《Auris Nasus Larynx》：Objective evaluation for Endoscopic Sinus Surgeries’ proficiency by image analysis for postoperative 3D sinus models
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内窥镜鼻窦手术技能评估方法研究：基于3D打印模型和CT图像分析，通过测量术后鼻窦ROI体积，验证其与资格认证、OSATS评分及手术经验的相关性，3D-CG图像评估准确率达69.6%-91.3%，证明该客观评估工具有效。
山田凯人 | 铃木正信 | 宫地浩 | 佐濑和也 | 海波幸树 | 辻田哲平 | 陈晓帅 | 小泉纯辅 | 森野卓 | 中野昭良 | 渡边良辅 | 木村翔吾 | 铃木孝良 | 中丸裕二 | 松叶康太郎 | 多米尼克·欣德 | 亚历山大·张 | 阿尔基斯·J·普萨尔蒂斯 | 彼得·J·沃莫尔德 | 近野淳 | 霍马昭宏
日本北海道札幌市，北海道大学信息科学技术研究生院
摘要
目的
对内窥镜鼻窦手术技能的客观评估具有挑战性，部分原因在于鼻窦解剖结构的多样性。最近开发的3D打印鼻窦模型提供了具有真实组织触感的标准化解剖结构。在本研究中，我们开发了一种通过分析解剖后的3D鼻窦模型的术前和术后CT图像来评估内窥镜鼻窦手术技能的方法，并通过与其他手术技能评估指标进行比较来验证其有效性。
方法
47名耳鼻喉科医生对3D鼻窦模型进行了内窥镜鼻窦手术。每个术后3D模型都拍摄了CT图像。我们使用了一种称为“区域生长法”的图像分割技术来评估手术空间的扩展情况。感兴趣区域（ROI）被定义为鼻腔和鼻旁窦内的空间，并且从前鼻孔连续延伸，宽度大于4.00毫米。ROI的体积被估算出来，并与传统的评估方法进行了比较，如委员会认证、客观结构化技术技能评分以及手术经验病例数等。此外，还创建了ROI的3D-CG图像。根据3D-CG图像评估了在规定时间内完成手术步骤的情况，并与记录的内窥镜视频进行了对比。
结果
所有参与者的术后模型体积平均为24.48±4.34立方厘米。委员会认证的参与者的术后体积显著更大（认证组：25.51±4.22立方厘米；未认证组：22.87±4.14立方厘米，p = 0.03）。ROI体积与客观结构化技术技能评分（r = 0.72，p < 0.01）和手术经验病例数（r = 0.51，p = 0.01）呈正相关。与记录的内窥镜视频相比，3D-CG图像对完成中鼻甲开窗术、蝶窦切开术和额窦切开术的判断准确率分别为91.3%、69.6%和84.8%，具有较高的敏感性和特异性。
结论
标准化3D模型与图像分析的结合为手术技能评估提供了一种简单且客观的工具。
引言
内窥镜鼻窦手术（ESS）是治疗对适当药物治疗无效的慢性鼻窦炎的标准治疗方法[1]。ESS的目的是减轻炎症负担、扩大鼻窦开口以促进通气与引流，最重要的是增加局部治疗的可行性。与其他许多手术相比，ESS具有独特性，需要在二维显示器上观察三维复杂的鼻旁窦时精细地操作内窥镜和手术器械。这对住院医师来说并不容易掌握。此外，鼻旁窦直接邻近重要的结构（如眼眶和颅底），这增加了手术的风险。这些因素要求住院医师花费大量时间和精力来掌握手术技能，已有研究指出学习曲线较为陡峭[2]。目前ESS培训的主要方式是在手术室进行在职培训，由资深外科医生监督下由住院医师执行手术。然而，这往往导致组织处理不当和附带结构损伤，以及直接和间接并发症的发生率较高。随着社会对手术培训中患者安全性的要求提高以及住院医师工作时间的限制，ESS培训需要进一步优化，同时也需要对ESS技能进行评估。
迄今为止，已经提出了多种ESS技能评估方法，包括使用评分系统[3]或运动分析[4]。这些方法都关注手术过程中的表现，但没有一种方法能够评估鼻旁窦解剖结构在手术后的变化情况。考虑到ESS的目的是优化鼻旁窦解剖结构以调节炎症，因此除了手术过程外，还应评估手术后的鼻旁窦形态。这种以形态为焦点的技能评估尚未建立的原因之一是鼻旁窦解剖结构的巨大多样性。这种患者间的差异性也使得难以评估住院医师的手术技能掌握情况，因为病例难度难以标准化。
最近开发的先进3D打印鼻窦模型基于实际接受手术患者的高分辨率计算机断层扫描（CT）数据生成，提供了具有真实组织触感的标准化解剖结构。因此，这类模型及其CT扫描非常适合用于标准化手术技能的评估[5]。
在本研究中，我们通过分析解剖后的3D鼻窦模型的术前和术后CT图像来开发了一种评估ESS技能的方法，并通过与其他ESS技能评估指标进行比较，讨论了其可行性和有效性。
参与者
机构审查委员会批准了本研究（编号018–043）。本研究是之前关于使用3D鼻窦模型进行手术培训的研究[6,7]的子分析。共有47名耳鼻喉科医生自愿参与了本研究。事先向参与者解释了研究的目的和设计，并获得了所有参与者的书面知情同意。参与者问卷收集了有关年龄、性别等信息。
参与者人口统计
在模拟手术中分析了46例病例，其中1例患者有颅底损伤。表1总结了参与者的背景信息。在46名参与者中，28名为委员会认证医生，18名为未认证医生。委员会认证医生的ESS-OSATS评分显著高于未认证医生（认证医生为63.61±11.54分，未认证医生为43.50±11.31分，p < 0.0001）。表2显示了根据某些标准对参与者的分类。
讨论
据我们所知，这是首次在任何外科领域中使用3D鼻窦模型的CT图像来评估手术技能可行性的研究。此前发表的所有其他研究[10],[11],[12]都是利用CT扫描进行术前规划或手术模拟的3D分析，而非技能评估。
结论
使用具有标准化解剖结构的3D打印鼻窦模型和CT图像分析为评估ESS技能提供了一种简单且客观的方法。
作者贡献
KY、MS、AJP、PJW和AK设计了该项目。MS、KMi、AN、RW、SKi、TSu和AH组织了模拟培训并收集数据。MS和YN分析了OSATS评分。KY、KS、KE、KMa和AK测量了体积数据。KY、TT、XC、SKo和TSe分析了体积数据。KY、MS、DH、AZ、AJP和PJW撰写了论文初稿。所有作者都对论文提供了反馈，并最终批准了提交的手稿。
披露声明
本研究部分得到了日本学术振兴会（JSPS）的科研资助（项目编号JP18H04102、22K16923、22K10599和25KJ0462）。关于利益冲突，MS是Stryker公司的演讲顾问；AJP是Fusetec、Medtronic、Tissium和Aerin Medical的顾问，同时也是Chitogel的股东以及Sequiris公司的演讲顾问；PJW是Fusetec的顾问并从中获得报酬。其余作者声明本研究在没有任何商业利益冲突的情况下进行。
