今日解析加州大学洛杉矶分校大卫?格芬医学院公布的研究成果，供MedRobot读者学习。
肾肿瘤是泌尿系统常见的肿瘤之一，对于一些早期肾肿瘤或者对侧肾功能差的患者，可以进行肾肿瘤部分切除术，以保留肾脏功能并尽可能减少手术风险。肾肿瘤部分切除术是指通过切除肾脏部分组织来治疗肾肿瘤，保留健康的肾脏组织，以最大限度维持肾脏功能。
虽然监测和消融等治疗策略越来越受到临床关注和认可，但外科干预，特别是机器人辅助肾部分切除术（RAPN），是保留肾脏治疗肾癌的既定标准。成功实施这种手术在很大程度上取决于外科医生对患者解剖结构的了解，包括肾脏、肿块、血管和肾收集系统的结构。
机器人辅助肾部分切除术（RAPN）通常包括计算机断层扫描（CT）和磁共振成像（MRI）扫描。已有学者对三维（3D）数字成像对RAPN手术规划的影响进行了研究，尽管之前的工作验证了三维成像提供的额外信息会影响手术规划，但使用患者特异的三维虚拟现实（VR）模型进行手术规划是否也会影响关键的手术结果仍不清楚。
2019年9月4日，加州大学洛杉矶分校大卫?格芬医学院的Shirk教授及其团队在JAMA Network Open上发表了一篇名为“EffeCT of 3-Dimensional Virtual Reality Models for Surgical Planning of Robotic-Assisted Partial Nephrectomy on Surgical Outcomes: A Randomized Clinical Trial”的文章。该团队进行了一项单盲随机临床试验，评估了使用三维虚拟现实模型规划机器人辅助肾部分切除术对手术效果的影响。
一、试验设计
6家大型教学医院的11名外科医生中的1名外科医生对92位接受机器人辅助肾部分切除术的患者进行了前瞻性登记和随机分组。单侧肾脏、同侧肿瘤超过 1 个、计划进行双侧手术、缺乏术前成像或无法做出知情同意的患者不在研究范围内。CT或核磁共振成像切片厚度不作为排除对象。入组和数据收集时间为2017年10月至2018年12月，数据分析时间为2018年12月至2019年3月。该研究获得了西部机构审查委员会（Western Institutional Review Board）的批准。
患者被分配到对照组或干预组，对照组仅接受计算机断层扫描和/或磁共振成像的常规术前计划，干预组则辅以三维VR模型。该模型可通过外科医生的智能手机以常规三维格式观看，也可通过VR头显设备以VR格式观看。试验的主要结果是手术时间，次要结果包括血管夹闭时间、估计失血量（EBL）和住院时间。
二、试验结果
试验结果表明，使用三维VR模型进行手术规划的患者可缩短手术时间、预计失血量、血管夹闭时间和住院时间。92名患者（58名男性[63%]；平均[SD]年龄60.9[11.6]岁）被纳入分析，其中48名随机分配到对照组，44名随机分配到干预组。除对照组平均[SD]年龄较高（64.6[9.7]岁 vs 57.6[12.3]岁）外，两组的基线特征完全匹配。
对照组和干预组的手术时间（172.6[48.5]分钟 vs 173.3[49.6]分钟；P=0.70）、血管夹闭时间（18.0[7.9]分钟 vs 17.6[7.8]分钟；P=0.76）、预计失血量（EBL）（124.5[90.5]ml vs 145.7[140.4]mL；P=0.71）和住院时间超过2天的患者数（4/44 [9%] vs 7/48[15%]；P=0.41），均无显著差异。以上数值均为未调整的平均值，方框代表标准差SD。
（对照组和干预组之间的术后结果比较，a代表p＜0.05，b代表p＜0.01）
在随后的多层次模型中，对照组患者住院时间超过2天（OR，2.86；95%CI，1.59-5.14）和EBL超过200mL（OR，1.98；95%CI，1.04-3.78）的可能性明显高于接受三维VR辅助手术规划的患者。
研究人员还对手术时间（OR，1.00；95%CI，0.37-2.70）和血管夹闭时间（OR，1.60；95%CI，0.79-3.23）进行了检查，但在该模型中各组间无统计学差异。一些次要协变量对结果也有显著影响，包括外科医生经验（血管夹闭时间的OR为5.22；95%CI为1.86-14.6）和手术实施位置（EBL的OR为3.53；95%CI为2.05-6.10）。
（对照组和干预组术后结果的影响因素比较，a代表p＜0.05，b代表p＜0.01）
估算的优势比ORs（estimated Odds Ratio）显示，三维VR辅助病例的手术时间（估算OR，2.47）、EBL（估算OR，4.56）、血管夹闭时间（估算OR，11.22）和住院时间（估算OR，5.43）均有所改善，如果使用标准的CT或MRI手术规划，病例复杂性与更多不良后果出现的概率也存在关联。
三、讨论
过去十年，癌症治疗在外科和内科领域都有很大发展。从外科手术的角度来看，微创方法越来越受欢迎，腹腔镜技术也取得新突破，且随着机器人辅助系统的出现，腹腔镜技术的发展速度随之加快，使许多手术无需切口即可进行，还为外科医生提供了更好的手术视野和稳定的操作流程。
机器人辅助肾部分切除术（PAPN）是一项复杂的手术，需要外科医生通过查看病人的CT或MRI扫描结果，了解病人解剖结构而做出手术决定。这些决定可能包括使用经腹膜还是腹膜后入路、选择需要夹闭的血管、确定需要结扎的血管，以及肿瘤切除边缘和深度。在这种情况下，涉及三维VR模型的手术规划，可帮助外科医生更好地了解患者的解剖结构，从而提供更佳的手术方法。
对于接受RAPN手术的患者，手术成功与患者的预后成正相关。无论是RAPN还是其他类型的手术，手术时间越长、EBL水平越高的患者，在30天围术期内的并发症发生率也越高。
研究人员还发现，随着病例复杂程度的增加，结果改善的幅度也在增加。先前研究表明，复杂病例更容易出现短期和长期的不良后果，如中央型肿瘤，复杂的血管解剖可能增加此类疾病治疗的难度。三维VR模型通过清楚地显示这些结构之间的关系，包括大小、距离等解剖参数，可以帮助医生做出合适的术前决策，并最大限度地减少因复杂病例的解剖参数不确定而导致的手术风险。
据了解，该研究中使用的三维VR模型增强了三维可视化，而三维可视化依赖于线性透视、遮挡、阴影、纹理等线索以及对熟悉结构的识别。研究结果表明，在干预病例中，三维VR模型减少了外科医生需要处理的信息量，并排除了与手术不太相关的结构。此外，三维VR模型增强了外科医生对患者解剖结构的理解，有助于改善治疗效果。
为了更好地确定观察者误差的来源，在放射科医师阅读图像的过程中，对与医学影像感知和解读相关的心理生理因素进行了广泛研究，其中许多因素，包括放射科医师在审查过程中视觉吸收的无关信息量，可能会影响外科医生解读图像时的认知。这些横截面图像以灰度可视化的方式呈现，包含大量需要解读的细节。
虽然在CT和MRI扫描过程中，体素强度的细微差别有助于放射学的初步诊断，但如果能更深入地了解结构的边界和形状、它们之间的连接点及位置关系，有助于更好地制定手术计划。
四、研究局限性
该团队的的研究也有若干局限性。首先，使用肾肿瘤评分系统作为病例复杂性的替代指标，虽然肾肿瘤评分系统已被用于对病例的复杂性进行可靠分层，但该评分并未反映影响病例时间和复杂性的其他因素，包括体重指数、腹部或腹膜后手术以及是否存在粘性脂肪。
其次，参与本研究的11 位外科医生，他们的机器人操作经验和手术室协助水平各不相同，该研究在分析中通过控制外科医生的经验水平以及手术室中是否有住院医师或研究员来控制该变量，多层次模型的使用也有助于解决外科医生内部变量的影响。
再者，该团队在分析中进行了多重比较，这增加了得出显著结果的可能性，但是因为选择了与模型假设效益相关的终点，而且终点数量相对较少，限制了出现偶然性结果的几率。最后，该试验有7名患者死亡，这可能会影响总体结果。
五、总结与展望
这项大型随机临床试验表明，三维VR模型规划手术计划有助于缩短手术时间、估计失血量、血管夹闭时间和住院时间。该团队的研究结果可能会在多个方面影响接受RAPN 治疗的患者的预后，并有可能改变术前规划方式。
患者、医生和医院都可能从这项技术中获益，但获益的方式各不相同。对病人来说，有助于改善治疗效果。对医生来说，三维VR模型解决了当前手术规划过程中的主要局限性，从而增强了外科医生提供精准手术的能力。医院将受益于手术时间的缩短和病人住院时间的缩短，提高病床使用率。
为了推进RAPN技术的临床应用，未来的工作重点应放在工作流程和集成方案上，以确保外科医生能快速获取三维VR模型用于手术规划。此外，机器人辅助技术不仅可用于肾脏手术，也能改善其他疾病的手术治疗效果。
