhì)體積保存率更高。MR可以幫助外科醫(yī)生掌握患者臟器內(nèi)部的信息，引導(dǎo)手術(shù)準(zhǔn)確切除，避免盲目擴(kuò)大切除，在縮短熱缺血時(shí)間的同時(shí)保留更多的腎單位，改善患者的腎功能。

2.5 手術(shù)模擬培訓(xùn) MR技術(shù)可以為醫(yī)師提供一個(gè)逼真的三維可視化交互式平臺(tái)，便于住院醫(yī)師學(xué)習(xí)腎臟復(fù)雜的解剖結(jié)構(gòu)，使用MR手術(shù)模擬器，住院醫(yī)師無需走進(jìn)手術(shù)室便有機(jī)會(huì)體驗(yàn)復(fù)雜的手術(shù)，降低了外科醫(yī)師想象腫瘤復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)的困難程度，并顯著縮短了學(xué)習(xí)曲線［32］。另外，MR 模擬器可提高學(xué)習(xí)者在執(zhí)行操作時(shí)的信心［33］。腎部分切除手術(shù)難度大、風(fēng)險(xiǎn)高，給年輕醫(yī)師培訓(xùn)帶來了較大的困難，而MR 突破了傳統(tǒng)教學(xué)的局限，可實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)理論與臨床實(shí)際病例、手術(shù)操作的有機(jī)結(jié)合［34］。Condino等［35］探索了MR用于手術(shù)模擬的效果，通過MR術(shù)前模擬訓(xùn)練系統(tǒng)可提高外科醫(yī)生手術(shù)的準(zhǔn)確性。通過反復(fù)互動(dòng)和操作，醫(yī)師可以在不對(duì)患者造成傷害的情況下，以一種更加自然和真實(shí)的方式，提高手術(shù)技能和對(duì)手術(shù)的熟悉程度。

3 MR的前景展望與面臨挑戰(zhàn)

近年來，隨著MR 與云平臺(tái)等數(shù)字化技術(shù)的飛速發(fā)展與完善，臨床診療模式已發(fā)生改變。尤其在5G 網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，MR 與云技術(shù)的有機(jī)結(jié)合為醫(yī)療遠(yuǎn)程協(xié)作提供了新的平臺(tái)，使得醫(yī)學(xué)信息突破時(shí)空限制，不同地域的醫(yī)學(xué)專家可同時(shí)對(duì)同一患者的診治進(jìn)行交流、互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程術(shù)前規(guī)劃和術(shù)中指導(dǎo)［36］。朱捷等［37］利用MR構(gòu)建的機(jī)器人手術(shù)融合平臺(tái)用于遠(yuǎn)程指導(dǎo)腹膜后腫瘤的切除，手術(shù)順利完成，未中轉(zhuǎn)開放手術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了全球范圍內(nèi)首例MR 技術(shù)遠(yuǎn)程協(xié)作的機(jī)器人微創(chuàng)手術(shù)。但臨床醫(yī)生也應(yīng)該看到MR的臨床推廣仍面臨著諸多問題和挑戰(zhàn)：（1）MR 模型需直接疊加在腎臟上，而腎臟會(huì)因肌松藥物、呼吸運(yùn)動(dòng)、患者體位以及術(shù)中器械的相互作用發(fā)生移位。（2）MR 難以精確重建腫瘤周圍累及的軟組織，為實(shí)現(xiàn)腫瘤陰性切緣，有經(jīng)驗(yàn)的手術(shù)醫(yī)師依然是手術(shù)成功的關(guān)鍵。（3）不同研究中心MR技術(shù)設(shè)備的異質(zhì)性問題尚有待規(guī)范。（4）3D重建用到的一些掃描序列、掃描數(shù)據(jù)的質(zhì)量直接影響模型重建的效果。（5）MR技術(shù)研發(fā)投入高，難以在臨床廣泛普及。（6）現(xiàn)階段MR 技術(shù)在腎部分切除術(shù)中的應(yīng)用研究大多數(shù)為回顧性分析，且樣本量較小，尚缺乏高等級(jí)的臨床證據(jù)。因此，其具體作用仍有待于大規(guī)模、多中心的前瞻性隨機(jī)對(duì)照研究以進(jìn)一步證明。

4 小結(jié)

綜上所述，MR應(yīng)用于機(jī)器人輔助腹腔鏡腎部分切除術(shù)，能夠清晰顯示腎臟、腫瘤、腎內(nèi)外血管和集合系統(tǒng)的三維結(jié)構(gòu)及空間關(guān)系，在促進(jìn)術(shù)前醫(yī)患交流、規(guī)劃手術(shù)方案、快速定位腫瘤、選擇性阻斷目標(biāo)動(dòng)脈、精準(zhǔn)切除腫瘤、保護(hù)腎功能、縮短手術(shù)時(shí)間和減少手術(shù)并發(fā)癥等方面具有重要臨床價(jià)值和較大潛力。MR與導(dǎo)航技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)的整合能夠使優(yōu)勢(shì)最大化，MR技術(shù)將推動(dòng)泌尿外科領(lǐng)域尤其腎臟部分切除手術(shù)向更微創(chuàng)、更精準(zhǔn)的方向發(fā)展。