吳加珺，施翹，邱健健，李銘，陸建平，徐凱，秦春暉，劉松彬

1.復(fù)旦大學(xué)附屬華東醫(yī)院麻醉科，上海200040；2.復(fù)旦大學(xué)附屬華東醫(yī)院放療科，上海200040；3.復(fù)旦大學(xué)附屬華東醫(yī)院放射科，上海200040；4.復(fù)旦大學(xué)附屬華東醫(yī)院手術(shù)室，上海200040；5.上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬岳陽(yáng)中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院麻醉科，上海200437

老年患者由于腰椎退行性病變、椎管狹窄和脊柱畸形等原因[1]，椎管內(nèi)麻醉穿刺的難度增加，如何有效提高穿刺成功率是臨床亟需解決的重要問(wèn)題。報(bào)道[2-3]顯示在超聲和X 線引導(dǎo)下行椎管內(nèi)穿刺有助于提高穿刺成功率。但對(duì)于肥胖和明顯骨質(zhì)增生的患者，超聲圖像清晰度較差，影響穿刺成功率。同時(shí)超聲引導(dǎo)椎管內(nèi)穿刺時(shí)，操作者一手持超聲探頭，另一手進(jìn)行穿刺，這給操作者帶來(lái)不便。因此，目前超聲引導(dǎo)椎管內(nèi)穿刺技術(shù)并未在臨床上得到廣泛應(yīng)用。而X 線引導(dǎo)椎管內(nèi)穿刺時(shí)患者需保持俯臥位，對(duì)于椎管內(nèi)麻醉穿刺側(cè)臥抱膝位的引導(dǎo)作用有限。目前椎管內(nèi)穿刺仍缺乏可靠的可視化引導(dǎo)技術(shù)。

混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過(guò)在虛擬環(huán)境中引入現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景信息，在虛擬世界、現(xiàn)實(shí)世界和用戶(hù)之間建立一個(gè)交互反饋的信息回路，將虛擬圖像投射至患者相應(yīng)的物理解剖位置，從而為解剖建模提供輔助，使原本復(fù)雜的操作簡(jiǎn)單化。目前混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)在經(jīng)導(dǎo)管二尖瓣置換術(shù)、神經(jīng)外科手術(shù)及正頜外科手術(shù)中均已得到成功應(yīng)用[4-6]。課題組前期通過(guò)CT 掃描的醫(yī)學(xué)數(shù)字成像和通信數(shù)據(jù)重建志愿者的腰椎3D 圖像，通過(guò)自主研發(fā)的醫(yī)療混合現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)（專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枺?01910767511.9）完成脊柱全息影像的物理空間還原，較好地實(shí)現(xiàn)了2次擺放體位的一致性和虛實(shí)圖像的匹配準(zhǔn)確性[7]。本研究在前期研究的基礎(chǔ)上，將混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于老年患者的蛛網(wǎng)膜下腔穿刺，驗(yàn)證混合現(xiàn)實(shí)引導(dǎo)腰椎穿刺技術(shù)的可行性和效果。

1 資料與方法

1.1 一般資料 2019年4月—2019年7月，納入復(fù)旦大學(xué)附屬華東醫(yī)院擇期行腰椎蛛網(wǎng)膜下腔麻醉的手術(shù)患者60 例，年齡65～88 歲，平均（74.3±6.6）歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）性別不限；（2）年齡≥65 歲；（3）美國(guó)麻醉醫(yī)師協(xié)會(huì)分級(jí)I～I(xiàn)I 級(jí)；（4）知情同意。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）凝血功能異常；（2）穿刺部位感染；（3）神經(jīng)系統(tǒng)疾病或顱內(nèi)壓升高；（4）慢性腰背痛、腰椎外傷及手術(shù)史；（4）嚴(yán)重低血容量狀態(tài)；（5）無(wú)法配合穿刺。本研究經(jīng)過(guò)醫(yī)院倫理委員會(huì)審批（2017K018-X181），并于中國(guó)臨床試驗(yàn)注冊(cè)中心注冊(cè)（ChiCTRIPR-17010642）。

1.2 方法 根據(jù)隨機(jī)數(shù)字表將患者分為盲穿組（n=30）和混合現(xiàn)實(shí)組（n=30），盲穿組通過(guò)傳統(tǒng)的盲穿法進(jìn)行腰椎穿刺，混合現(xiàn)實(shí)組以混合現(xiàn)實(shí)引導(dǎo)技術(shù)進(jìn)行腰椎穿刺。所有患者的腰椎穿刺操作均由同一名高年資主治醫(yī)師完成。

1.2.1 盲穿組 根據(jù)患者的體表解剖學(xué)標(biāo)志進(jìn)行定位，消毒鋪巾，采用盲穿法經(jīng)正中入路行蛛網(wǎng)膜下腔穿刺。

1.2.2 混合現(xiàn)實(shí)組 體位固定采用自主設(shè)計(jì)并制作的第二代體位固定裝置——坐標(biāo)式體位固定板。固定板為亞克力材質(zhì)，橫軸方向有39 個(gè)直徑為1.5 cm 的圓孔，以數(shù)字1～39 標(biāo)記。長(zhǎng)軸方向的圓孔數(shù)為18 個(gè)，以A～R 標(biāo)記，每個(gè)孔間隔1 cm?；顒?dòng)式固定棒可以根據(jù)受試者體型固定人體的肩胛部、前胸、臀部、下肢和膝關(guān)節(jié)等部位，記錄每個(gè)固定棒的坐標(biāo)。見(jiàn)圖1。

圖1 第二代坐標(biāo)式體位固定板

術(shù)前混合現(xiàn)實(shí)組患者取側(cè)臥抱膝位，側(cè)臥于坐標(biāo)式體位固定板上。通過(guò)活動(dòng)固定棒固定患者肩胛部、胸前區(qū)、腰部、臀部、下肢和膝關(guān)節(jié)等部位，使其體位完全固定，記錄活動(dòng)固定棒的坐標(biāo)?；颊唧w位固定后，將固定于垂直塑料板上的二維碼插入固定卡槽，以便在正式腰穿時(shí)使用混合現(xiàn)實(shí)眼鏡快速識(shí)別二維碼，實(shí)現(xiàn)虛擬腰椎圖像與人體的快速匹配。同時(shí)，在患者背部粘貼2 個(gè)信標(biāo)，以記號(hào)筆描記信標(biāo)在患者后背的放置部位，作為操作者微調(diào)虛擬腰椎圖像空間位置的參考標(biāo)記。

患者術(shù)前1 天行腰椎CT 掃描，掃描層間距為1 mm。本研究與上海瓴舸網(wǎng)絡(luò)科技有限公司合作，采用自主設(shè)計(jì)的Reacool-MMR 系統(tǒng)進(jìn)行虛擬腰椎圖像的重建和導(dǎo)入。將混合現(xiàn)實(shí)組患者的CT 影像數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)拼接、剝制、減面與合成，轉(zhuǎn)化為虛擬腰椎3D 圖像后上傳至混合現(xiàn)實(shí)眼鏡內(nèi)。

蛛網(wǎng)膜下腔穿刺前根據(jù)CT 掃描體位所記錄的固定棒坐標(biāo)重新擺放并固定體位，插入二維碼塑料板。操作者佩戴混合現(xiàn)實(shí)眼鏡（HoloLens，1 代）注視二維碼，通過(guò)眼部跟蹤技術(shù)自動(dòng)掃描二維碼，實(shí)現(xiàn)虛擬腰椎圖像與真實(shí)腰椎的快速匹配。通過(guò)微調(diào)使虛擬信標(biāo)與真實(shí)信標(biāo)完全重合，從而達(dá)到虛擬腰椎圖像與真實(shí)人體腰椎的準(zhǔn)確匹配。匹配完成后消毒鋪巾，在混合現(xiàn)實(shí)眼鏡引導(dǎo)下行蛛網(wǎng)膜下腔穿刺。見(jiàn)圖2。

圖2 混合現(xiàn)實(shí)眼鏡成像在患者背部的投影

1.3 觀察指標(biāo) 記錄2 組患者的穿刺次數(shù)、穿刺調(diào)整次數(shù)、穿刺時(shí)間和總穿刺時(shí)間。穿刺次數(shù)為腰椎穿刺針進(jìn)出皮膚的次數(shù)。穿刺不成功、穿刺針退至皮膚外或重新穿刺時(shí)穿刺次數(shù)記為1 次。穿刺調(diào)整次數(shù)為進(jìn)針后調(diào)整穿刺針?lè)较虻拇螖?shù)。穿刺時(shí)間為進(jìn)針至腦脊液流出的時(shí)間?？偞┐虝r(shí)間為操作者擺放患者體位及消毒鋪巾完成后開(kāi)始計(jì)時(shí)至腦脊液流出的時(shí)間。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS22.0 軟件對(duì)所有計(jì)量資料進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)。正態(tài)分布的計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，組間比較采用獨(dú)立樣本t 檢驗(yàn)；非正態(tài)分布的計(jì)量資料以中位數(shù)（四分位數(shù)）表示，采用Mann-Whitney U 秩和檢驗(yàn)。計(jì)數(shù)資料以例（%）表示，采用卡方檢驗(yàn)。＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 一般資料 混合現(xiàn)實(shí)組與盲穿組的心率差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（=0.010），2 組患者的年齡、性別、身高、體重、體質(zhì)量指數(shù)（body mass index,BMI）、平均動(dòng)脈壓、凝血酶原時(shí)間和活化部分凝血活酶時(shí)間等一般資料差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均＞0.05）。見(jiàn)表1。

表1 2 組一般資料比較

2.2 2 組穿刺次數(shù)和穿刺調(diào)整次數(shù)比較 混合現(xiàn)實(shí)組的穿刺調(diào)整次數(shù)少于盲穿組（=0.031），2 組的穿刺次數(shù)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（＞0.05）。見(jiàn)表2。

表2 2 組穿刺次數(shù)和穿刺調(diào)整次數(shù)比較（次）

2.3 2 組穿刺時(shí)間和總穿刺時(shí)間比較 2 組患者的穿刺時(shí)間和總穿刺時(shí)間差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均＞0.05）。見(jiàn)表3。

表3 2 組穿刺時(shí)間和總穿刺時(shí)間比較（s）

3 討論

椎管內(nèi)阻滯能減少術(shù)中的應(yīng)激反應(yīng)，降低術(shù)后肺部并發(fā)癥、下肢靜脈血栓和肺靜脈血栓的發(fā)生率，有助于減輕術(shù)后疼痛，促進(jìn)患者早期下床活動(dòng)和康復(fù)。傳統(tǒng)的椎管內(nèi)穿刺多采用盲穿技術(shù)，但老年患者的失敗率較高，因此蛛網(wǎng)膜下腔穿刺可視化技術(shù)逐漸受到臨床麻醉醫(yī)師的關(guān)注。

以往的研究多采用超聲與X線引導(dǎo)行蛛網(wǎng)膜下腔穿刺，由于可行性欠佳，未能在臨床上得到廣泛應(yīng)用。混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合了注冊(cè)跟蹤技術(shù)、手勢(shì)識(shí)別技術(shù)、3D 交互技術(shù)、語(yǔ)音和聲音交互技術(shù)與頭戴式顯示設(shè)備等，可實(shí)現(xiàn)數(shù)字虛擬對(duì)象與現(xiàn)實(shí)世界對(duì)象在同一環(huán)境中的共存，進(jìn)行人機(jī)交互，達(dá)到虛擬世界與真實(shí)世界實(shí)時(shí)、深度互動(dòng)的狀態(tài)[8]。近年來(lái)，混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)已逐步在診斷、外科手術(shù)、康復(fù)治療和醫(yī)學(xué)教育等多個(gè)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到應(yīng)用[9-12]。通過(guò)混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的精準(zhǔn)引導(dǎo)，能夠顯著提高穿刺活檢的成功率以及口腔手術(shù)的準(zhǔn)確性[13-14]，因此該技術(shù)在臨床診療工作中有著較高的應(yīng)用價(jià)值。

目前，混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)在蛛網(wǎng)膜下腔穿刺中的應(yīng)用尚未見(jiàn)報(bào)道。本研究采用混合現(xiàn)實(shí)智能全息眼鏡，將虛擬圖像與現(xiàn)實(shí)環(huán)境的光融合在一起，產(chǎn)生全息圖像[15]。操作者通過(guò)混合現(xiàn)實(shí)眼鏡使虛擬圖像與現(xiàn)實(shí)環(huán)境相結(jié)合，使操作更加精準(zhǔn)[16]。此次研究2 組患者的術(shù)前心率差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（=0.010），考慮混合現(xiàn)實(shí)組患者需在背后墊上由亞克力板制成的體位固定板，質(zhì)地硬、舒適度差、應(yīng)激較大，容易引起患者心率加快。穿刺結(jié)果顯示，2 組在穿刺次數(shù)方面差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（=0.120）；但相較于盲穿法，混合現(xiàn)實(shí)引導(dǎo)可以減少穿刺調(diào)整次數(shù)（=0.031），避免了穿刺調(diào)整對(duì)患者的損傷。此外，由于盲穿組需要手動(dòng)定位髂前上棘和腰椎間隙；而混合現(xiàn)實(shí)組通過(guò)視覺(jué)跟蹤技術(shù)進(jìn)行貼合，無(wú)需手動(dòng)定位，因此后者的總穿刺時(shí)間較盲穿組有減少的趨勢(shì)。但2 組在總穿刺時(shí)間和穿刺時(shí)間方面差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，無(wú)論是穿刺時(shí)間還是總穿刺時(shí)間都較短，僅有4 例患者的穿刺時(shí)間超過(guò)200 s，穿刺時(shí)間最長(zhǎng)的1 例患者也僅需287 s，所有患者的蛛網(wǎng)膜下腔穿刺都較順利。提示混合現(xiàn)實(shí)引導(dǎo)蛛網(wǎng)膜下腔穿刺既能減少對(duì)患者的損傷，也并未增加穿刺時(shí)間和總穿刺時(shí)間，具有較好的臨床可行性。值得注意的是，將混合現(xiàn)實(shí)引導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用于蛛網(wǎng)膜下腔的穿刺過(guò)程中，穿刺路徑的選擇取決于虛擬腰椎圖像在患者背部的投影。而虛擬腰椎圖像與真實(shí)腰椎匹配的準(zhǔn)確性不夠可能會(huì)造成穿刺路徑偏差，導(dǎo)致組織損傷。

本研究存在一定的局限性：（1）混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)需要在穿刺前根據(jù)CT 掃描圖像建立虛擬腰椎圖像，術(shù)前采集CT 圖像會(huì)對(duì)患者產(chǎn)生一定的輻射，增加臨床工作負(fù)擔(dān)；（2）作為單中心的探索性研究，根據(jù)SPSS 2019 的Pilot Study Sample Size 原則，樣本量設(shè)定為每組30 例，總體樣本量較小。研究結(jié)果有待于多中心、大樣本研究的進(jìn)一步驗(yàn)證。

綜上所述，本研究為混合現(xiàn)實(shí)引導(dǎo)技術(shù)在蛛網(wǎng)膜下腔穿刺中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，作為新型可視化技術(shù)在麻醉學(xué)領(lǐng)域的初步探索，研究結(jié)果證實(shí)混合現(xiàn)實(shí)引導(dǎo)腰椎蛛網(wǎng)膜下腔穿刺具有一定的臨床可行性。今后可以考慮將該技術(shù)應(yīng)用于腰椎畸形等腰椎穿刺困難的患者，以期獲得更大的臨床應(yīng)用價(jià)值。