杂交手术室内扩展现实（XR）辅助肺结节定位

XR全息引导下的连续肺结节定位。

核心信息

在杂交手术室内实施XR辅助肺结节定位是可行安全的，可提供更流畅的工作流程，减少反复的断层中断。

临床视角

本研究首次在临床上描述了在杂交手术室内使用XR辅助定位。通过提供全息可视化，该技术可实现衔接针的连续推进，减少传统流程中的反复中断。上述发现提示XR有望在肺亚肺叶切除中优化流程高效性和安全性。

摘要

目的：在杂交手术室内，评估一种新型XR辅助经皮肺结节定位技术在小肺结节病人中的呼吸、精度与安全性。

方法：本锣单臂研究纳入20例拟行胸肺腔镜（VATS）亚叶切除的成人外周肺结节（≤2厘米）患者。参与者在全麻下接受XR引导下经皮染料定位；使用光学标记将患者导航三维全息模型与患者体表准配以引导切口，并以术中CBCT验证。主要结局为技术准确性和操作安全性。

结果：XR辅助技术在90%的病例中成功。意向治疗（ITT）人群中平均定位定位为7.9毫米；操作高效，定位时间中底为13.5分钟，验证性CBCT扫描中底为1次。并发症发生率5%（1例气胸），无肺内静脉或气栓发生。

结论：在杂交手术室内实施XR辅助经皮定位对小肺结节是可行且安全的，精度更高。该方法通过连续顺序推进、减少重复，可以优化手术流程。

---

引言

对于此类病灶，VATS与RATS亚肺叶切除是首选式术；然而对于难以耐受、肉眼不可见的节，精确的术前定位对保证充分切缘至关重要——尤其是RATS中完全缺乏在反馈的情况下。

目前CT引导下经皮定位仍是临床金标准。钩线、微线圈及染料标记等技术存在气胸、凝血及标记等风险，尤其在病人转运过程中。杂交手术室的出现，通过引入术中CBCT使究竟两阶段流程转为单期，流程解决了转运的效率与安全性问题相关。然而甚至消除了病人转运，CBCT引导下的定位本身仍然是间歇性的——激光引导只能标明皮肤进入点、无法在空气中显示路径，者只能凭推测估计角度；每一次进针都需要反复扫描验证路径，团队须在术区与控制室之间来回穿梭以避辐射。

XR技术为解决上述工作流程限制提供了可能。通过将3D解剖模型直接更新到患者体表，XR可提供绘图、实时的靶点与路径全息可视化。这种连续引导有望降低对反复验证性CBCT的依赖，实现流畅的瞬针推进。既往研究已在常规CT室内探讨过增强现实的应用；据我们相似，尚无研究在杂交手术室内将全息引导直接整合入操作流程。本近单臂研究首次在全球范围内报告——使用式头显在杂交手术室内实施XR辅助定位技术，目的是验证其在小肺节亚肺叶结结中的呼吸、准确性与安全性。

材料与方法

研究设计

本研究为听力单臂吸气研究，旨在探讨梳理手术室内XR辅助技术的术中应用，为未来大型随机对照试验提供关键前期数据。样本量按Viechtbauer等的假设研究估计方法计算，20例可满足在预期发生率15%–20%下检测手术相关不良事件的需要。研究非随机设计的透明报告（TREND）声明报告，符合《赫尔辛基宣言》。经台湾大学医院IRB批准（202502149RINB，2025-04-18），并在ClinicalTrials.gov注册（NCT06976684）。

选择患者

本单中心研究于2025-06-01至2025-10-31连续纳入需要手术处理肺节的患者。符合条件的成人年龄为18-80岁、拟行保留肺实物的亚肺切除。为聚焦于必须精准叶定位的病灶，仅纳入位于外周肺外侧顶部、最大径结≤2厘米的小结节。排除拟行肺叶切除、易损伤群体、以及无法签署书面知情同意者。由2名中断在术前如此独立评估并纳入。

操作流程

XR辅助定位（图2；视频1）包含三个阶段（补充材料2）：

(1)生成患者曲面3D解剖模型

因大多数患者的诊断CT来自外院，故术前一天专门再次采集HRCT。为保证一致性，病人支持侧卧位，使用标准化辅助工具（托臂垫、腋垫、刚性板）以尽量减少软组织形变。在背侧与胸壁按U形排列5张不透X线的基准标记（ECG电极片），前置点，并在皮肤位置贴纹身贴术中对应准确复位。3D模型基于突触3D（富士胶片）重建，MeshLab（ISTI-CNR）优化后，通过自研Unity应用部署到Meta Quest 3头显。为符合HIPAA，所有影像在医院安全工作站完全去标识化后再进行3D重建，仅将去掉个人信息的匿名3D模型传至头显，头显全程离线运行。

(2) 术中影像——配病人准

在整个麻下，将患者安置与术前一致的体位；将ECG电极片贴回纹身贴位置，并覆盖ArUco标记。为模拟术前肺麻醉，麻醉医师在补末夹闭双腔气管插管。头显摄像头识别标记，通过Perspective-n-Point与Kabsch–Umeyama算法完成配空间准。要求对应方根（RMS）配准<10mm才可进入下一步。

(3) XR 引导下定位

术者利用高度的全息模型规划路径（图3、图4）。系统追踪针尖位置并提供同步视线提示——当针的方向与规划矢量一致时提示等于绿色。使用22G针推进至目标深度，注入0.2mL专利蓝染料，并以术中CBCT验证定位精度。若针尖与肿瘤边缘偏差>2cm，视为技术失败，转为修复CBCT；立即进行亚肺叶切除。

结局分析

按ITT与PP人群分析：ITT为所有入组者，PP为按方案完成者。主要终点为操作安全性与技术精度（夜间由盲态独立放射科医师在验证CBCT上测量的针尖—靶最短距离）。次要终点为围术期结果与效率指标（CBCT次数与定位时间）；定位时间定义为自开始配准至验证CBCT完成的时间。连续变量以均数（SD）或中位数（范围）表示，分类变量以频数与百分比表示。

结果

一、人口学与临床特征

如流程图（图1）所示，共评估24例；明确除不符合条件者后20例纳入ITT。男11（55%）、女9（45%），平均年龄59.1（11.1）岁，平均BMI 24.1（3.0）kg/m²。游泳者9例（45%），ASA II级占95%；CCI 1–2占45%，CCI≥3占40%（表1）。

二、结节与手术特征

ITT人群中，靶结节平均最大径15.2（4.8）mm，实性成分平均9.1（5.3）mm（表1）。病灶均位于外周，距胸膜表面平均2.5（4.2）mm。解剖分布：右下叶最多（25%），依次为右中叶（20%）、左上叶（20%）、左下叶（20%）、右上叶（15%）。20例（100%）均行单孔VATS；亚肺叶切除中楔切17（85%）、段切例3例（15%）。病理诊断：多边形15例（75%），以输送性腺癌为主（70%）；良性5例（25%）（表2）。

三、定位结果与并行

XR辅助技术在20例中18例技术成功（90%），即为PP人群（表3）。2例因技术失败被剔除PP分析：其一为大量气胸需立即处理；其二针尖—结节偏差2.6厘米，原因为双腔管移位导致肺静脉凹陷；第一被转为常规CBCT 引导定位——该转换病例共行5次CBCT，总动作45分钟（含XR阶段与后续CBCT定位）。

其中失败病例的清晰除带来两个群体间不同的性能指标：ITT平均定位间隙7.9（6.6）mm，PP精度更优为6.9（5.1）mm（反映上述肺陷深度致大偏差值被剔除）。中位定位时间约为13.5分钟，但PP范围组（4-25分钟）显着收缩于ITT（4-45分钟）。整体流程含三阶段：术前3D模型准备约1小时（不占用手术）；术中定位由自动配准阶段（≤1分钟）与执行阶段（路径规划、步数、验证CBCT，10-15分钟）组成。总手术平均111.1（26.4），目前膝平均2.6（1.4）天。后续率低：定位相关仅1例（5%）气胸时间；1例（5%）持续漏气（术中发现严重胸膜粘连），未见肺内静脉或气栓。

讨论

早期NSCLC保留实质的亚肺叶切除趋势，使微小、难以矫正肺结节的精确定位技术间距紧迫。本次研究在杂交手术室内验证了XR辅助定位方案（见图形摘要）成功。结果显示ITT技术率90%，平均定位托盘7.9毫米；每例中位需要1次验证CBCT，中位定位时间13.5分钟。这些结果提示XR是引导一种、简化、便捷的替代方案。

本队列25%的良性切除率反映了不确定小结节临床管理的现实——其中80%的良性病例为感染性传染病（干酪性肉芽肿、真菌感染），此时局部切除既是安全有效的诊断也是治疗手段。上述现实凸显对进一步精准、保留防疫的紧急情况：XR引导可确保切缘精准、最大限度减少健康肺组织丧失，这在最终诊断为良性时的关键。

传统 CT 引导虽然为准确性先例，但内在受制于移植式的风险。杂交手术室与 CBCT 的引入通过单期流程解决了移植相关的问题；然而 CBCT 引导仍以迭代式的

这种流畅化的流程或有利于我们观察到的良好安全性。本队列气胸发生率5%（1/20），无肺静脉内；由此形成报道的CBCT经皮操作气胸率31.8%–34.9%、肺序列率14.5%–32.8%，本方法表现良好。我们推测：通过实现连续路径、减少CBCT引导下典型的

优化XR辅助定位流程需在配准精度患者与安全间小心平衡。近期有团队采用光学透视式HoloLens在CT室内直接完成AR引导定位——在局麻与配屏气下操作，可减少姿势变化引起的配准；本质上仍是两期流程，需在定位后将患者转运至手术室，从而重新引入标记搬运与气胸进展的风险。为消除转运风险，我们选择在搬运手术室内全麻实施定位。

这一选择虽然以安全为先，但却在术前CT（清醒）与术中（麻醉）之间带来几何差异。为此我们严格标准化体位（托臂垫、腋垫、刚性板）以精确复制侧卧位；并高度重视呼吸运动α影：为模拟术前肺活量，在最后闭闭术侧机械保持肺结构时使用双腔管。此外，通过ArUco与Kabsch-Umeyama算法进行空间配准；这种多配置最小化整体RMS即使，个别标记因皮肤形变有偏移，仍能保证合理配准。

尽管技术成功率高，但对具体失败案例的分析仍具有关键学习意义。一例合并严重气胸的患者肺气肿，暴露出抢救式XR头显着的自然的自然特有工效学挑战——深度的特有工效挑战。系统虽确认路径一，其中操作者对深度存在预缺，从而放慢间歇速度；在肺气肿的胸膜组织穿越时间可能会增强漏气风险。另一例因双腔管复苏与继发肺水肿造成2.6厘米偏差而被PP排除；由于当前XR系统依赖静态术前模型，无法达到此类动作解剖形变。这些经验也提示：复杂结构下保留常规CBCT备用是必要的。

本研究未正式评估XR界面的学习曲线，后续研究。既往工作显示所我们自研系统的系统可用性量表（SUS）得分> 70，提示掌握增量较低。事实上，系统高可用性使我科胸外科医师能够较快独立掌握该技术；但对不完全熟悉XR界面的外科医师而言，其通用性仍需在未来多操作者试验中验证。

研究咳嗽

尽管视野较宽，但仍存在视差—调节冲突等固有的捕鱼限制；

当前刚性配准算法无法完全适应动态解剖——尤其在术前自主呼吸至术中正压通气的过渡下产生的非刚性组织形变，以及术中气胸导致的解剖偏移；

严格的限制标准（外周外三分之一）可能是在深部结节中的推广；

单中心、单臂设计限制了明确的统计学比较，仍需大样本随机对照试验；

为使这项自研技术走向广泛推广，我们正推动学术衍生公司的成立与法规认证。

结论

据我们相似，本研究是首次描述在杂交手术室内使用呼吸式头显进行XR辅助经皮肺结节定位。通过、连续的全息可视化，该技术为常规CBCT提供了一种颇具前景的替代方案——通过反复的断层验证，实现更流畅的手术。这些初步发现支持其临床呼吸与安全性；但仍需大样本随机对照试验，其对标准技术的相关性进行了严格评估。

表1 基线临床与影像学特征

指标	ITT（n = 20）	PP（n = 18）
年龄（岁，均值[SD]）	59.1 (11.1)	59.3 (10.1)
性别
男	11 (55%)	9 (50%)
女	9 (45%)	9 (50%)
BMI（kg/m²，均值[SD]）	24.1 (3.0)	23.8 (3.0)
吸烟史
是	9 (45%)	7 (38.9%)
否	11 (55%)	11 (61.1%)
ASA分级
一	0	0
二	19 (95%)	17 (94.4%)
三	1 (5%)	1 (5.6%)
查尔森糖尿病指数
0	3 (15%)	3 (16.7%)
1-2	9 (45%)	8 (44.4%)
≥ 3	8 (40%)	7 (38.9%)
结节直径（mm，均值[SD]）	15.2 (4.8)	15.4 (4.6)
结节距胸膜深度（mm，均值[SD]）	2.5 (4.2)	2.6 (4.4)
结节实性成分（mm，均值[SD]）	9.1 (5.3)	9.6 (5.4)
实变 / 肿瘤比（均值 [SD]）	0.6 (0.3)	0.6 (0.3)
结节位置
右上叶	3 (15%)	3 (16.7%)
右中叶	4 (20%)	3 (16.7%)
右下叶	5 (25%)	4 (22.2%)
左上叶	4 (20%)	4 (22.2%)
左下叶	4 (20%)	4 (22.2%)

表2 手术与病理特征

指标	ITT（n = 20）	PP（n = 18）
手术方式
单孔	20 (100%)	18 (100%)
切除类型
楔形切割	17 (85%)	16 (88.9%)
段切除	3 (15%)	2 (11.1%)
病理诊断
良性：肺内膈	1 (5%)	0
良性：干酪性肉芽肿	2 (10%)	2 (11.1%)
良性：真菌感染	2 (10%)	2 (11.1%)
规格：AIS	1 (5%)	1 (5.6%)
右：MIA	0	0
对称： 淋巴腺癌	14 (70%)	13 (72.2%)
病理分期
良性	5 (25%)	4 (22.2%)
0期	1 (5%)	1 (5.6%)
IA1	5 (25%)	4 (22.2%)
IA2	5 (25%)	5 (27.8%)
IA3	1 (5%)	1 (5.6%)
Ib期	2 (10%)	2 (11.1%)
IIIA	1 (5%)	1 (5.6%)
切缘阳性	0	0
切缘距离（cm，均值[SD]）	1.9 (0.2)	1.9 (0.2)
淋巴结转移	1 (5%)	1 (5.6%)

表 3 XR 辅助定位的操作结果与并发症

指标	ITT（n = 20）	PP（n = 18）
安全性、吸气与精度
定位成功率	18 (90%)	18 (100%)
定位失败	2 (10%)	0
失败原因：大量气胸	1 (5%)	不适用
失败原因：针尖—结节距离 > 2 cm	1 (5%)	不适用
定位时间（分钟，中位[范围]）	13.5 (4–45)	13.5 (4–25)
术中CBCT次数（中位[范围]）	1（1-5）	1（1-3）
针尖—结节距离（mm，均值[SD]）	7.9 (6.6)	6.9 (5.1)
手术结果
总手术时间（min，均值[SD]）	111.1 (26.4)	112.2 (25.2)
住院时间（天，均值[SD]）	2.6 (1.4)	2.6 (1.5)
围术期并发症
定位相关：肺静脉出血	0	0
定位相关：气胸	1 (5%)	0
定位相关：肺栓塞	0	0
呼吸窘迫	0	0
心血管事件	0	0
持续漏气	1 (5%)	1 (5.6%)
POD 0 疼痛评分 ≥ 4	0	0
30 再入院	0	0

图1．研究流程图

图2．XR辅助肺结节定位工作流程

(A)使用基准标记进行术前3D建模；(B)使用ArUco标记进行术中配准；(C)XR引导下头部，实时路径反馈并注射染料。

图3．左上叶结节的XR辅助定位分步示范

(A) 前侧位CT（白色箭头：术节）；(B) 影像—患者配准；(C) 东南地震与反应验证；(D) 虚拟路径规划；(E) 皮肤入点标记；(F) 未扫描针路径（红色引导）；(G) 已扫描针路径（绿色引导）；(H) CBCT 验证（白箭头：结节；蓝箭头：针尖）；(I) 注射光子蓝染料；(J)胸腔镜下染料可视化；(K)染料引导下肿瘤切除标本；(L)切面显示精确的周围染色沉积。

图4．右下叶（RLL）损伤的XR辅助定位睡眠练习

(A) 影像—患者配准；(B) 完成数字孪生生巅峰；(C) 虚拟路径规划；(D) 未扫描针路径（红色引导）；(E) 已扫描针路径（绿色引导）；(F) CBCT 验证（白色箭头：肿瘤；蓝色箭头：针尖）；(G) RLL 切除剖面；(H) 切面显示精确的染料沉积。