Medicine

电磁导航经胸结节定位用于微创胸外科手术

Published: May 4, 2022 doi: 10.3791/58405

Sohini Ghosh¹, David Chambers¹, Adam R. Belanger¹, Allen Cole Burks¹, Christina MacRosty¹, Anna Conterato¹, Jason Long², Benjamin Haithcock², M. Patricia Rivera¹, Jason A. Akulian¹

¹Section of Interventional Pulmonology, Division of Pulmonary and Critical Care Medicine, University of North Carolina at Chapel Hill, ²Section of Thoracic Surgery, Division of Cardiothoracic Surgery, University of North Carolina at Chapel Hill

Summary

这里介绍的是肺结节定位方案， 通过电磁导航 的经胸针进入使用染料标记。这里描述的技术可以在围手术期完成，以优化结节定位，并在进行微创胸外科手术时成功切除。

Abstract

胸部计算机断层扫描（CT）的使用增加导致需要诊断评估和/或切除的肺结节检测增加。这些结节中的许多 是通过微创 胸外科手术识别和切除的;然而，亚厘米和亚固体结节通常难以在术中识别。这可以通过使用电磁胸间针定位来缓解。该协议描述了从术前到术后阶段的电磁定位的分步过程，并且是Arias等人先前描述的电磁引导经皮活检的改编。术前步骤包括当天获得CT，然后生成肺部的三维虚拟地图。从此地图中，选择目标病变和入口部位。在手术室中，然后用患者和电磁导航平台校准肺部的虚拟重建。然后将患者镇静，插管，并置于侧卧位。使用无菌技术和从多个视图进行可视化，将针头插入前选择皮肤入口部位的胸壁中，并向下驱动到目标病变。然后将染料注射到病变中，然后在拔针期间连续注射，在术中形成用于可视化的束。与CT引导定位相比，这种方法具有许多潜在的好处，包括减少辐射暴露和减少染料注射和手术之间的时间。染料从该途径扩散随着时间的推移而发生，从而限制了术中结节的识别。通过减少手术时间，患者等待时间减少，染料扩散时间减少，从而改善结节定位。与电磁支气管镜检查相比，气道结构不再是局限性，因为目标结节 是通过 透明质入路进入的。此过程的详细信息以分步方式进行描述。

Introduction

随着越来越多地使用胸部 CT 扫描进行诊断和筛查¹，需要诊断评估的亚厘米级肺结节的检测量增加²。经皮和/或经支气管活检已成功用于对不确定和高危结节进行采样。这些病变由于其远端实质位置和小尺寸而经常成为具有挑战性的目标³。当有指征时，应通过微创胸外科手术（MITS）（例如视频或机器人辅助胸腔镜手术（VATS/RATS^））进行保留肺切除术，对这些病变进行手术切除4。即使手术技术的进步，尽管在 MITS 期间直接显示肺实质，但术中切除仍存在挑战。这些挑战主要与结节定位困难有关，尤其是毛玻璃/半固体结节、亚厘米病变以及距离内脏胸膜超过 2 cm 的结节⁵^，⁶。由于在手术过程中触觉反馈的丧失，这些挑战在 MITS 期间会加剧，并可能导致更具侵入性的手术方法，包括诊断性肺叶切除术和/或开胸切开术⁵。术中结核定位的许多问题可以通过 使用电磁 导航（EMN）和/或CT引导定位（CTGL）的辅助结核定位方法来缓解。该协议将首先强调使用电磁经胸结核定位（EMTTNL）的好处。其次，它将逐步描述如何在MITS之前复制该过程。

电磁导航通过将传感器技术与射线照相图像重叠来帮助靶向外周肺部病变。EMN首先包括使用可用的软件将气道和实质的CT图像转换为虚拟路线图。然后，患者的胸部被电磁（EM）场包围，在该场中检测到感觉导轨的确切位置。当将引导器械（例如，磁导航[MN]跟踪针）放置在患者的EM场（支气管内树或皮肤表面）内时，该位置叠加在虚拟路线图上，允许导航到软件上识别的目标病变。EMN 可通过经胸针入路或支气管镜检查进行。EMN支气管镜检查以前曾被描述用于活检和基准/染料定位⁷^，⁸，⁹^，¹⁰^，¹¹。已经开发了许多其他定位技术，成功率各不相同，包括 CT 引导基准放置、CT 引导下注射染料或放射性示踪剂、术中超声定位和 EMN 支气管镜^检查12。最近推出的EMN平台已将电磁引导的经胸方法纳入其工作流程。使用CT路线图，该系统允许用户在胸壁表面上定义一个入口点，通过该入口，他们将通过尖端跟踪的EMN感针导进入肺实质和病变。通过该针头导轨，可以进行活检和/或结节定位⁷。

在MITS结节的EMN定位之前，使用染料标记或基准（例如，微线圈，脂状体，钩丝）放置的CTGL是采用的主要方法。最近对46项基准点定位研究的荟萃分析显示，所有三种基准点的成功率都很高;然而，气胸、肺出血和基准标志物脱落仍然是重要的并发症¹³。使用亚甲蓝进行 CT 引导示踪剂注射的成功率相似，但与钩线基准放置相比，并发症较少¹⁴。使用染料定位肺结节的主要限制之一是随时间推移的扩散¹⁵。接受带有染料标记的CTGL的患者在放射科套件中进行定位，然后运送到手术室，在此期间可能发生染料扩散，使该技术的吸引力降低。一些中心通过使用带有机器人C型臂CT的混合手术室来缓解这种时间流逝¹⁶^，¹⁷;然而，重复图像和使用荧光透视^仪15可能会增加辐射暴露。使用 EMN 支气管镜检查可进行围手术期结节定位。然而，这一直受到支气管镜检查时间延长以及无法在没有气道通路的情况下导航到这些病变的困扰。EMTTNL 允许在一个位置（即手术室）进行快速经皮结节定位，然后进行 MITS，从而减少定位和手术之间的时间¹⁸。除了EMN支气管镜检查外，Arias 等人。描述使用EMN进行经皮活检⁷。下文将介绍这一程序对结核定位的调整。

一名79岁男性有40包年烟草使用史和膀胱癌，通过监测成像发现左下叶有一个新的PET氟去氧葡萄糖嗜血肺结节，大小为1.0 cm x 1.1 cm（图1）。鉴于病变的大小和位置，楔形切除术被认为是具有挑战性的，患者的肺储备使他不太适合诊断性肺叶切除术。决定他将接受EMTTNL以帮助MITS切除肺结节。

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Protocol

该程序按照护理期望的标准进行，并遵循北卡罗来纳大学教堂山分校人类研究伦理委员会的指导方针。

1. 术前准备

回顾既往胸部计算机断层扫描（CT）成像，以确保接受结节定位的患者具有适合微创胸外科手术（MITS）的外周肺结节。
在手术前一天或手术前一天，进行非造影性胸部CT扫描，患者处于侧卧位，肺与结节同侧向上定位，以模仿染料注射期间的位置。获取呼气和吸气图像，以解释结节运动。
注：CT 应根据 EMTTNL 系统规范进行格式化⁷。
使用导航系统规划软件以数字方式分割目标病变。
如果目标病变在放射学上是“纯”毛玻璃，则分割软件可能无法正确识别病变。在这种情况下，将虚拟靶标放置在靶病变的中心。
一旦成功标记了目标病变，使用计划软件描绘出用于穿刺进入的经皮部位。经皮进入部位应位于两根肋骨之间，注意避免肋骨下缘的肋间神经血管束，并代表从皮肤进入到结节获取的最短路径。

2. 围手术期准备和登记

将患者转移到手术室，并让适当的人员诱导全身麻醉伴有瘫痪。
注意：全身麻醉只能由经过认证的人员进行，药物的剂量由麻醉提供者自行决定。
一旦达到麻醉和麻痹（通过肌肉张力丧失和自发胸壁运动停止得到证实），使用双腔气管插管（DL-ETT）建立口腔插入气道，而不是传统的单腔气管插管。
注意：这是由麻醉提供者放置的，根据患者的规格所需的任何尺寸都是可以接受的。这将允许手术定位，手术切除的单肺通气和EMN系统注册。
对气管支气管树进行白光支气管镜检查（WLB）至节段水平，评估隐匿性支气管内疾病。
在对气道进行WLB检查后，将患者定位在侧卧位，尽可能密切地反映患者在CT期间的定位。将三个电子参考点垫连接到患者的胸部，将它们放置在同侧胸壁上，直到结节，远离所选入口点（图2）。
1. 例如，如果选择的入口点是左前胸，请将垫子放在左胸部，距离入口点至少5厘米。然后，将焊盘插入 EMN 系统。
通过首先将 EMN 场发生器放置在参考垫上，通过系统校准为患者执行系统配准。使用 EMN 系统提供的提示微调位置。一旦场发生器就位，使用EMTTNL平台，拍摄参考焊盘的虚拟“快照”。
在快照之后，将专有的EMN跟踪的一次性示波器导管（DSC，外径3.2 mm，工作通道2.0）插入DL-ETT的每个腔内，以生成一个数据点云，描绘主气道的范围（图3）。将导管对准主胭脂虫，然后缓慢向气管拉回，直到系统提示停止（绿色复选标记）。然后，将DSC驱动到右肺 - 特别是右下叶 - 直到提示停止（绿色复选标记）。
一旦数据点收集停止，从DL-ETT的右肺腔中取出DSC并将其插入管子的左肺腔。将DSC驱动到左主干支气管2-3厘米近端，其分叉进入左上叶和下叶。此时恢复数据收集，并将 DSC 驱动到左下叶，直到提示停止（绿色复选标记）。收集完整的数据点云后，请继续执行 EMTTNL。

3. 程序

使用EMN平台在胸壁皮肤入口部位对齐跟踪的经皮针头以进行指导。在胸腔入口点处标记皮肤，注意入口点应刚好高于肋骨，并避免任何已知的脉管系统或骨结构（例如锁骨、锁骨下血管）。
用2%氯己定溶液清洁和准备皮肤至少15秒，并使其干燥至少30秒。使用无菌技术覆盖场地。
一旦创建了无菌区域，戴上无菌手套和无菌防护服，并在入口处皮下注射1 - 2 mL 1%利多卡因进行局部麻醉。使用#10刀片手术刀通过表皮在入口部位做一个浅表的皮肤切口（5毫米）。
将无菌的19-G电磁针放在标记的入口点上。使用电磁系统屏幕上的横向和日冕视图，调整进入角度，使其与目标病变的中心对齐（图4）。
注：十字准线标记应至少在两个不同的平面上重叠。
一旦确认进入角度，将EMN跟踪的针头固定在胸壁上，并坚定地穿过胸壁，同时麻醉团队将患者抱在呼气中。呼气末正压（PEEP）维持在 5 cm 的水中。
一旦到达目标病变的远端（从胸壁）开始，在不移动针头的情况下取出跟踪的样式，并用手指覆盖针头。 格外小心，以免将针头移开。如果在以下步骤中的任何时候担心针头移动，请重新插入跟踪的样式以确认针头位置。
将含有2- 3 mL未稀释的亚甲蓝或2 - 3 mL亚甲蓝和患者血液的1：1混合物的注射器连接到针头上。
注意：患者的血液应在混合之前抽取，以尽量减少凝血，并且可以通过外周静脉注射或新鲜针头静脉穿刺抽出。建议使用这种混合物，因为它会使溶液变稠，并限制染料扩散和/或染料在针头缩回期间在胸膜腔内的“飞溅”。
在靶病变内注入0.5 mL染料或染料：血液混合物。逐渐连续地再沉积0.5毫升染料或染料：血液混合物，同时缓慢抽出针头以形成轨迹。

4. 后期程序

EMTTNL（图3）后，使用染料标记进行MITS以定位和切除肺结节¹⁹^，²⁰^，²¹^，²²^，²³。
注意：术后患者护理将由胸外科医生自行决定，因为该方案没有任何特定的术后要求。

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Representative Results

患者是按照上述方案准备的。在此之后，通过注射总共1mL的1：1亚甲基蓝色：患者血液混合物进行EMTTNL。取出针头后，患者被准备并覆盖了MITS。机器人辅助胸外科手术使用四臂技术进行，机器人手术系统使用五个端口。使用一个12 mm机器人吻合端口（大多数前端口）和三个8mm机器人端口，沿着第八个肋间空间（每个9厘米）从锁骨中线向前延伸至肩胛骨尖端，沿第八肋间空间（每个9厘米）放置四个端口。一个额外的12 mm机器人端口放置在垫片上方的一个肋间空间的后部，供助手使用。机器人手术系统与患者对接，使用所有四个机械臂进行相机驱动，具有8毫米，30°的示波器，右臂和左臂用于双极能量和解剖，“第三”臂用于肺缩回。在肺放气后，鉴定定位染料标记，并进行诊断性楔形切除术（图5）。病理性冷冻切片显示移行细胞癌（膀胱癌），边缘被认为是干净的，并且没有进行进一步的切除。

图 1：FDG 狂热的左下叶结节，需要在手术切除前进行定位。 （A）正电子发射断层扫描;（B）胸部计算机断层扫描。注意FDG狂热的左下叶结节（箭头）。请点击此处查看此图的放大版本。

图 2：电子参考焊盘放置。 三个参考垫应放置在胸壁上，与结节同侧，并远离所选的针头入口点。请点击此处查看此图的放大版本。

图3：从手术CT扫描重建的气道的虚拟渲染。 在收集气道内的数据点后，使用CT扫描的数据重新构建该图像。请注意气道树中的数据点以及表示气道数据收集完成的复选标记请单击此处查看此图的放大版本。

图 4：横向、冠状和分支视图中经皮针入入的对准快照。 这张电磁系统截图显示了在多个视图中针头对准的示例，目标病变在针头插入之前居中（图片由Veran Medical提供）。请点击此处查看此图的放大版本。

图5：切除期间和之后的肺部图像。 （A）注射1：1亚甲蓝/血液混合物后肺部的术中图像。箭头标识经皮染料针的出口点。（B）染料局部肺的成功楔形切除术。镊子识别经皮染料针的出口点。请点击此处查看此图的放大版本。

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Discussion

EMN指导下的围手术期经胸结节定位是最近推出的EMN平台的新应用。EMTTNL性能的关键步骤是设备的正确点云配准以及对经皮插入部位和针头角度的关注。在 CT 扫描的多个平面（HUD、斜 90 和斜面）上可视化和维护进入角度对于手术的成功至关重要。

由于经常发生的故障排除问题，以下一些修改已进行了调整。对该技术的一项修改包括在侧卧位而不是仰卧位进行CT。由于患者明显重新定位和/或移动参考垫后出现注册错误，因此采用了这一更改。另一个修饰是将染料以1：1的浓度与患者的血液混合。在最初的努力中，尽管手术端口放置的间隔很短，但胸腔内有过多的染料飞溅以及染料扩散。从那以后，这种混合物导致胸膜腔的扩散减少和染料污染减少。

该技术的局限性可能包括由于针穿之间可能发生气胸而导致多个结节（寡转移酶）的定位。第一次针刺通过后的气胸会扭曲解剖结构并导致染料注射不当。也就是说，我们已经克服了至少在一个实例中的这一限制，即我们将初始定位针由辅助医生固定在适当的位置，然后用单独的针头定位另一个目标。一旦两个靶标都处于针定位，则同时进行染料的注入和针的缩回，从而成功获得两个单独的同侧靶标的EMTTNL。另一个限制是结核本身的位置。EMTTNL是外周结节的绝佳选择;然而，经胸入路对于中枢性病变并不理想，对于由于肩胛骨或其他骨/血管结构而无法进入的病变也不理想。该技术的其他局限性包括用户和系统错误，例如过量染料注射导致染料溢出和/或外科医生无法确定病变部位。使用 EMN 系统时也可能出现错误，包括注册错误和参考 PAD 放置错误。

该技术借鉴了CTGL的现有实践。EMTTNL是一项重大进步，因为它能够在围手术期环境中进行。由于并发症、辐射暴露、从CTGL运输到手术的时间以及染料扩散，先前的CTGL使用受到限制¹⁴^，¹⁵。支气管镜染料标记也已被描述为具有不同程度的成功¹⁰^，¹¹^，¹⁸;然而，支气管镜下结节的通路受气道结构的限制²⁴。这通常不是EMTTNL的问题，因为经胸入路不限于气道。

EMTTNL的未来应用可能包括使用其他标记剂，包括金基准，水凝胶塞或吲哚菁绿与近红外荧光耦合。EMTTNL的多中心前瞻性试验有助于MITS，将有助于确定该技术应用的最佳结节和患者特征。

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Disclosures

Jason Akulian和Jason Long从Veran Medical Technologies获得了CME活动的机构教育补助金和咨询费。没有为编写这份手稿提供财政援助。Sohini Ghosh，David Chambers，Adam R. Belanger，Allen Cole Burks，Christina MacRosty，Anna Conterato，Benjamin Haithcock和M. Patricia Rivera没有与该项目相关的披露。

Acknowledgments

这项工作由T32HL007106-41（对Sohini Ghosh）提供支持。

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Computed Tomography Scanner			64 - detector (or greater) CT scanner
SPiN Thoracic Navigation System	Veran Medical Tecnologies	SYS 4000
SPiN Planning Laptop Workstation	Veran Medical Tecnologies	SYS-0185
SPiN View Console	Veran Medical Tecnologies	SYS-1500
Always-On Tip Tracked Steerable Catheter	Veran Medical Tecnologies	INS-0322	3.2 mm OD, 2.0 mm WC
View Optical Probe	Veran Medical Tecnologies	INS-5500
vPAD2 Cable	Veran Medical Techologies	INS-0048
vPAD2 Patient Tracker	Veran Medical Techologies	INS-0050
SPiNPerc Biopsy Needle Guide Kit	Veran Medical Techologies	INS-5600	Includes INS 5029 (Box of 5)
ChloraPrep applicator	Beckton Dickinson	260815	26 mL applicator (orange)
Provay/Methylene Blue	Cenexi/American Regent	0517-0374-05	50 mg/10 mL
Sterile gloves	Cardinal Health	2D72PLXXX
Blue X-Ray O.R. Towels	MedLine	MDT2168204XR
Scope Catheter	DSC		3.2 mm outer diameter, working channel 2.0