数字医学及人工智能技术在现代胸外科中的应用探索及研究

摘要

研究目的：　　研究并探索利用数字医学及人工智能技术辅助对现代胸外科领域相关疾病进行定位、导航、诊断、治疗等综合性临床应用的方案和价值。　　研究方法：　　对2016年6月-2019年12月期间在我院住院行肺部小结节外科治疗的152例患者，术前采用人工智能（Artificial Intelligence,AI）诊断识别的方式结合患者病史对肺部结节进行初步筛查和判别，筛选出恶性可能且具备手术指征的患者后进行术前定位和手术治疗(男65例，女87例，平均年龄49±19岁)；定位研究随机分为2组，实验组76例患者(男31例，女45例，平均年龄(47±17岁)，术前进行侧卧位导航模式增强CT扫描并行手术区域三维重建，手术开始前采用全息多模态实时三维导航技术(Holographic Multimode Real time3-Dimensional Navigation，3D-HMRN)引导进行病变定位穿刺，操作完成后采用术中CT对穿刺位置进行验证，确定穿刺的准确性和误差范围；对照组76例患者(男34例，女42例，平均年龄50±19岁)直接进行术中CT定位，最后对两组定位数据进行对比和统计学分析。手术研究部分回顾性分析选取的142例肺段切除或亚段切除患者进行分组，研究组55例（男26例，女29例，平均年龄54±11岁）为采用3D打印联合增强现实支持的全息多模态实时三维导航技术辅助进行肺段或亚段切除病例，对照组87例（男42例，女45例，平均年龄57±11岁）为采用三维重建导航术中屏幕显示辅助进行肺段或亚段切除病例，采用倾向性评分匹配分析（Propensity Score Matching,PSM）处理两组数据；比较两组手术时间、失血量、并发症、住院时间、使用者评分等在统计学方面的差异。本研究所有数据均采用SPSS20.0软件进行统计分析，P＜0.05表示差异有统计学意义。　　研究结果：　　1：人工智能模式的肺部结节识别率、检出率接近99%，危险级别提示的准确性大于90%。　　2:本研究中定位部分152例患者，其中病变位于行右肺上叶44例（28.9%），右肺中叶切除15例（9.9%），右肺下叶切除32例（21.1%），左肺上叶切除32例（21.1%），左肺下叶切除29例（19.1%）,纯磨玻璃结节占109例（71.7%），混合磨玻璃43例（28.3%），楔形切除89例（58.6%），肺段切除63例（41.4%），恶性139例（91.4%），良性13例（8.6%）。　　3：本研究中手术研究部分142例患者，病变位于行右肺上叶59例（41.5%），右肺中叶切除0例，右肺下叶切除31例（21.8%），左肺上叶切除25例（17.6%），左肺下叶切除27例（19.1%），肺段切除86例（60.6%），联合肺段切除33例（23.2%），联合亚段切除23例（16.2%），不典型腺瘤样增生（Atypical Adenomatous Hyperplasia，AAH）32例（22.5%），原位腺癌（Adenocarcinoma in Situ,AIS）59例（41.5%），微浸润腺癌（Minimally Invasive Adenocarcinoma,MIA）51例（35.9%）。　　4：采用导航技术进行定位穿刺的76例病例，一次成功率97.4%，误差3.9±0.9mm，平均操作时间4.4±1.2min;常规术中CT定位一次成功率98.7%，误差范围在3.5±1.0mm，平均操作时间10.7±2.6min，前者的穿刺定位成功率和定位精度与术中CT定位比较无统计学差异（P均大于0.05），但操作时间明显缩短（P＜0.01），差别具有统计学意义。　　5：采用3D打印联合增强现实支持的全息多模态实时三维导航技术辅助进行肺段或亚段切除病例与常规电脑屏幕显示的三维重建手术导航结果相比：平均出血量：22-35ml VS33-56ml（P=0.024），手术时间：65-88min VS79-107min（P=0.001），手术成功率：98.2%VS96.6%（P=0.567），并发症发生率：1.8%VS2.3%（P=0.846），使用者评分：96-98分VS89-92分（P=0.001），术后平均住院时间：3-4天VS4-5天（P=0.001）。PSM结果为平均出血量：22-46.25ml VS33.75-60ml（P=0.006），手术时间：65-87.25min VS78-107.25min（P=0.001），手术成功率：98.1%VS98.1%（P=1.0），并发症发生率：1.9%VS1.9%（P=1.0），使用者评分：96-98分VS89.75-92分（P=0.001），术后平均住院时间：3-4天VS4-5天（P=0.001）。　　研究结论：　　人工智能模式的CT影像肺部结节识别率、检出率高，能有效避免漏诊；危险级别提示准确，能重点选定高危险性病变。全息多模态实时三维导航技术与术中CT定位相比操作省时，定位准确，可以作为肺部微小结节外科治疗术中定位的有效方法。而采用采用3D打印联合增强现实支持的全息多模态实时三维导航技术辅助进行肺段或亚段切除病例与常规电脑屏幕显示的三维重建手术导航相比，能有效缩短手术时间和术后住院时间，减少手术出血，提高手术安全性，减少术中或术后并发症，是一种有效的全息多模态手术导航手段。

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