三維重建技術(shù)在胸腔鏡肺切除手術(shù)中的臨床應(yīng)用

李小軍，張 雷，唐 震，朱 瀟，貢會(huì)源，王 彪，杏福寶，高 雄

近年來(lái)，肺癌已成為全球發(fā)病率及死亡率最高的惡性腫瘤，嚴(yán)重影響人類(lèi)的健康[1-3]，外科手術(shù)治療依然是肺癌治療的最重要手段，微創(chuàng)胸腔鏡肺切除手術(shù)的發(fā)展也極大地推動(dòng)了肺外科治療技術(shù)進(jìn)步。三維重建技術(shù)目前在肺段切除的術(shù)前規(guī)劃和術(shù)中導(dǎo)航中應(yīng)用越來(lái)越多[4-5]，我們?cè)诜味吻谐中g(shù)中應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)積累的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步在中央型肺癌和淋巴結(jié)明顯腫大的肺葉根治性切除手術(shù)中應(yīng)用三維重建技術(shù)，取得較好的臨床效果，現(xiàn)作報(bào)道。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧性分析2018年11月至2019年12月，蚌埠醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院胸外科收治的非小細(xì)胞肺癌行胸腔鏡肺葉切除和肺結(jié)節(jié)行肺段切除術(shù)50例病人的臨床資料。其中男18例，女32例；年齡(56.60±10.16)歲；體檢發(fā)現(xiàn)肺部病變37例，痰中帶血4例，胸悶4例，刺激性干咳5例；術(shù)前均行胸部薄層CT掃描，肺功能、心電圖、肺癌相關(guān)及常規(guī)檢查等均無(wú)手術(shù)禁忌證。胸腔鏡肺葉根治性切除術(shù)25例，包括右上肺癌8例，右中肺癌2例，右下肺癌9例，左上肺癌3例，左下肺癌3例；胸腔鏡肺結(jié)節(jié)行肺段切除術(shù)25例，切除肺部病灶57個(gè)。肺癌肺葉切除術(shù)病人均滿(mǎn)足根治性手術(shù)適應(yīng)證；肺段切除手術(shù)符合以下要求：(1)病變直徑≤2 cm且滿(mǎn)足以下條件之一：磨玻璃成分≥50%、快速病理提示原位癌或微浸潤(rùn)癌、倍增時(shí)間≥400 d；(2)單肺或雙肺多發(fā)結(jié)節(jié)、需保留更多肺功能等妥協(xié)性手術(shù)；(3)因位置、大小等原因無(wú)法楔形切除的良性病變等。此技術(shù)的開(kāi)展通過(guò)蚌埠醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院倫理審查及院高新技術(shù)支持。

1.2 方法

1.2.1 精準(zhǔn)術(shù)前規(guī)劃 收集胸部薄層CT掃描數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)最佳要求：(1)64排CT機(jī)以上設(shè)備，采集層厚<1 mm的胸部薄層CT；(2)深吸氣，保持屏氣狀態(tài)下掃描；(3)增強(qiáng)CT需控制對(duì)比劑藥量及時(shí)間，采用團(tuán)注試驗(yàn)法獲得“時(shí)間-密度曲線”，通過(guò)分析后設(shè)置對(duì)比劑的注射劑量和延遲掃描時(shí)間，肺動(dòng)脈與肺靜脈的CT差值在150～350 Hu之間，肺動(dòng)脈CT值高于周?chē)厍唤M織100 Hu以上；(4)避免和頭、頸及腹部聯(lián)合掃描，避免反復(fù)多次掃描，去除掃描區(qū)域異物。將CT圖像信息以DICOM格式保存應(yīng)用。應(yīng)用沈陽(yáng)東軟醫(yī)療系統(tǒng)有限公司授權(quán)的DeepInsight三維重建軟件，重建方法如下：(1)將胸部CT二維圖像信息以DICOM 格式導(dǎo)人DeepInsight系統(tǒng)中；(2)通過(guò)圖像加載處理、氣管閾值的計(jì)算、分別進(jìn)行氣管、血管、淋巴結(jié)、肺結(jié)節(jié)及肺腫物的提取、血管染色等步驟，重建支氣管、動(dòng)靜脈血管及淋巴結(jié)等模型；(3)進(jìn)行淋巴結(jié)、肺腫物或小結(jié)節(jié)與支氣管及肺動(dòng)靜脈血管分割，評(píng)估支氣管、肺動(dòng)脈、肺靜脈等解剖結(jié)構(gòu)的分支、直徑、走形及變異情況，評(píng)估淋巴結(jié)、肺結(jié)節(jié)及肺腫物與支氣管、肺動(dòng)脈、肺靜脈等結(jié)構(gòu)的三維空間毗鄰關(guān)系及侵犯程度，同時(shí)準(zhǔn)確定位肺結(jié)節(jié)所處肺段的空間位置，進(jìn)行精準(zhǔn)的術(shù)前規(guī)劃。

1.2.2 手術(shù)方法 全部采用靜吸復(fù)合麻醉，雙腔氣管插管或者封堵管單肺通氣狀態(tài)下手術(shù)，側(cè)臥位單孔或單操作孔，操作孔根據(jù)病人病變部位及身高等情況選擇腋中線附近第4或第5肋間。根據(jù)肺裂發(fā)育情況及肺血管有無(wú)外侵，選擇手術(shù)順序?yàn)閱蜗蚴交騻鹘y(tǒng)順序，根據(jù)術(shù)前重建的三維圖像，精準(zhǔn)解剖并處理支氣管、不全肺裂、肺動(dòng)靜脈及段間平面，避免損傷、誤斷支氣管及肺動(dòng)靜脈。肺癌根治術(shù)同時(shí)行系統(tǒng)性淋巴結(jié)清掃，肺段手術(shù)同時(shí)行淋巴結(jié)采樣。手術(shù)完成后囑麻醉師膨肺，檢查漏氣情況及是否需要加固縫合。在手術(shù)同時(shí)使用圖像融合法與手術(shù)同步進(jìn)行，由助手臺(tái)下將模型通過(guò)旋轉(zhuǎn)、透明化等操作，同步使三維重建圖像與術(shù)中手術(shù)解剖結(jié)構(gòu)一致；在結(jié)節(jié)定位、肺動(dòng)靜脈及支氣管處理等操作時(shí)，實(shí)時(shí)進(jìn)行驗(yàn)證導(dǎo)航，確保操作精準(zhǔn)。全部病人手術(shù)均順利完成，無(wú)中轉(zhuǎn)開(kāi)胸病例(見(jiàn)圖1、2)。

1.2.3 臨床觀察資料 術(shù)后記錄三維重建術(shù)前規(guī)劃及術(shù)中導(dǎo)航使用情況,手術(shù)方式,手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量、術(shù)后拔除胸腔閉式引流管時(shí)間及總引流量、術(shù)后住院時(shí)間等，并觀察記錄術(shù)后并發(fā)癥，如肺部感染、呼吸衰竭、支氣管胸膜瘺、出血、嚴(yán)重液氣胸等的發(fā)生情況。

2 結(jié)果

2.1 三維重建術(shù)前規(guī)劃及術(shù)中導(dǎo)航使用情況 全部病人均能夠精準(zhǔn)地完成術(shù)前規(guī)劃，清晰重建支氣管及肺血管解剖結(jié)構(gòu)及變異情況，對(duì)中央型腫瘤及腫大淋巴結(jié)與血管的關(guān)系重建滿(mǎn)意，能準(zhǔn)確地明確肺結(jié)節(jié)在肺段中的位置關(guān)系及進(jìn)行精準(zhǔn)的術(shù)前規(guī)劃。全部病人均進(jìn)行術(shù)中實(shí)時(shí)導(dǎo)航，按照術(shù)前規(guī)劃實(shí)施手術(shù)，手術(shù)均順利完成。

2.2 三維重建技術(shù)指導(dǎo)下的手術(shù)方式 全部病人均在單孔或單操作孔胸腔鏡下完成手術(shù)，其中胸腔鏡肺葉根治性切除同時(shí)行系統(tǒng)性淋巴結(jié)清掃術(shù)25例，包括右上肺葉切除8例，右中肺葉切除2例，右下肺葉切除9例，左上肺葉切除3例，左下肺葉切除3例；胸腔鏡肺段切除同時(shí)行淋巴結(jié)采樣術(shù)25例，其中單肺段13例，聯(lián)合肺段或肺亞段6例，肺段聯(lián)合楔形6例；共切除肺部病灶57個(gè)。

2.3 圍術(shù)期觀察指標(biāo)及并發(fā)癥 手術(shù)時(shí)間(147.60±37.77)min，術(shù)中出血量(33.82±22.17)mL，術(shù)后住院時(shí)間(7.02±1.78)d，引流管拔除時(shí)間(4.68±1.60)d，術(shù)后總引流量(221.00±135.03)mL；圍術(shù)期無(wú)嚴(yán)重并發(fā)癥及死亡病例。少數(shù)病人術(shù)后輕度漏氣，經(jīng)引流后均愈合。

3 討論

20世紀(jì)，國(guó)外率先報(bào)道胸腔鏡肺葉切除手術(shù)[6]，近年來(lái)科技的進(jìn)步、設(shè)備硬件的研發(fā)、微創(chuàng)理念的深入、信息化的發(fā)展，微創(chuàng)胸腔鏡肺外科快速發(fā)展，目前已有單孔、單操作孔、三孔、四孔、劍突下等不同入路胸腔鏡手術(shù)[7-10]；也出現(xiàn)了自主呼吸麻醉下肺癌根治術(shù)[11-12]；手術(shù)適應(yīng)證及手術(shù)技術(shù)難度也在發(fā)生變化，尤其對(duì)T4期局部晚期肺癌根治術(shù)，淋巴結(jié)粘連或轉(zhuǎn)移、中央型肺癌等手術(shù)困難病例或者肺部結(jié)節(jié)需行肺段、亞段、聯(lián)合亞段等手術(shù)，由于肺部結(jié)構(gòu)的變異造成的困難增加。既往此類(lèi)病人均通過(guò)術(shù)前胸部CT進(jìn)行評(píng)估或進(jìn)行手術(shù)規(guī)劃，具有較大的局限性。CT平掃或增強(qiáng)不論在橫斷面、矢狀面或冠狀面均只能表現(xiàn)為二維圖像，其對(duì)于腫瘤、淋巴結(jié)及正常組織結(jié)構(gòu)的空間結(jié)構(gòu)、具體形態(tài)及變異情況等信息的傳遞容易出現(xiàn)誤差。同時(shí)每個(gè)醫(yī)生所掌握的解剖、影像知識(shí)等經(jīng)驗(yàn)和個(gè)體化的空間理解力，很難在不同的醫(yī)生間溝通、傳遞在大腦中呈現(xiàn)出的主觀性的三維實(shí)際圖像，且難以進(jìn)行表述。在單孔或單操作孔胸腔鏡下完成肺葉根治性切除同時(shí)行系統(tǒng)性淋巴結(jié)清掃術(shù)和肺段切除同時(shí)行淋巴結(jié)采樣手術(shù)中，臨床上仍然存在諸多難題，對(duì)術(shù)前精準(zhǔn)手術(shù)規(guī)劃及術(shù)中實(shí)時(shí)導(dǎo)航技術(shù)的臨床應(yīng)用要求十分迫切。

近年來(lái)計(jì)算機(jī)及信息技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)多種三維重建軟件，可以將CT數(shù)據(jù)通過(guò)軟件重建出三維圖像，其中包括DeepInsight、Mimics、英庫(kù)等軟件[13-15]。重建出的三維圖像數(shù)據(jù)信息能直觀地表現(xiàn)出腫瘤、淋巴結(jié)與肺部結(jié)構(gòu)的立體關(guān)系以及肺結(jié)節(jié)的空間位置關(guān)系和肺部結(jié)構(gòu)的變異情況。三維重建技術(shù)在術(shù)前可以使醫(yī)生更準(zhǔn)確地進(jìn)行交流、會(huì)診及手術(shù)規(guī)劃，同時(shí)通過(guò)軟件的操作進(jìn)行術(shù)前虛擬手術(shù)，術(shù)中將軟件重建信息同步與手術(shù)所見(jiàn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)證指導(dǎo)，避免誤損傷。因此三維重建技術(shù)在微創(chuàng)肺外科的應(yīng)用對(duì)復(fù)雜肺切除手術(shù)、手術(shù)規(guī)劃及精準(zhǔn)定位、避免誤損傷、降低手術(shù)中轉(zhuǎn)率等都具有十分重要的作用[16-18]。我們?cè)诩韧墓ぷ髦?，使用了Mimics軟件試用版等，功能強(qiáng)大，重建效果滿(mǎn)意，但正版軟件昂貴，未能進(jìn)一步推廣使用；一些商業(yè)公司軟件，制作精美，省時(shí)省力，但存在可能出現(xiàn)少量錯(cuò)誤及需病人自費(fèi)等缺點(diǎn)，僅做嘗試性使用；DeepInsight軟件免費(fèi)授權(quán)，操作簡(jiǎn)便，按照數(shù)據(jù)采集的最佳要求進(jìn)行CT掃描可獲得滿(mǎn)意的重建效果。

本研究應(yīng)用DeepInsight軟件，通過(guò)下載的DICOM數(shù)據(jù)，進(jìn)行三維重建、手術(shù)規(guī)劃及虛擬手術(shù)用于指導(dǎo)微創(chuàng)胸腔鏡肺切除手術(shù)。對(duì)于肺葉切除加淋巴結(jié)清掃術(shù)，術(shù)中根據(jù)肺裂發(fā)育情況及肺血管有無(wú)外侵，選擇手術(shù)順序?yàn)閱蜗蚴交騻鹘y(tǒng)順序，根據(jù)術(shù)前重建的三維圖像，精準(zhǔn)解剖并處理支氣管、不全肺裂、肺動(dòng)靜脈及段間平面，避免損傷、誤斷支氣管及肺動(dòng)靜脈，同時(shí)行淋巴結(jié)清掃。無(wú)中轉(zhuǎn)開(kāi)胸及術(shù)中意外出血情況，圍術(shù)期無(wú)嚴(yán)重并發(fā)癥及死亡病例。其解決手術(shù)難度主要是將腫瘤體積、解剖、毗鄰結(jié)構(gòu)以及生長(zhǎng)類(lèi)型等方面進(jìn)行重建和虛擬手術(shù)。將腫瘤及肺結(jié)構(gòu)立體化，對(duì)各種解剖結(jié)構(gòu)與腫瘤、淋巴結(jié)空間位置關(guān)系進(jìn)行直觀觀察，對(duì)術(shù)中風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)判，避免術(shù)中誤損傷各種肺動(dòng)脈、肺靜脈、支氣管等結(jié)構(gòu)情況，避免可能出現(xiàn)的肺血管損傷導(dǎo)致的中轉(zhuǎn)開(kāi)胸甚至無(wú)法控制的大出血等情況發(fā)生，圍術(shù)期無(wú)咯血、肺不張、嚴(yán)重漏氣等嚴(yán)重并發(fā)癥病例。對(duì)于肺結(jié)節(jié)的肺段切除手術(shù)，通過(guò)術(shù)前三維重建明確肺結(jié)節(jié)空間定位、肺靜脈、肺動(dòng)脈、支氣管等結(jié)構(gòu)的變異、走行及匯合情況，并充分認(rèn)識(shí)支氣管、肺動(dòng)靜脈等解剖結(jié)構(gòu)的毗鄰關(guān)系，術(shù)前精準(zhǔn)規(guī)劃最佳手術(shù)入路，根據(jù)每個(gè)病人的不同情況規(guī)劃個(gè)體化肺段切除術(shù)。術(shù)中按照術(shù)前規(guī)劃，對(duì)照三維圖像進(jìn)行操作，均順利完成手術(shù)。所有病人術(shù)后均未發(fā)生如出血、嚴(yán)重漏氣、咯血、肺不張等嚴(yán)重并發(fā)癥。通過(guò)應(yīng)用三維重建技術(shù)及虛擬手術(shù)規(guī)劃制定的微創(chuàng)胸腔鏡肺切除手術(shù)治療總體安全可靠。

綜上所述，通過(guò)術(shù)前、術(shù)中的三維重建技術(shù)，術(shù)前對(duì)中央型肺癌、腫大淋巴結(jié)與肺解剖結(jié)構(gòu)的空間關(guān)系進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估，對(duì)于肺結(jié)節(jié)精準(zhǔn)定位，同時(shí)明確各種解剖異常，進(jìn)行術(shù)前精準(zhǔn)手術(shù)規(guī)劃及術(shù)中實(shí)時(shí)導(dǎo)航技術(shù)的臨床應(yīng)用，能夠精準(zhǔn)、高效、安全方便地實(shí)施胸腔鏡肺葉和肺段切除手術(shù)。