何瀟一，葉衛(wèi)華

解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學(xué)中心 心臟大血管外科，北京 100853

法洛四聯(lián)癥是常見(jiàn)的復(fù)雜先天性心臟病之一，長(zhǎng)期以來(lái)法洛四聯(lián)癥的診斷和術(shù)前評(píng)估主要依靠心臟超聲，由于心臟超聲提供的信息有限，術(shù)者在術(shù)中往往需要花費(fèi)較多時(shí)間對(duì)心內(nèi)結(jié)構(gòu)進(jìn)行探查，使手術(shù)時(shí)間、體外循環(huán)時(shí)間、主動(dòng)脈阻斷時(shí)間延長(zhǎng)。隨著成像技術(shù)的進(jìn)步，涌現(xiàn)出許多提高診斷準(zhǔn)確性和質(zhì)量的新方法，如3D 超聲心動(dòng)圖、CT 三維重建和MRI 三維重建[1-3]。其中研究較多的是CT 三維重建，目前已有多項(xiàng)研究將CT 和3D 打印技術(shù)結(jié)合應(yīng)用于臨床幫助診斷和治療[4-5]。但3D 打印制作時(shí)間長(zhǎng)、制作標(biāo)準(zhǔn)參差不齊、費(fèi)用昂貴，限制其廣泛應(yīng)用[6-7]?；旌犀F(xiàn)實(shí)技術(shù)是繼虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)之后出現(xiàn)的全新數(shù)字全息影像技術(shù)，在用戶、現(xiàn)實(shí)世界和虛擬世界之間搭起一個(gè)交互反饋的信息回路。用戶戴上混合現(xiàn)實(shí)成像眼鏡后即可獲得實(shí)時(shí)的全息影像內(nèi)容，使人沉浸在現(xiàn)實(shí)和虛擬的混合場(chǎng)景中?；旌犀F(xiàn)實(shí)技術(shù)目前已廣泛應(yīng)用于生活中，在醫(yī)療領(lǐng)域早期多將這項(xiàng)技術(shù)用于教學(xué)，后來(lái)逐漸運(yùn)用于臨床[8]。目前在骨科、普通外科、神經(jīng)外科等學(xué)科的臨床應(yīng)用較為常見(jiàn)[9-13]。相比之下，在心臟外科的應(yīng)用起步晚，數(shù)量少，且并沒(méi)有檢索到將混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于法洛四聯(lián)癥術(shù)前評(píng)估的相關(guān)報(bào)道[14-17]。我們的研究將探索混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)在法洛四聯(lián)癥術(shù)前評(píng)估中的應(yīng)用價(jià)值，提供臨床應(yīng)用證據(jù)。

資料與方法

1 資料 納入2018 年8 月- 2019 年8 月在解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學(xué)中心心臟大血管外科就診，通過(guò)經(jīng)胸心臟超聲(Philips iE33，WA，USA)檢查診斷為法洛四聯(lián)癥的連續(xù)病例。術(shù)前進(jìn)行心臟CT 血管造影(CTA，GE Revolution CT，WI，USA)檢查，CTA 掃描范圍從鎖骨下緣至心臟膈面橫膈膜水平。對(duì)于不能配合檢查的低齡兒童，心臟超聲檢查前口服水合氯醛(50～100 mg/kg)鎮(zhèn)靜，CTA檢查前靜脈泵入右美托咪定鎮(zhèn)靜。

2 術(shù)前混合現(xiàn)實(shí)3D 模型制作 將獲得的原始CT 圖像DICOM 格式文件，使用醫(yī)學(xué)成像工作站(Visual3d Medical Technology，Beijing，China)重建并設(shè)計(jì)3D 心臟模型。使用Hololens(Microsoft，Redmond，USA)混合現(xiàn)實(shí)眼鏡和平板電腦探索3D 心臟模型結(jié)構(gòu)，可視化獲取室間隔缺損的位置、形狀和大小數(shù)據(jù)。由于不同檢測(cè)技術(shù)存在成像維度不同，無(wú)法將測(cè)量的室間隔缺損各項(xiàng)數(shù)值進(jìn)行全面對(duì)稱性比較，因此將心臟超聲二維圖像的平面直徑和估算面積與混合現(xiàn)實(shí)圖像中立體圖像的最長(zhǎng)直徑和估算面積進(jìn)行比較，評(píng)價(jià)兩種方法在術(shù)前評(píng)估法洛四聯(lián)癥中室間隔缺損大小、形狀和位置方面的表現(xiàn)。

3 術(shù)中探查及手術(shù)方式 正中開(kāi)胸后建立體外循環(huán)，使用HTK 液(CUSTODIOL，Bensheim，Germany)進(jìn)行心肌保護(hù)，針對(duì)不同室間隔缺損類型分別選用經(jīng)三尖瓣修補(bǔ)、三尖瓣+右心室切口修補(bǔ)或單純右心室切口修補(bǔ)。對(duì)室間隔缺損位置、形態(tài)和大小進(jìn)行探查，測(cè)量室間隔缺損大小，包括室缺的最長(zhǎng)徑線長(zhǎng)度和垂直于它的短徑線長(zhǎng)度。修補(bǔ)材料全部采用滌綸補(bǔ)片，根據(jù)室間隔缺損的形態(tài)和大小對(duì)補(bǔ)片進(jìn)行修剪。使用2/0 強(qiáng)生帶墊片雙頭針縫線，采用間斷縫合法，修補(bǔ)過(guò)程中注意保護(hù)傳導(dǎo)束及主動(dòng)脈瓣。

4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS22.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析。計(jì)量數(shù)據(jù)以±s表示，兩組組間比較采用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，三組間比較采用重復(fù)測(cè)量方差分析，兩兩比較采用Bonferroni 檢驗(yàn)。P＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié)果

1 患者一般情況 納入連續(xù)患者32 例，年齡0.5～40(8.5±12.9)歲。32 例全部進(jìn)行法洛四聯(lián)癥根治術(shù)，其中單純法洛四聯(lián)癥根治術(shù)4 例，法洛四聯(lián)癥根治術(shù)+動(dòng)脈導(dǎo)管結(jié)扎術(shù)8 例，法洛四聯(lián)癥根治術(shù)+房間隔缺損修補(bǔ)術(shù)16 例，法洛四聯(lián)癥根治術(shù)+動(dòng)脈導(dǎo)管結(jié)扎術(shù)+房間隔缺損修補(bǔ)術(shù)4 例。手術(shù)入路方面，30 例采用經(jīng)三尖瓣修補(bǔ)，2 例采用經(jīng)三尖瓣同時(shí)切開(kāi)右心室術(shù)式修補(bǔ)。30 例保留了肺動(dòng)脈瓣，2 例因肺動(dòng)脈瓣嚴(yán)重鈣化、狹窄，同期行肺動(dòng)脈瓣置換術(shù)，無(wú)死亡病例。32 例法洛四聯(lián)癥患者室間隔缺損均不規(guī)則，20 例位于膜周部(圖1，圖2)，10 例位于室上嵴上方，2 例形狀呈不規(guī)則長(zhǎng)條形，自膜周部至主動(dòng)脈瓣下(圖3，圖4)。

圖1 混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)展示的膜周部室間隔缺損心臟3D 模型Fig.1 3D model of perimembranous VSD by mixed reality technology

圖2 混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)展示的隱藏右心室部分的膜周部室間隔缺損心臟3D 模型Fig.2 3D model of perimembranous VSD after removal of the myocardium and right ventricle by mixed reality technology

圖3 混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)展示的自膜周部至肺動(dòng)脈干下的室間隔缺損心臟3D 模型Fig.3 3D model of VSD from perimembranous to below pulmonary valve by mixed reality technology

圖4 混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)展示隱藏右心室部分的自膜周部至肺動(dòng)脈干下室間隔缺損心臟3D 模型Fig.4 3D model of VSD from perimembranous to below pulmonary valve after removal of the myocardium and right ventricle by mixed reality technology

2 經(jīng)胸心臟超聲與混合現(xiàn)實(shí)3D 模型測(cè)量參數(shù)比較 心臟超聲測(cè)量室間隔缺損的長(zhǎng)徑為(13.44±3.25) mm，估算面積為(150±72) mm2；混合現(xiàn)實(shí)3D 模型測(cè)量室間隔缺損的長(zhǎng)徑和短徑分別為(17.19±2.29) mm 和(14.69±2.02) mm，估算面積為(203±54) mm2；術(shù)中實(shí)際室間隔缺損的長(zhǎng)徑和短徑分別為(18.75±3.82) mm 和(14.31±3.11) mm，估算面積為(217±80) mm2。三組室間隔缺損長(zhǎng)徑組間比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.001)，混合現(xiàn)實(shí)3D 模型所示短徑 (P=0.788)和估算面積(P=0.691)與實(shí)際室間隔缺損的差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。心臟超聲測(cè)量右心室流出道狹窄處內(nèi)徑為(10.67±3.70) mm，大于混合現(xiàn)實(shí)3D 模型測(cè)量的右心室流出道狹窄處內(nèi)徑(10.52±3.66)mm，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.806)。重建設(shè)計(jì)單個(gè)3D 模型并能夠用混合現(xiàn)實(shí)設(shè)備展示的平均用時(shí)為38.6 min。測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 三種測(cè)量方法的室間隔缺損參數(shù)比較Tab.1 Comparison of parameters of VSD between three measuring methods

討論

法洛四聯(lián)癥的四個(gè)主要病理畸形表現(xiàn)為右心室流出道狹窄、室間隔缺損、主動(dòng)脈騎跨、右心室肥厚，其中右心室流出道狹窄和室間隔缺損對(duì)于疾病發(fā)生、發(fā)展及診療最為重要，因此更側(cè)重于室間隔缺損和右心室流出道狹窄的比較和描述。外科醫(yī)生對(duì)心臟結(jié)構(gòu)和畸形的判斷依賴于心臟超聲結(jié)果和自身經(jīng)驗(yàn)，心臟超聲無(wú)法顯示室間隔缺損的立體結(jié)構(gòu)，結(jié)果報(bào)道的直徑通常小于術(shù)中所觀察測(cè)量到的直徑。

在右心室流出道狹窄處內(nèi)徑的比較中，混合現(xiàn)實(shí)測(cè)量的內(nèi)徑更小，可能與混合現(xiàn)實(shí)呈現(xiàn)的是立體圖像有關(guān)，這使觀察者能夠找到狹窄處的垂直切面從而獲得最短徑線。雖然混合現(xiàn)實(shí)測(cè)量的狹窄處內(nèi)徑小于心臟超聲結(jié)果，但兩者差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。在右心室流出道狹窄處結(jié)構(gòu)及位置描述上，心臟超聲可以進(jìn)行準(zhǔn)確診斷，不僅可以顯示是否合并瓣膜狹窄，還能判斷是否合并肺動(dòng)脈瓣二葉畸形等瓣膜異常，并且可以準(zhǔn)確診斷瓣下狹窄的具體位置以及是否合并瓣上狹窄。由于目前三維重建及混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)無(wú)法較好地重建瓣膜組織，因此對(duì)于右心室流出道狹窄的展示較為困難。但對(duì)于肺動(dòng)脈瓣上的狹窄，混合現(xiàn)實(shí)不僅可以顯示狹窄的位置和直徑，還可以立體直觀地顯示狹窄的肺動(dòng)脈干與主動(dòng)脈之間的關(guān)系，對(duì)手術(shù)方案的制定具有重要提示作用。

隨著技術(shù)進(jìn)步，許多能夠展示器官3D 結(jié)構(gòu)的技術(shù)已在臨床中應(yīng)用。3D 超聲可以顯示心臟的3D 模型圖像，但其在對(duì)心血管結(jié)構(gòu)的精確展示上還有一定差距。磁共振3D 成像技術(shù)既可呈現(xiàn)心臟3D 圖像，還能繪制心血管的血流動(dòng)力學(xué)圖像[18]。但由于磁共振檢查時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，兒童難以長(zhǎng)時(shí)間配合，掃描層次過(guò)厚，圖像呈現(xiàn)粗糙，并且制作復(fù)雜，費(fèi)用昂貴，因此無(wú)法作為復(fù)雜先天性心臟病檢查的首選。CTA 在臨床中應(yīng)用廣泛，得益于CT 檢查設(shè)備、3D 模型制作和設(shè)計(jì)軟件的進(jìn)步，使三維心臟模型成像技術(shù)得到質(zhì)的飛躍，能夠較為精確地展示心血管結(jié)構(gòu)。

混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)和3D 打印的應(yīng)用均建立在3D 模型重建的基礎(chǔ)上，但兩者也存在許多差異?；旌犀F(xiàn)實(shí)技術(shù)具有以下優(yōu)勢(shì)：1)允許用戶對(duì)重建設(shè)計(jì)好的3D 模型進(jìn)行深度感知和可視化操作，允許用戶隨意調(diào)整視角，對(duì)心臟進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、放大、縮小，以及對(duì)心臟各個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分割、透明、隱藏。如隱藏心房或心室，去探查內(nèi)部結(jié)構(gòu)，隱藏肺靜脈或肺動(dòng)脈，觀察大血管之間的關(guān)系。這些在3D 打印中難以實(shí)現(xiàn)。2)3D 打印模型的質(zhì)量受到3D 打印機(jī)質(zhì)量和成本的影響[19]。不同質(zhì)量的打印機(jī)創(chuàng)作出的模型可能差異巨大，甚至影響醫(yī)生對(duì)心臟結(jié)構(gòu)的判斷?；旌犀F(xiàn)實(shí)可以將重建好的3D 模型直接進(jìn)行展示，減少了中間的影響因素，更好地還原了心臟模型的真實(shí)性。3)相比3D 打印，混合現(xiàn)實(shí)的成本更低廉，制作時(shí)間更短，產(chǎn)品儲(chǔ)存、攜帶和傳輸更方便，更適用于以診斷為目的應(yīng)用。

目前能夠成熟地將混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用在心臟特別是先天性心臟病的研究相對(duì)較少。Brun 等[20]通過(guò)對(duì)1 例右心室雙出口患者的分析驗(yàn)證混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)用于復(fù)雜先心病診斷的可行性。Ong 等[21]使用混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)分析2 例先天性心臟病病例，從采集CT 數(shù)據(jù)到制作虛擬現(xiàn)實(shí)圖像，觀察患者圍術(shù)期整體情況，對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在復(fù)雜先天性心臟病中的應(yīng)用價(jià)值進(jìn)行描述。Liu 等[15]將混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)用于結(jié)構(gòu)性心臟病介入治療。他們的研究均是對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)或混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)用于先天性心臟病診斷的描述性評(píng)價(jià)。我們的研究以解決手術(shù)中實(shí)際問(wèn)題為目的，增加了法洛四聯(lián)癥中室間隔缺損大小、右心室流出道狹窄處內(nèi)徑的計(jì)量數(shù)據(jù)比較，增加了數(shù)據(jù)支持和客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)。同時(shí)也側(cè)重對(duì)法洛四聯(lián)癥中室間隔缺損的位置、右心室面室間隔缺損的立體結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述，以達(dá)到減少術(shù)中探查時(shí)間、體外循環(huán)時(shí)間和主動(dòng)脈阻斷時(shí)間的目的。將術(shù)中實(shí)際看到的室間隔缺損的位置、形狀和大小與混合現(xiàn)實(shí)3D 心臟模型中的室間隔缺損進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果提示混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)在估測(cè)室間隔缺損形狀、大小方面較心臟超聲更為可靠。利用混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)確定室間隔的位置和形狀需要借助幾個(gè)因素來(lái)判斷，分別是三尖瓣隔瓣，主動(dòng)脈瓣無(wú)冠竇和右冠竇，距離肺動(dòng)脈瓣的距離以及室間隔缺損是否平整。從這些方面，我們可區(qū)別出兩種室間隔缺損的不同。此外，混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)展示的是充盈狀態(tài)下的心臟結(jié)構(gòu)，在手術(shù)操作結(jié)束心臟復(fù)跳后，補(bǔ)片的大小和形狀關(guān)系到進(jìn)針點(diǎn)是否撕裂和是否發(fā)生殘余分流，充盈狀態(tài)下的室缺則能夠幫助醫(yī)生更好地進(jìn)行判斷和決策。

混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)也存在局限性，如圖像展示是在重建3D 模型的基礎(chǔ)上，因此一個(gè)高質(zhì)量的3D 建模至關(guān)重要，目前的技術(shù)只能重建心房、心室、主動(dòng)脈、肺動(dòng)靜脈等主要結(jié)構(gòu)，無(wú)法較好地重建瓣膜組織，瓣膜區(qū)顯示模糊是限制其進(jìn)一步應(yīng)用的主要因素。

綜上所述，混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以準(zhǔn)確提供法洛四聯(lián)癥中室間隔缺損的位置、形狀和大小，能夠幫助醫(yī)生更好地了解心內(nèi)外結(jié)構(gòu)，為法洛四聯(lián)癥的術(shù)前評(píng)估提供了新方法。

利益沖突：無(wú)。