機(jī)器人三維靶向定位系統(tǒng)在CT引導(dǎo)下肺穿刺活檢術(shù)中的應(yīng)用

陳曉霞,劉 昊,趙國(guó)全,王 倜,侯文文,王貴生，王楚涵

CT引導(dǎo)下經(jīng)皮肺穿刺活檢術(shù)于1976年由Haaga和 Alfidi[1]首先報(bào)道，現(xiàn)已成為肺部病變定性診斷和鑒別診斷的主要方法和重要手段之一[2]。目前，國(guó)內(nèi)多數(shù)醫(yī)院采用傳統(tǒng)橫斷面圖像下利用體表柵格定位器技術(shù)進(jìn)行CT引導(dǎo)下肺穿刺活檢術(shù)，具有諸多不足之處，如路徑選擇單一、穿刺針無(wú)角度指示等，需行多次驗(yàn)證掃描致輻射劑量增加、小病灶或復(fù)雜部位病灶穿刺易失敗等。雖然已有多種導(dǎo)引CT引導(dǎo)下穿刺的新方法，如實(shí)時(shí)CT透視、激光定位、電磁導(dǎo)航等[3-6]，但均有局限性，并未廣泛應(yīng)用于臨床。MAXIOTM機(jī)器人三維靶向定位系統(tǒng)(下文簡(jiǎn)稱“MAXIOTM系統(tǒng)”)是一個(gè)經(jīng)皮穿刺微創(chuàng)介入手術(shù)的立體定向治療計(jì)劃及進(jìn)針協(xié)助系統(tǒng)，可在重建的3D圖像模型和多平面視圖(冠狀位、矢狀位、軸位)上可視化顯示一個(gè)或者多個(gè)探針的計(jì)劃路徑和定位，其搭載的立體定位機(jī)械臂能夠協(xié)助醫(yī)師將一個(gè)或者多個(gè)手術(shù)工具精準(zhǔn)地穿刺到靶點(diǎn)部位。本研究旨在探討MAXIOTM系統(tǒng)在CT引導(dǎo)下肺穿刺活檢術(shù)中的應(yīng)用。

1 對(duì)象與方法

1.1 對(duì)象 選取2017年8-9月我科行CT引導(dǎo)下肺穿刺活檢術(shù)病例40例，男18例，女22例；年齡39～67歲，平均(55.7±8.2)歲；病灶大小(0.9 cm×1.1 cm×1.3 cm)～(6.5 cm×6.1 cm×5.5 cm)。隨機(jī)分為試驗(yàn)組與對(duì)照組，各20例。試驗(yàn)組采用MAXIOTM系統(tǒng)輔助行CT引導(dǎo)下肺穿刺活檢術(shù)，對(duì)照組采用傳統(tǒng)體表格柵定位器行CT引導(dǎo)下肺穿刺活檢術(shù)。所有病例術(shù)前均經(jīng)影像學(xué)檢查證實(shí)，均有增強(qiáng)檢查資料，術(shù)前血常規(guī)、出凝血時(shí)間、凝血酶原時(shí)間均在正常范圍內(nèi)，無(wú)CT引導(dǎo)下肺穿刺活檢術(shù)禁忌證存在。研究通過(guò)醫(yī)院倫理委員會(huì)審查，患者均簽署知情同意書。

1.2 方法

1.2.1 主要設(shè)備及器材 GE Discovery CT 750HD 掃描儀(GE Healthcare)，穿刺活檢同軸引導(dǎo)活檢針(美國(guó)ARGIO Co-Axial Introducer Needle 17G)，一次性使用活檢針(美國(guó)ARGON Full Core Biopsy Instrument 18G)，柵格定位器。

1.2.2 MAXIOTM系統(tǒng) MAXIOTM系統(tǒng)由印度Perfint Heathcare公司研制，是一個(gè)經(jīng)皮穿刺微創(chuàng)介入手術(shù)的立體定向治療計(jì)劃及進(jìn)針協(xié)助系統(tǒng)，系統(tǒng)組成包括一個(gè)立體定向穿刺引導(dǎo)設(shè)備及一個(gè)圖像處理及治療計(jì)劃工作站(圖1)。

1.2.3 MAXIOTM系統(tǒng)輔助CT引導(dǎo)下肺穿刺活檢術(shù)操作過(guò)程

1.2.3.1 穿刺前準(zhǔn)備 將MAXIOTM系統(tǒng)固定于地面連接結(jié)構(gòu)，通過(guò)系統(tǒng)配備InstaRegTM對(duì)接板將MAXIOTM系統(tǒng)與CT檢查床對(duì)接。根據(jù)患者病灶部位，選取恰當(dāng)體位，將患者固定于專用真空固定床，并訓(xùn)練患者摒氣。CT掃描完成后，將原始圖像傳輸至MAXIOTM系統(tǒng)工作站，在2D多平面視圖和3D圖像上，選取最佳穿刺層面，進(jìn)行進(jìn)針軌跡設(shè)計(jì)。確定皮膚穿刺點(diǎn)和病灶到達(dá)靶點(diǎn)，可同時(shí)在三維平面上設(shè)計(jì)調(diào)整進(jìn)針路徑，確保進(jìn)針路徑最優(yōu)化(圖2)；確定穿刺路徑后，系統(tǒng)將生成VR圖像，模擬活檢針進(jìn)針后效果，顯示更加直觀(圖3)。之后將同軸引導(dǎo)活檢針實(shí)際長(zhǎng)度輸入系統(tǒng)，完成設(shè)計(jì)后確定穿刺方案，按照屏幕顯示的穿刺靶層數(shù)字，將掃描床移動(dòng)至該數(shù)字位置。

圖1 MAXIOTM系統(tǒng)組成

圖2 MAXIOTM系統(tǒng)立體定向穿刺三維平面

圖3 MAXIOTM系統(tǒng)立體定向穿刺VR圖像及模擬效果

1.2.3.2 穿刺過(guò)程 驗(yàn)證患者位置及呼吸幅度水平后，按下Position鍵，定位機(jī)械臂將自動(dòng)到達(dá)設(shè)定位置，放下激光指示，十字激光束投照點(diǎn)即為穿刺進(jìn)針點(diǎn)。常規(guī)消毒皮膚及機(jī)械臂夾針器，鋪巾，將一次性使用無(wú)菌導(dǎo)針器與夾針器牢固對(duì)接。2%利多卡因麻醉行局部浸潤(rùn)麻醉(勿穿破胸膜)，麻醉滿意后，將同軸引導(dǎo)活檢針?lè)胖糜趯?dǎo)針器內(nèi)，快速推送活檢針直至針柄緊貼導(dǎo)針器。為驗(yàn)證同軸引導(dǎo)活檢針是否位于病灶靶點(diǎn)，此時(shí)松開夾針裝置，進(jìn)行驗(yàn)證掃描。確認(rèn)同軸引導(dǎo)活檢針位置后，使用切割活檢針進(jìn)行取材，取材前選擇好合適的擊發(fā)長(zhǎng)度(1.3～3.3 cm)，此時(shí)囑患者屏氣，保持針鞘固定，拔出針芯約0.5 cm，在針芯和針鞘末端間隙注入少量液體水封以阻止氣體進(jìn)出，操作者一手拔出針芯時(shí)，另一手指迅速封堵針鞘，拿好活檢槍后，迅速插入針鞘內(nèi)，進(jìn)行取材，拔出活檢針時(shí)，手指迅速封堵針鞘，并迅速替換入針芯，選取不同方向取材2～3次，使用少量水封及封堵針鞘目的是降低氣胸的發(fā)生率[7]。取材完畢后，進(jìn)行胸部掃描，觀察有無(wú)肺部出血、氣胸等并發(fā)癥的發(fā)生。

1.2.4 傳統(tǒng)格柵定位器CT引導(dǎo)下穿刺活檢操作過(guò)程 根據(jù)術(shù)前影像資料選擇合適體位，于體表相應(yīng)位置放置柵格定位器，進(jìn)行CT掃描。掃描后對(duì)圖像進(jìn)行二維及三維圖像重建分析，規(guī)避肋骨、肩胛骨、大血管、葉間胸膜、肺大泡區(qū)域及病灶壞死區(qū)[8]，盡量以病灶與胸壁的最短距離為穿刺點(diǎn)，測(cè)定病灶靶點(diǎn)距皮膚的距離及進(jìn)針角度，確定最佳穿刺點(diǎn)及路徑。根據(jù)確定層面標(biāo)示數(shù)值將掃描床移動(dòng)至相應(yīng)位置，結(jié)合格柵定位器與掃描儀定位線在體表穿刺點(diǎn)做標(biāo)記。常規(guī)消毒鋪巾，2%利多卡因麻醉行局部浸潤(rùn)麻醉(勿穿破胸膜)，麻醉滿意后，按照預(yù)先設(shè)定的進(jìn)針角度及長(zhǎng)度進(jìn)行穿刺，當(dāng)活檢針進(jìn)針至胸壁后，囑患者屏住呼吸，快速進(jìn)針至預(yù)定深度，再讓患者緩慢均勻呼吸。再次對(duì)此部位進(jìn)行掃描，以確定穿刺針是否到達(dá)病灶靶點(diǎn)，如果穿刺位置準(zhǔn)確，即可進(jìn)行取材，如果位置偏差，調(diào)整穿刺針后，重復(fù)掃描，直至穿刺針尖到達(dá)病灶靶點(diǎn)。使用切割活檢針進(jìn)行取材，取材前選擇合適的擊發(fā)長(zhǎng)度(1.3～3.3 cm)，取材過(guò)程中使用少量水封及封堵針鞘，選取不同方向取材2～3次。取材完畢后，進(jìn)行胸部掃描，觀察有無(wú)肺部出血、氣胸等并發(fā)癥的發(fā)生。

1.2.5 數(shù)據(jù)收集 記錄如下數(shù)據(jù)：(1)穿刺操作時(shí)間，患者自上CT床開始至最后一次CT掃描結(jié)束；(2)一次性穿刺成功率；(3)掃描次數(shù)；(4)并發(fā)癥發(fā)生情況； (5)活檢病理診斷陽(yáng)性情況。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件SPSS 20.0對(duì)資料進(jìn)行分析。使用成組t檢驗(yàn)比較試驗(yàn)組與對(duì)照組平均操作時(shí)間、掃描次數(shù)間的差異；使用χ2檢驗(yàn)比較試驗(yàn)組與對(duì)照組一次性穿刺成功率、并發(fā)癥發(fā)生率、活檢病理診斷陽(yáng)性率間的差異。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 病理診斷 試驗(yàn)組均獲取足夠組織并明確了病理診斷，陽(yáng)性率100%；對(duì)照組19例獲取足夠組織并明確了病理診斷，陽(yáng)性率95%，1例活檢樣本取材不夠，進(jìn)行了第2次穿刺。兩組活檢病理診斷陽(yáng)性率比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2=2.05，P>0.05)

2.2 并發(fā)癥情況 試驗(yàn)組2例(10%)發(fā)生少量氣胸，均經(jīng)平臥吸氧后自行緩解；對(duì)照組7例(35%)發(fā)生少量氣胸，經(jīng)平臥吸氧后自行緩解，1例(5%)肺內(nèi)穿刺部位發(fā)生少量肺出血，經(jīng)引導(dǎo)活檢針局部注射凝血酶后治愈。兩組并發(fā)癥發(fā)生率比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2=4.68，P<0.05)

2.3 其他指標(biāo) 試驗(yàn)組肺穿刺平均操作時(shí)間(24.0±3.9)min，對(duì)照組為(27.3±4.1)min，兩組比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-1.91,P>0.05)；一次性穿刺成功率試驗(yàn)組75%(15/20)，對(duì)照組25%(5/20)，兩組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2=8.10，P<0.05)；試驗(yàn)組平均掃描次數(shù)(4.1±0.5)次，對(duì)照組為(6.0±1.3)次，兩組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-4.65,P<0.05)。

3 討 論

CT引導(dǎo)下經(jīng)皮穿刺活檢是肺部多種疾病診斷的金標(biāo)準(zhǔn)模式[9]，且具有較低的并發(fā)癥發(fā)生率，已被公認(rèn)為診斷肺部疾病的安全手段[10]。目前國(guó)內(nèi)多數(shù)醫(yī)院采用傳統(tǒng)橫斷面手動(dòng)穿刺方式，利用柵格定位器和CT激光定位線在患者體表的投影標(biāo)記進(jìn)針點(diǎn)，無(wú)導(dǎo)引設(shè)備，進(jìn)行徒手操作，使用的穿刺針無(wú)角度指示，只能依靠術(shù)者經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)調(diào)整進(jìn)針角度，存在一定的盲目性，有時(shí)需要多次調(diào)整穿刺方向，多次穿破胸膜，不斷通過(guò)重復(fù)掃描驗(yàn)證穿刺針位置，穿刺風(fēng)險(xiǎn)大大增加[11]。

在本研究中，與試驗(yàn)組相比，對(duì)照組一次性穿刺成功率較低，并發(fā)癥發(fā)生率較高，患者輻射損傷增加。且既往研究表明，病灶位置越深、病灶體積越小穿刺成功率及活檢病例診斷陽(yáng)性率越低[12]。CT透視導(dǎo)引技術(shù)可在穿刺過(guò)程中持續(xù)透視、實(shí)時(shí)三維導(dǎo)引，使穿刺更為準(zhǔn)確，但其輻射劑量明顯高于常規(guī)CT，對(duì)患者和操作者均增加輻射傷害。C形臂CT引導(dǎo)下穿刺活檢利用了錐形束CT的靈活性，但其輻射暴露劑量與CT透視方式相當(dāng)，臨近應(yīng)用亦受限[13，14]。

MAXIOTM機(jī)器人三維靶向定位系統(tǒng)利用DICOM傳輸?shù)腃T圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建，可以完成病灶勾畫，血管及危險(xiǎn)區(qū)域標(biāo)注，還可以同時(shí)在三維平面上設(shè)計(jì)調(diào)整進(jìn)針路徑，確保進(jìn)針路徑最優(yōu)化；確定穿刺路徑后，系統(tǒng)將生成VR圖像，模擬活檢針進(jìn)針后效果，顯示更加直觀，實(shí)現(xiàn)CT引導(dǎo)下穿刺術(shù)的真正三維靶向定位。MAXIOTM系統(tǒng)配備的機(jī)械臂可自動(dòng)移動(dòng)至計(jì)劃設(shè)定的位置，持針器伸展，操作者只需通過(guò)持針器直接推送穿刺針，即完成穿刺操作，降低了操作者人為因素對(duì)于肺穿刺活檢術(shù)的影響。

本研究中，試驗(yàn)組MAXIOTM系統(tǒng)在穿刺路徑設(shè)計(jì)確認(rèn)后，包含進(jìn)針角度數(shù)值的指令傳送至MAXIOTM系統(tǒng)搭載的立體定位機(jī)械臂，該機(jī)械臂具有5個(gè)自由度(3個(gè)線性軸和2個(gè)角度軸)，能夠根據(jù)設(shè)計(jì)指令，在任意復(fù)雜和復(fù)合角度下完成定位，操作者只需按照持針器指示直接完成穿刺，無(wú)需自行調(diào)整進(jìn)針角度及測(cè)量長(zhǎng)度，一次性穿刺成功率較對(duì)照組明顯提高?；颊呱蠏呙璐埠螅琈AXIOTM系統(tǒng)需將CT掃描數(shù)據(jù)上傳、重建后進(jìn)行穿刺路徑規(guī)劃設(shè)計(jì)，并需輸入其他所需參數(shù)，此過(guò)程用時(shí)在穿刺所需時(shí)間中所占比例較大，試驗(yàn)組與對(duì)照組在平均操作時(shí)間上無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。掃描次數(shù)方面，理論上MAXIOTM系統(tǒng)輔助CT引導(dǎo)下肺穿刺活檢術(shù)所需最低掃描次數(shù)為2次，即：初次掃描以進(jìn)行穿刺路徑規(guī)劃設(shè)計(jì)，第二次掃描觀察有無(wú)并發(fā)癥發(fā)生，在本研究中，為確保穿刺無(wú)誤，在取材時(shí)還需進(jìn)行1次掃描，驗(yàn)證穿刺針位置；對(duì)于傳統(tǒng)穿刺方式，一般至少需要進(jìn)行4次掃描才能完成。本研究試驗(yàn)組實(shí)際掃描次數(shù)顯著低于對(duì)照組實(shí)際掃描次數(shù)，因掃描次數(shù)減少，試驗(yàn)組患者所受輻射劑量較對(duì)照組患者所受輻射劑量低，減少了對(duì)患者的輻射傷害。

MAXIOTM系統(tǒng)輔助CT引導(dǎo)下肺穿刺活檢術(shù)的操作體會(huì)：(1)穿刺全程需保證患者身體無(wú)移動(dòng)，使用配備的真空抽吸床墊將患者固定，效果較為理想；(2)系統(tǒng)需要輸入的引導(dǎo)活檢針實(shí)際長(zhǎng)度，并非是產(chǎn)品使用說(shuō)明上的所示長(zhǎng)度，而是引導(dǎo)活檢針的實(shí)際測(cè)量長(zhǎng)度：如美國(guó)ARGIO Co-Axial Introducer Needle(17G)產(chǎn)品標(biāo)簽所示長(zhǎng)度為11.8 cm，但實(shí)際測(cè)量針尖至針尾長(zhǎng)度為12.1 cm；(3)機(jī)械臂到達(dá)相應(yīng)位置后，由激光十字光束投射到患者體表指示穿刺點(diǎn)，但受患者的呼吸影響，穿刺點(diǎn)會(huì)有輕度移位，若使用MAXIOTM系統(tǒng)配備的交互式呼吸監(jiān)控系統(tǒng)，獲取患者呼吸相關(guān)數(shù)據(jù)，可使激光光束實(shí)時(shí)投射在患者計(jì)劃穿刺位置，不受呼吸影響，使穿刺位置更加精確；(4)導(dǎo)針器的孔道與實(shí)際穿刺針的直徑并不完全匹配，經(jīng)常出現(xiàn)過(guò)松(穿刺針通過(guò)后仍可晃動(dòng))或過(guò)緊(穿刺針無(wú)法通過(guò))的現(xiàn)象，可以另取一個(gè)導(dǎo)針器，將這兩個(gè)導(dǎo)針器各取一半進(jìn)行拼接使用，一般情況下均能與穿刺針較好匹配。

綜上所述，MAXIOTM機(jī)器人三維靶向定位系統(tǒng)在CT 引導(dǎo)下肺穿刺活檢術(shù)前較為精確的規(guī)劃了穿刺路徑，立體定位機(jī)械臂實(shí)時(shí)立體引導(dǎo)操作，一次性穿刺成功率提高，掃描次數(shù)減少，輻射劑量降低，并發(fā)癥發(fā)生率低，活檢病理診斷陽(yáng)性率較高，MAXIOTM機(jī)器人三維靶向定位系統(tǒng)輔助CT引導(dǎo)下肺穿刺活檢術(shù)安全、有效，具有較高的臨床應(yīng)用價(jià)值。