混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)輔助股前外側(cè)皮瓣穿支血管定位解剖的臨床應(yīng)用

袁宗毅，明華偉，張興安，韓新生，王華東，李婷，陳方園，譚小堯

南充市中心醫(yī)院口腔頜面外科，四川 南充（637000）

股前外側(cè)皮瓣可制備為股前外側(cè)肌皮瓣、闊筋膜下或闊筋膜上的穿支皮瓣［1-2］，其中闊筋膜上股前外側(cè)穿支皮瓣具有輪廓外形良好、厚度合適、供區(qū)并發(fā)癥更少等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于口腔頜面部組織缺損修復(fù)重建中［3］。在制取該類(lèi)型皮瓣的過(guò)程中準(zhǔn)確尋找到穿支點(diǎn)、保護(hù)穿支血管是手術(shù)成功的關(guān)鍵?；旌犀F(xiàn)實(shí)技術(shù)是繼虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)之后的全新一代數(shù)字全息影像技術(shù)。它將虛擬世界與物理世界結(jié)合在一起［4］。已有學(xué)者將混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用在腹壁下動(dòng)脈穿支皮瓣的制備中，用以定位穿支血管在皮下組織的位置［5］。混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以將術(shù)前重建影像直接投影在術(shù)區(qū)，使術(shù)者在術(shù)前預(yù)知術(shù)區(qū)穿支血管的位置、走行及其與周?chē)M織的關(guān)系，并以此為依據(jù)設(shè)計(jì)切取股前外側(cè)皮瓣。本研究擬通過(guò)利用混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)輔助股前外側(cè)皮瓣制取的特點(diǎn)及其存在的問(wèn)題，探討其臨床應(yīng)用價(jià)值。

1 資料和方法

1.1 一般資料

選取南充市中心醫(yī)院2020年1月至2021年1月口腔頜面部惡性腫瘤切除后需行股前外側(cè)皮瓣皮瓣修復(fù)患者，術(shù)前與患者就混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)在股前外側(cè)皮瓣術(shù)中導(dǎo)航的優(yōu)勢(shì)和不足進(jìn)行溝通，本研究已通過(guò)南充市中心醫(yī)院倫理批準(zhǔn)，并獲得患者知情同意。納入標(biāo)準(zhǔn)：①口腔頜面部惡性腫瘤切除后組織缺損，需行股前外側(cè)皮瓣修復(fù)的患者；②理解并同意使用該技術(shù)且愿意接受該技術(shù)所需相應(yīng)檢查的患者。排除標(biāo)準(zhǔn)：①拒絕術(shù)者使用混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行手術(shù)導(dǎo)航的患者；②拒絕接受該技術(shù)所需相關(guān)檢查患者；③惡性腫瘤局部晚期或遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移無(wú)手術(shù)指征的患者；④高血壓病、糖尿病無(wú)法得到穩(wěn)定控制的患者；⑤股前外側(cè)術(shù)區(qū)既往外傷史或手術(shù)史患者。最終納入病例6例，其中，男性4例，女性2例；頰癌擴(kuò)大切除軟組織缺損患者4例，舌癌擴(kuò)大切除軟組織缺損患者2例，見(jiàn)表1。

表1 6例行股前外側(cè)皮瓣修復(fù)口腔頜面部組織缺損的患者資料Table 1 Clinical data of 6 cases of oral tissue defects reconstructed by anterolateral thigh flap

1.2 數(shù)據(jù)收集及建模

患者術(shù)前在左側(cè)股前外側(cè)術(shù)區(qū)暫時(shí)固定高分子材料校準(zhǔn)點(diǎn)，于校準(zhǔn)點(diǎn)處標(biāo)記校準(zhǔn)點(diǎn)位置，行雙下肢CT血管造影（CTangiography，CTA）檢查，掃描層厚為0.6 mm。檢查完畢后保留校準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)記，去除校準(zhǔn)點(diǎn)，紗布覆蓋保護(hù)校準(zhǔn)點(diǎn)位置標(biāo)記。CTA數(shù)據(jù)以DICOM格式導(dǎo)入三維醫(yī)學(xué)影像工作站進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并對(duì)所得三維模型進(jìn)行平滑、包裹、打磨、鏤空、輪廓線(xiàn)編輯等優(yōu)化，組合模型，完成術(shù)區(qū)三維重建。

1.3 Hololens眼鏡的術(shù)中使用流程

將上述三維重建模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入Microsoft Hololens 2（微軟，美國(guó)）眼鏡中。術(shù)前評(píng)估穿支血管情況，初步確定皮瓣切取范圍。術(shù)中全麻后調(diào)整好患者體位，依照標(biāo)記重新固定校準(zhǔn)點(diǎn)，并進(jìn)行圖像校準(zhǔn)。校準(zhǔn)完畢后圖像重疊于術(shù)區(qū)，術(shù)者佩戴眼鏡，依照Microsoft Hololens 2眼鏡中穿支血管的位置設(shè)計(jì)皮瓣，將穿支點(diǎn)設(shè)計(jì)在皮瓣中央位置。同時(shí)在股前外側(cè)術(shù)區(qū)仍標(biāo)記髂髕線(xiàn)及其中點(diǎn)，為尋找穿支血管提供備用參考。術(shù)中穿支點(diǎn)的實(shí)際位置與混合現(xiàn)實(shí)疊加模型所在穿支點(diǎn)位置差距在1 cm內(nèi)則記錄為重建模型穿支點(diǎn)位置與實(shí)際穿支點(diǎn)位置相符，因?yàn)? cm的誤差并不足以影響皮瓣的臨床設(shè)計(jì)及制?。?］。手術(shù)開(kāi)始取下眼鏡，切開(kāi)皮膚、皮下組織、闊筋膜，翻起皮瓣至重建穿支點(diǎn)周?chē)s1 cm區(qū)域，探查驗(yàn)證穿支點(diǎn)存在。解剖出穿支點(diǎn)后再次佩戴眼鏡，參考混合現(xiàn)實(shí)重建模型中穿支血管與周?chē)∪獾年P(guān)系及其走行自穿支點(diǎn)逆向解剖穿支，完成闊筋膜上股前外側(cè)穿支皮瓣制取。

1.4 評(píng)價(jià)分析

從術(shù)前是否重建出穿支血管、穿支血管實(shí)際走行是否符合重建結(jié)果、穿支點(diǎn)實(shí)際位置與術(shù)前重建結(jié)果偏差是否在1 cm內(nèi)、是否發(fā)生穿支血管損傷分析混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)輔助股前外側(cè)穿支皮瓣穿支血管定位解剖的臨床應(yīng)用價(jià)值，并記錄取瓣所需時(shí)間、術(shù)中所需校準(zhǔn)時(shí)間。

2結(jié)果

2.1 混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用情況

6例患者均在術(shù)前通過(guò)CTA重建出術(shù)區(qū)股前外側(cè)穿支血管并導(dǎo)入Hololens 2眼鏡中，其中有5例為肌皮穿支，1例為肌間溝穿支。術(shù)中逆行解剖穿支血管發(fā)現(xiàn)血管在肌肉、肌間溝的走行與三維重建結(jié)果均相符；翻起闊筋膜后于闊筋膜深面由內(nèi)向外向著參照Hololens 2眼鏡投射重建出的穿支點(diǎn)位置解剖，均在重建穿支點(diǎn)周?chē)? cm內(nèi)解剖出穿支血管；穿支血管均無(wú)意外損傷；6例混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)輔助股前外側(cè)皮瓣制取時(shí)間為（70.50±7.20）min；術(shù)中經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)點(diǎn)校準(zhǔn)后投射在術(shù)區(qū)并標(biāo)記，平均所需校準(zhǔn)時(shí)間為（13.33±5.50）min；術(shù)后皮瓣均存活。見(jiàn)表2。

表2 6例混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)輔助股前外側(cè)皮瓣穿支血管定位手術(shù)情況Table 2 Operation results of 6 cases of the location of perforator vessels in anterolateral thigh flap assisted by the mixed reality technique

2.2 混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)輔助股前外側(cè)皮瓣穿支血管定位典型病例

患者，男性，69歲，因發(fā)現(xiàn)左頰新生物1年余入院。入院后行左頰病變切取活檢術(shù)，病檢結(jié)果回示（左頰-下牙齦）鱗狀細(xì)胞癌。入院診斷：左頰-下頜牙齦鱗狀細(xì)胞癌（T4N0M0）。術(shù)前進(jìn)行雙下肢CTA檢查，確定患者體位后于左側(cè)股前外側(cè)術(shù)區(qū)暫時(shí)固定校準(zhǔn)點(diǎn)，并標(biāo)記校準(zhǔn)點(diǎn)位置，然后推入造影劑，囑患者保持靜止，開(kāi)始掃描，掃描完成后取下校準(zhǔn)點(diǎn)，紗布覆蓋保護(hù)標(biāo)記。以DICOM格式將掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維醫(yī)學(xué)影像工作站（安徽紫薇帝星科技）進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，重建股前外側(cè)術(shù)區(qū)血管及周?chē)M織。所得三維重建數(shù)據(jù)導(dǎo)入Microsoft Hololens 2眼鏡中。完善術(shù)前檢查及術(shù)前準(zhǔn)備后行全麻下左頰-下頜牙齦鱗癌擴(kuò)大切除術(shù)+左下頜骨節(jié)段性切除術(shù)+左側(cè)頸淋巴清掃術(shù)+左股前外側(cè)皮瓣修復(fù)術(shù)+血管吻合術(shù)。全麻后擺好體位，依照標(biāo)記將校準(zhǔn)點(diǎn)重新固定。股前外側(cè)皮瓣切取手術(shù)開(kāi)始前術(shù)者佩戴眼鏡進(jìn)行一次校準(zhǔn)，確定穿支血管位置，并標(biāo)記于體表，以此為中心設(shè)計(jì)皮瓣。取下眼鏡，根據(jù)上述標(biāo)記穿支點(diǎn)位置，尋找穿支血管，穿支點(diǎn)實(shí)際位置距重建出的穿支點(diǎn)位置不足1 cm。穿支點(diǎn)位置明確后再次佩戴眼鏡，沿股直肌與股外側(cè)肌肌間溝內(nèi)參考混合現(xiàn)實(shí)影像尋找到旋股外動(dòng)脈降支，最終解剖出完整的穿支血管，并保留闊筋膜。得到闊筋膜上股前外側(cè)穿支皮瓣，穿支點(diǎn)位于皮瓣中央，穿支血管無(wú)損傷。術(shù)后皮瓣未出現(xiàn)血管危象，傷口一期愈合?；颊咝g(shù)后4個(gè)月復(fù)查，皮瓣存活良好，未見(jiàn)復(fù)發(fā)或轉(zhuǎn)移。見(jiàn)圖1。

Figure 1 Typical case of oral and maxillofacial tissue defect reconstructed with anterolateral femoral flap assisted by mixed reality technique圖1 混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)輔助股前外側(cè)皮瓣制取修復(fù)口腔頜面組織缺損的典型病例

3討論

股前外側(cè)皮瓣的血運(yùn)來(lái)源于旋股外動(dòng)脈降支及其伴行靜脈的穿支血管，穿支血管組（動(dòng)脈和伴行靜脈）直徑僅為0.3～2 mm［7］。一側(cè)股前外側(cè)區(qū)通常存在3個(gè)左右的穿支［8］。制取股前外側(cè)皮瓣成功的關(guān)鍵是穿支血管的定位及解剖。最經(jīng)典的定位方法為參考髂髕線(xiàn)中點(diǎn)尋找穿支點(diǎn)［9］，該方法應(yīng)用多年，具有一定參考價(jià)值，至今仍被廣泛應(yīng)用。隨著影像學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，應(yīng)用高頻彩色多普勒超聲和雙下肢CTA可實(shí)現(xiàn)個(gè)體化穿支定位，為手術(shù)提供更精確的參考，但其為二維圖像，且成像范圍有限，無(wú)法立體呈現(xiàn)出術(shù)區(qū)的解剖結(jié)構(gòu)［10-11］。CTA通過(guò)斷層掃描血管成像的方式將術(shù)區(qū)穿支血管及其周?chē)M織解剖結(jié)構(gòu)關(guān)系客觀(guān)真實(shí)地呈現(xiàn)出來(lái)，但需術(shù)者在斷層平面影像和術(shù)區(qū)之間反復(fù)交換視線(xiàn)，無(wú)法直觀(guān)地將影像學(xué)資料與術(shù)區(qū)結(jié)合起來(lái)。本研究中6例股前外側(cè)皮瓣術(shù)前應(yīng)用混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)將股前外側(cè)術(shù)區(qū)穿支血管及周?chē)M織結(jié)構(gòu)的CTA掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建，得到穿支點(diǎn)位置及血管走行，并將重建結(jié)果導(dǎo)入Hololens 2眼鏡，使CTA影像學(xué)資料經(jīng)重建后直觀(guān)地重疊投射在術(shù)區(qū)，方便術(shù)者實(shí)時(shí)結(jié)合術(shù)前CTA影像學(xué)資料實(shí)施手術(shù)。

混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)將虛擬影像與術(shù)區(qū)重疊的關(guān)鍵在于術(shù)區(qū)的校準(zhǔn)點(diǎn)，Micosoft Hololens 2眼鏡通過(guò)追蹤系統(tǒng)追蹤術(shù)者視覺(jué)，確定合成的影像在系統(tǒng)坐標(biāo)系中的位置，并且通過(guò)光學(xué)合路器將虛擬手術(shù)影像疊加在術(shù)者的視野中。在理想的狀態(tài)下，虛擬模型與術(shù)區(qū)可以做到完全融合，達(dá)到真正的手術(shù)導(dǎo)航效果［12-13］。但在實(shí)際應(yīng)用中，校準(zhǔn)點(diǎn)的匹配并不是完全準(zhǔn)確的，甚至?xí)捎谛?zhǔn)點(diǎn)的存在帶入誤差。一項(xiàng)對(duì)于混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)定位小腿外側(cè)穿支血管的研究結(jié)果顯示，經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)后，混合現(xiàn)實(shí)重建穿支血管的位置與實(shí)際穿支血管位置存在1.35～3.18 mm誤差［14］。本研究中由于股前外側(cè)區(qū)可供校準(zhǔn)區(qū)域的軟組織豐富，活動(dòng)度及可讓性更大，隨著體位的變動(dòng)，校準(zhǔn)點(diǎn)之間的相對(duì)位置產(chǎn)生變化更大，術(shù)中探查重建出的穿支點(diǎn)位置在實(shí)際穿支點(diǎn)位置結(jié)果僅能控制誤差在0.5～1 cm內(nèi)。盡管如此，由于股前外側(cè)皮瓣修復(fù)口腔頜面部組織缺損時(shí)，切取皮瓣范圍通常大于2 cm×2 cm，因此目前基于校準(zhǔn)點(diǎn)配準(zhǔn)的混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)仍具備實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。此外，選取如髕骨、髂前上棘等表面軟組織相對(duì)穩(wěn)定的位置作為校準(zhǔn)點(diǎn)，增加校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)量，增加校準(zhǔn)點(diǎn)之間的相對(duì)距離可以減小上述誤差。

另外，對(duì)于軟組織手術(shù)而言，混合現(xiàn)實(shí)術(shù)前重建模型為固態(tài)模型，不能隨著術(shù)區(qū)的組織位移進(jìn)行同步調(diào)整，因此實(shí)現(xiàn)混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)導(dǎo)航非剛性術(shù)區(qū)（如腹部組織器官）手術(shù)存在一定困難［15］。本研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)股前外側(cè)術(shù)區(qū)切開(kāi)后，術(shù)區(qū)產(chǎn)生形變，固態(tài)的重建模型已不能反映術(shù)區(qū)情況，校準(zhǔn)點(diǎn)失去作用，無(wú)法完全依照虛擬模型導(dǎo)航出的路徑進(jìn)行穿支血管的進(jìn)一步解剖，因此僅將重建模型作為手術(shù)參考用以辨別股外側(cè)肌內(nèi)穿支血管走行。Marcus等［16］的研究結(jié)果顯示，混合現(xiàn)實(shí)模型疊加在術(shù)區(qū)對(duì)術(shù)野有遮擋作用，會(huì)影響手術(shù)操作及降低手術(shù)安全性。本研究中，將重建模型透明度調(diào)低后，混合現(xiàn)實(shí)重建出的股前外側(cè)模型對(duì)于術(shù)區(qū)仍具有一定的遮擋作用，影響解剖穿支血管這類(lèi)精細(xì)操作。因此6例股前外側(cè)皮瓣在定位到穿支點(diǎn)位置并解剖到實(shí)際穿支點(diǎn)后，手術(shù)操作不再完全依賴(lài)虛擬模型，而是改為參考其顯示的穿支血管走行方向，對(duì)穿支血管進(jìn)行進(jìn)一步解剖，這對(duì)于在肌肉內(nèi)走行復(fù)雜的肌皮穿支解剖具有較大幫助。當(dāng)逆行解剖肌肉內(nèi)的穿支血管遇到穿支血管分叉時(shí)，重建模型能夠幫助術(shù)者判斷穿支血管分叉是來(lái)源于皮瓣血管蒂還是分支進(jìn)入肌肉的血管，因此，本研究中所有病例均順利解剖出完整血管蒂，未損傷穿支血管，且術(shù)后皮瓣均順利存活。與傳統(tǒng)方法不同的是，混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)在手術(shù)開(kāi)始前需要先進(jìn)行校準(zhǔn)使模型重疊于術(shù)區(qū)進(jìn)行穿支點(diǎn)標(biāo)記，且此步驟需在手術(shù)室內(nèi)，患者全身麻醉下，體位固定后進(jìn)行，本研究中，6例病例平均所需校準(zhǔn)時(shí)間為（13.33±5.50）min，且該時(shí)間段無(wú)法與麻醉及其他手術(shù)準(zhǔn)備時(shí)間重合，增加了患者整體麻醉時(shí)間。盡管如此，由于該技術(shù)簡(jiǎn)化了探查穿支點(diǎn)以及解剖肌皮穿支血管這兩項(xiàng)操作，股前外側(cè)皮瓣制取用時(shí)較筆者之前研究中以髂髕線(xiàn)為參考的傳統(tǒng)方法制取股前外側(cè)皮瓣用時(shí)少［10］。

綜上，混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于輔助股前外側(cè)皮瓣穿支血管定位解可以作為一種術(shù)中導(dǎo)航穿支血管定位的新方法。然而其仍存在不足之處，如其校準(zhǔn)的精確度有待提高，目前已有學(xué)者開(kāi)始進(jìn)行基于無(wú)校準(zhǔn)點(diǎn)的校準(zhǔn)算法研究；目前混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)重建出的模型均為靜態(tài)模型，隨著手術(shù)的進(jìn)行，當(dāng)術(shù)區(qū)軟組織發(fā)生形變時(shí)，混合現(xiàn)實(shí)重建模型不再與術(shù)區(qū)重合，無(wú)法為手術(shù)導(dǎo)航提供動(dòng)態(tài)信息；此外，混合現(xiàn)實(shí)重疊于術(shù)區(qū)的虛擬模型對(duì)手術(shù)視野造成了一定遮擋，筆者認(rèn)為應(yīng)用混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)將虛擬模型疊加在術(shù)區(qū)確定穿支點(diǎn)位置后，將模型移至術(shù)區(qū)旁作為解剖穿支血管的參考的模式更具臨床應(yīng)用價(jià)值。