三维可视化技术有助于外科医生做出手术决策：3D-ViDru试验——一项随机对照试验

《Hepatobiliary & Pancreatic Diseases International》：Three-dimensional visualization helps surgoens to make surgical decision: The 3D-ViDru Trial - A randomized trial

对比3D虚拟模型与打印模型在肝肿瘤手术规划中的效果，发现两者均显著优于2D CT图像，提升肿瘤定位（P<0.001）、空间关系认知（P<0.001和P=0.019）及临床决策能力。外科医生和学生对3D模型偏好更明显，但虚拟与打印模型间无显著差异。建议将低成本虚拟模型整合至术前规划和教学。

　　

埃丝特·吉尔-布朗（Esther Giehl-Brown）|弗雷德里克·康拉德（Frederic Konrad）|斯特芬·洛克（Steffen L?ck）|约翰内斯·施韦珀特（Johannes Schweipert）|费利克斯·舍恩（Felix Sch?n）|延斯-彼得·库恩（Jens-Peter Kühn）|于尔根·魏茨（Jürgen Weitz）|卡琳娜·里迪格（Carina Riediger）

德国德累斯顿工业大学卡尔·古斯塔夫·卡鲁斯大学医院（University Hospital Carl Gustav Carus, Technische Universit?t Dresden）内脏、胸外科及血管外科部门

摘要

背景

在肿瘤外科手术中，成功的肝脏切除依赖于安全性、精确性和有效性，而这些都要求对肝脏解剖结构有深入的了解。增强CT（Contrast-enhanced CT）生成的三维（3D）模型被认为是一种有助于提升这种理解能力的宝贵工具。然而，不同专业群体之间尚未对不同的显示方式开展过系统的比较研究。

方法

在这项前瞻性、单中心随机试验中，我们将肝脏恶性肿瘤的高分辨率二维（2D）CT图像与其对应的标准化、无色三维虚拟模型及打印模型进行了对比，以评估这些模型在促进解剖学和空间理解以及手术决策方面的效果。共有91名参与者参与了研究，其中包括40名外科医生、10名放射科医生和41名学生，他们评估了6个临床病例（3个位于肝脏中央的恶性肿瘤和3个位于边缘的恶性肿瘤）。每位参与者按随机顺序评估了每种显示方式下的一个中央病例和一个边缘病例。

结果

与2D CT图像相比，三维虚拟模型和打印模型显著提高了肿瘤位置的识别能力（P < 0.001），增强了与邻近肝脏和门静脉的空间关系理解（P < 0.001和P = 0.019），并促进了临床决策（P < 0.001）。在效果方面，虚拟模型和打印模型之间没有显著差异。在不同组别中，外科医生和学生的识别能力更强，而放射科医生的效果未见明显差异。主观上，大多数外科医生和学生更喜欢三维打印模型，而非虚拟模型或2D CT图像。

结论

本研究表明，标准化的、无色的三维虚拟模型和打印模型同样有助于术前解剖学理解和决策制定，尤其是对外科医生和学生而言。通过分离显示方式的影响，我们的研究结果澄清了之前不一致的研究结果，并支持将经济高效的三维可视化技术整合到手术规划和教育中。尽管两种模型的效果相当，但用户更倾向于选择打印模型，这突显了以用户为中心的实施策略的重要性。

引言

由于先进的成像技术、改进的治疗方案以及外科切除技术的完善，原发性和继发性肝脏恶性肿瘤的手术范围正在不断扩大[[1], [2], [3], [4]]。详细了解肝脏复杂的血管和胆道系统解剖结构对于实现干净的切除边缘和避免肝切除术后并发症至关重要。患者的个体肝脏解剖情况以及血管与肿瘤块的空间关系通常通过二维（2D）增强CT扫描或磁共振成像（MRI）来显示[5]。将视觉信息转化为手术现场的肝脏图像需要深厚的肝胆外科专业知识和培训[6]。过去几十年里，将2D图像转换为肝脏的三维（3D）模型已成为定义最佳切除范围的有用工具[7,8]。可以使用交互式软件在显示器上显示包括肿瘤块、胆道系统和血管结构在内的患者特异性肝脏组织的3D重建图像，或者将其打印成实物大小[7,9,10]。在一项多中心回顾性研究中，对于肝门胆管癌的外科手术规划，三维虚拟模型和打印模型的应用提高了参与外科医生对胆道和血管解剖结构及其与肿瘤关系的理解[11]。在一个病例系列中，10例需要潜在血管重建的复杂病例中使用了三维打印肝脏模型，这突显了三维模型在血管结构可视化方面的优势[12]。此外，一项多中心研究证实了三维打印模型在肝胆外科手术中的准确性优于传统成像方式[13]。系统文献综述也证实了三维打印模型在高级肝脏手术中的优越性，提供了更好的解剖学可视化效果[14]。然而，三维模型生成的高成本、耗时较长以及复杂性限制了其在临床中的常规应用。 因此，本研究旨在比较三维虚拟模型和打印模型与传统的二维增强CT图像在促进术前解剖学理解、空间关系解读以及肿瘤切除手术规划中的决策制定方面的有效性。研究纳入了外科医生、放射科医生和医学生，以实现跨学科的比较。

研究设计

在这项前瞻性随机试验中，我们比较了不同的成像方式（2D CT图像、三维虚拟模型和三维打印肝脏模型）在了解肝脏个体解剖结构、肿瘤定位和空间关系以及切除计划方面的效果。研究流程图如图1所示。该试验在德国德累斯顿工业大学卡尔·古斯塔夫·卡鲁斯大学医院的内脏、胸外科及血管外科部门进行。

研究队列特征

共有91名参与者参与了这项研究。其中40名为外科医生，培训水平各异，包括18名女性和22名男性。大多数外科医生的年龄在30-39岁之间（50.0%），其次是40-49岁（27.5%）（见表S2）。研究组由15名住院医师、12名顾问医生和13名主治医生组成，他们的培训时间分别为≤5年（37.5%）、6-10年（25.0%）和≥11年（37.5%）。大多数外科医生报告称，他们参与过≤50例小型手术（82.5%）和≤50例大型手术（87.5%）。

讨论 三维可视化技术在肝脏外科手术中越来越受欢迎，因为它能够提供精确的解剖学显示[11,15]。尽管三维可视化具有诸多优势，但其高昂的成本、耗时较长以及复杂的生成过程也成为了其应用的限制。本研究旨在比较三维打印模型和虚拟模型与标准CT图像在外科医生、放射科医生和学生中的效果。与以往的研究不同，我们使用了无色的虚拟模型和打印模型，以确保公平的对比。

致谢

无。

CRediT作者贡献声明

埃丝特·吉尔-布朗（Esther Giehl-Brown）：概念构思、数据分析、方法学研究、验证、初稿撰写、审稿与编辑。 弗雷德里克·康拉德（Frederic Konrad）：数据管理、数据分析、方法学研究、可视化处理、审稿与编辑。 斯特芬·洛克（Steffen L?ck）：数据分析、验证、审稿与编辑。 约翰内斯·施韦珀特（Johannes Schweipert）：资源获取、审稿与编辑。 费利克斯·舍恩（Felix Sch?n）：资源获取、方法学研究、审稿与编辑。 延斯-彼得·库恩（Jens-Peter Kühn）：资源获取。

资助

无。

伦理批准

本研究遵循《赫尔辛基宣言》（Declaration of Helsinki）进行，并获得了当地伦理委员会的批准（BO-EK-89022023）。本研究已注册在德国临床试验注册平台（Deutsches Register Klinische Studien, DRKS）（DRKS00031987）。