《Cancers》：Electromagnetic Surgical Navigation for Accurate Pediatric Tumor Localization: A Preclinical Animal Cadaver Study
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背景：对于儿童中不可触及、不可见且位于困难部位的肿瘤，其定位在手术上可能十分复杂。不完全切除会导致肿瘤分期上升，显著降低生存率并需要强化辅助治疗，进而影响生活质量。手术导航系统在成人中显示了良好前景，但尚未在复杂的儿童肿瘤外科手术中得到验证。本研究对一种自主研
背景：对于儿童中不可触及、不可见且位于困难部位的肿瘤，其定位在手术上可能十分复杂。不完全切除会导致肿瘤分期上升，显著降低生存率并需要强化辅助治疗，进而影响生活质量。手术导航系统在成人中显示了良好前景，但尚未在复杂的儿童肿瘤外科手术中得到验证。本研究对一种自主研发的电磁手术导航系统进行了临床前尸体研究评估。方法：儿童肿瘤外科医生（n=8）在八台模拟手术中实施了导航辅助肿瘤切除。通过植入模拟肿瘤的防腐仔猪接受术前CT成像以进行三维建模。导航通过基于超声的配准流程启动。手术过程中，外科医生需借助导航系统定位并切除模拟肿瘤，并通过系统可用性评分（SUS）评估易用性。配准精度和定位精度分别通过表面配准误差和目标配准误差计算。结果：7/8次实验配准成功。表面配准误差和目标配准误差的中位数分别<2 mm和<3 mm。外科医生对导航系统的接受度评分高于平均水平，SUS中位数为72（IQR：62–80）。结论：导航系统总体成功，外科医生对该技术的可用性和准确性表示满意。本研究支持向临床评估推进。
**论文解读：电磁手术导航在儿童肿瘤精准定位中的临床前尸体研究**
**1. 研究背景与问题**
儿童肿瘤外科手术中，肿瘤定位常因术前化疗或放疗引起的生物学改变而变得困难，导致肿瘤不可触及或视觉上难以分辨。在儿童肉瘤手术中，完全切除是治疗的核心，与生存率提高密切相关。然而，术中准确判断肿瘤边界仍具挑战，某些非横纹肌肉瘤软组织肉瘤的不完全切除率超过50%。神经母细胞瘤可能紧密粘连或包绕大血管，增加血管损伤风险；而恶性淋巴结（如转移性腹膜后淋巴结）体积极小，容易漏检。现有术中定位主要依赖外科医生的经验和对术前二维断层影像的心理三维重建，这可能导致引导不足和不必要的健康组织损伤。虽然手术导航在成人肿瘤外科中已显示显著获益，如提高转移性腹膜后淋巴结切除率（68%至93%）和局部复发直肠癌完全切除率（增加30%），但儿童手术因体型小、手术视野窄、肿瘤相对较大等特殊性，缺乏专门适配的导航系统。因此，研究者开发了一套适用于儿童（尤其3–6岁）的电磁手术导航装置，并计划通过临床前动物尸体研究验证其可行性和准确性。
**2. 研究目标与总体设计**
本研究旨在评估一套自主研发的电磁手术导航装置在模拟儿童肿瘤手术中的可行性。研究采用防腐处理的仔猪尸体（体重约15 kg）作为儿童体型模型，通过超声引导注射模拟肿瘤混合物，建立不同解剖部位的肿瘤目标。8位儿科肿瘤外科医生（6位儿童外科医生和2位儿童骨科医生）配对组成团队，完成8台模拟手术，涉及肋骨、胸骨、骨盆、肾、肌肉、淋巴结等部位。手术过程中，医生使用配备电磁传感器的超声探头进行基于超声的配准，然后利用导航指针实时定位并切除模拟肿瘤。主要评价指标包括配准精度（表面配准误差，SRE）、定位精度（目标配准误差，TRE）以及系统可用性评分（SUS）。
**3. 关键研究方法**
本研究采用了几项核心技术：
- **电磁跟踪系统**：使用NDI Aurora? V3系统，配备6自由度电磁传感器（直径2.5 mm，长12 mm）和手术指针，实现实时空间定位。
- **超声配准流程**：基于二维超声图像，通过实时骨表面检测算法（UNeXt模型）或手动选择器官表面点生成三维点云，与术前CT三维模型进行匹配。
- **模拟肿瘤制备**：采用甲基纤维素、琼脂糖、甘油、明胶和造影剂（Omnipaque）混合注入猪尸体制备模拟肿瘤，具有合适的CT对比度和触感。
- **系统可用性评估**：采用系统可用性评分（SUS）问卷，包含10个陈述（李克特5点量表），转换为0–100分，阈值>70表示可接受的临床可用性。
- **样本来源**：猪尸体来自商业屠宰场后经防腐处理，无需伦理审批；CT扫描在乌得勒支大学兽医学院进行。术前三维建模使用Mimics Innovation Suite软件。
**4. 研究结果**
**4.1 配准与定位精度**
超声配准在7/8次实验中成功。成功案例中，表面配准误差（SRE）中位数小于2 mm，目标配准误差（TRE）中位数小于3 mm。最低TRE出现在胸骨病例（0.62 mm），最高出现在肾肿瘤病例（2.80 mm）。骨盆骨肿瘤实验因体侧卧位时解剖标志定位困难导致初始配准失败。肋骨配准因月牙形圆柱几何结构导致沿肋骨长轴方向不确定性较高，但通过选择软骨-肋骨交界作为标志并沿肋骨方向进行超声扫查可成功配准。这些结果满足该中心预设的临床精度要求（骨固定肿瘤4 mm，其他5 mm）。
**4.2 系统可用性**
7次成功实验后共收集14份问卷，共识SUS中位数为72（IQR：62–80），其中5次手术达到或超过70的阈值。外科医生总体上认为导航有助于肿瘤和淋巴结定位，并使手术流程更简便。在6项与传统无导航手术比较的陈述中，有5项评分高于3（中等水平），表明医生更倾向于使用导航。但外科医生对“导航是否影响患者生存”持中立态度（中位数3.0）。开放问题中，医生积极评价了尸体模型的触觉真实感和与幼儿身体尺寸的相似性。
**4.3 软组织导航优势**
本系统采用电磁传感器附着于皮肤或组织表面的方式，克服了光学跟踪系统（OTS）需要视线和刚性固定的局限，可实现移动软组织目标的实时跟踪。自动骨分割算法在猪模型上表现稳健，尽管该算法仅基于儿童影像数据训练。与现有商业系统（如BrainLab、Medtronic）相比，本系统首次为儿童肿瘤外科提供了适用于动态软组织的导航方案，尤其有助于定位腹膜后盆腔淋巴结等困难目标。
**5. 讨论与结论**
研究讨论部分指出，模拟肿瘤方案能真实模拟不可触及的小病灶，但模拟肾母细胞瘤在肾表面可见且容易切除，存在不足。猪与人解剖差异给初始配准的骨性标志识别带来挑战。当前定位精度与成人外科文献报告的3–4 mm（盆腔肿瘤）、2.6 mm（盆腔淋巴结）、3.2 mm（肝脏肿瘤）水平相当或更优。无线电磁传感器的发展可能解决线缆张力导致传感器移位的问题。学习曲线主要存在于技术医生的操作层面，外科医生使用导航的交互过程简单，学习效应有限。局限性包括单中心设计、样本量小、不同病例间TRE采集不完全同质、尸体模型缺乏呼吸和心脏运动、组织随时间退化等。未来需通过临床试验验证实际儿童肿瘤手术中的表现。
**研究结论**：本研究所开发的适用于儿童肿瘤患者的电磁手术导航系统，在猪尸体模型上整体被外科医生认为是可行的，不同模拟手术场景中获得满意评价。未来应开展临床研究，以确保将当前结果有效转化至实际儿童肿瘤外科手术中。
