3D-CT 重建聯(lián)合3D 打印模型可視化技術(shù)在單孔胸腔鏡肺手術(shù)患者中的應(yīng)用研究

章祖雄，李斌，周雪梅，饒鼎宇，桑成鵬，黃明登，謝春發(fā)（通信作者）

1 贛南醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院 （江西贛州 341000）；2 贛州市石城縣人民醫(yī)院 （江西贛州 341000）

肺癌是臨床上發(fā)生率較高的惡性腫瘤，已成為導(dǎo)致人類死亡的重要原因。非小細(xì)胞肺癌在病理上可分為鱗癌、腺癌與大細(xì)胞癌3 種，且與小細(xì)胞肺癌相比，非小細(xì)胞肺癌具有生長(zhǎng)和分裂較慢，擴(kuò)散與轉(zhuǎn)移相對(duì)較少等特點(diǎn)，發(fā)病率占所有肺癌病例的80%[1]。但多數(shù)非小細(xì)胞肺癌患者發(fā)病早期癥狀缺乏典型性，確診時(shí)已是中晚期，增加了臨床治療難度。隨著胸部CT 在體檢中的廣泛應(yīng)用，越來(lái)越多的肺癌患者被發(fā)現(xiàn)。對(duì)于早期肺癌患者的治療，臨床中多采用肺段切除術(shù)[2]。與肺葉相比，肺段解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，更容易發(fā)生變異，積極尋找更好的顯示肺段解剖結(jié)構(gòu)、指導(dǎo)肺段切除術(shù)的技術(shù)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。3D-CT 能較好地重建患者病變肺葉血管、支氣管和腫瘤的三維圖像，但該方法在肺血管和支氣管解剖方面存在較大的局限性[3]。3D 打印模型可視化技術(shù)不僅能規(guī)避2D 屏幕顯示3D 圖像的不足，還能制作人體器官的物理模型，完美呈現(xiàn)人體器官的解剖結(jié)構(gòu)，重建病變肺葉的血管、支氣管和腫瘤的三維圖相關(guān)[4]。本研究以醫(yī)院行單孔胸腔鏡肺手術(shù)患者為對(duì)象，探討3D-CT 重建聯(lián)合3D 打印模型可視化技術(shù)在單孔胸腔鏡肺手術(shù)患者中的應(yīng)用效果，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

前瞻性選擇2021 年2 月至2022 年3 月贛南醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院及贛州市石城縣人民醫(yī)院100 例行單孔胸腔鏡肺手術(shù)非小細(xì)胞肺癌患者為研究對(duì)象，以隨機(jī)數(shù)字表法分為對(duì)照組和試驗(yàn)組。對(duì)照組50 例，其中男31 例，女19 例；年齡34～75 歲，平均（53.69±4.61）歲；體質(zhì)量指數(shù)18～29 kg/m2，平均（22.63±4.14）kg/m2；病灶直徑1～6 cm，平均（3.15±0.41）cm；腫瘤分期：Ⅰ～Ⅱ期28 例，Ⅲ～Ⅳ期22 例；合并癥：高血壓6 例，糖尿病4 例，高脂血癥8 例；試驗(yàn)組50 例，其中男29 例，女21 例；年齡33～74 歲，平均（53.76±4.68）歲；體質(zhì)量指數(shù)19～30 kg/m2，平均（22.68±4.19）kg/m2；病灶直徑1～7 cm，平均（3.24±0.46）cm；腫瘤分期：Ⅰ～Ⅱ期29例，Ⅲ～Ⅳ期21 例；合并癥：高血壓4 例，糖尿病5 例，高脂血癥7 例?；颊呒凹覍倬鶎?duì)本研究知情并簽署同意書(shū)。研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)審核批準(zhǔn)。

納入標(biāo)準(zhǔn)：符合肺癌診斷標(biāo)準(zhǔn)[5]，經(jīng)病理檢查確診；行單孔胸腔鏡肺手術(shù)治療，患者均可耐受；病情穩(wěn)定，能進(jìn)行溝通和交流，且患者具有完整的頭顱CT、全身骨掃描及胸部增強(qiáng)檢查結(jié)果。排除標(biāo)準(zhǔn)：手術(shù)方式非解剖性肺葉切除加縱膈、肺門淋巴結(jié)清掃術(shù)者；拒絕手術(shù)或術(shù)后病理為小細(xì)胞肺癌；良性病變或轉(zhuǎn)移癌者。

1.2 方法

所有患者檢查均為平臥位，均做三期增強(qiáng)掃描數(shù)據(jù)（平掃期、靜脈期及動(dòng)脈期）；層厚0.6～1.25 mm；標(biāo)準(zhǔn)DICOM 格式；無(wú)偽影、無(wú)鋸齒狀、顯影清晰。試驗(yàn)組采用的是振源醫(yī)療器械科技有限責(zé)任公司基于Mimics 三維重建技術(shù)開(kāi)展的3D 打印技術(shù)。

1.2.1 術(shù)前計(jì)劃擬定

對(duì)照組：術(shù)前通過(guò)胸部增強(qiáng)掃描CT 常規(guī)制定術(shù)前計(jì)劃。

試驗(yàn)組：術(shù)前基于高精度增強(qiáng)CT 掃描，并采用3D-CT 重建雙肺、肺癌病灶、支氣管和毗鄰動(dòng)靜脈模型，借助3D 打印模型可視化技術(shù)打印模型。常規(guī)采集肺部薄層增強(qiáng)CT 影像數(shù)據(jù)，掃描完畢后，將獲得的影像學(xué)數(shù)據(jù)[三期增強(qiáng)掃描數(shù)據(jù)（平掃期、靜脈期及動(dòng)脈期）；層厚≤1 mm；標(biāo)準(zhǔn)DICOM 格式；無(wú)偽影、無(wú)鋸齒狀、顯影清晰]傳輸?shù)胶筇幚砉ぷ髡局校瘫P后存儲(chǔ)；將上述獲得的個(gè)體化數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D-slice 4.11.0 軟件中，采用蒙板技術(shù)選取，建立雙肺、肺癌病灶、支氣管和毗鄰動(dòng)靜脈模型。通過(guò)C3D 視窗建立能實(shí)現(xiàn)任意移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、拆分、縮放、融合、透明化顯示，并可清晰顯示病灶與胸廓、肺臟與靶肺葉血管、支氣管空間位置的個(gè)體化肺癌3D可視化應(yīng)用。根據(jù)血管、支氣管分型和肺癌病灶位置精準(zhǔn)制定詳細(xì)的手術(shù)方案。然后用Lite600HD 三維打印機(jī)（上海聯(lián)合技術(shù)有限公司，中國(guó)上海）打印3D 模型（圖1）。

圖1 肺部模型示意圖

1.2.2 手術(shù)方法

兩組采用相同的手術(shù)方式，均待手術(shù)方法制定完畢后，常規(guī)采用雙腔通氣，對(duì)患者行全身麻醉，作1～2 個(gè)手術(shù)切口。單操作孔為腋中線第7、8 肋間常規(guī)放置10 mm 攝像孔，于腋前線第4、5 肋間作長(zhǎng)為20～30 mm手術(shù)切口；單孔位置為：上肺腋中-后線之間第4 肋間做30 mm 切口作為操作孔及攝像孔。根據(jù)3D 打印模型制定的術(shù)前計(jì)劃，術(shù)中尋找靶節(jié)段的動(dòng)、靜脈，避免意外損傷。均采用采用改良“肺澎張-萎陷法”尋找節(jié)段性邊界；夾閉靶段支氣管，完成肺擴(kuò)張，保證靶段支氣管正確。待上述操作完畢后，切除靶段支氣管，并完全擴(kuò)張肺組織。健側(cè)單肺通氣約15 min，患側(cè)靶段仍擴(kuò)張，其他肺段塌陷。根據(jù)充氣靶肺組織與塌陷肺組織的邊界，切除靶肺段。所有惡性結(jié)節(jié)手術(shù)患者切緣需≥2 cm，或至少等于腫塊直徑，否則需行聯(lián)合肺段切除術(shù)；對(duì)于淋巴結(jié)陽(yáng)性患者，行縱膈淋巴結(jié)清掃術(shù)，手術(shù)完成后切口肋間常規(guī)給予羅哌卡因注射液（浙江仙琚制藥股份有限公司，國(guó)藥準(zhǔn)字H20163208，規(guī)格：10 mg‥75 mg）20 ml 在切口肋間及上下肋間肌內(nèi)注射各3 ml，完成肋間神經(jīng)阻滯，并于切口部位留置胸腔閉式引流管。

1.3 觀察指標(biāo)

（1）手術(shù)指標(biāo)、視覺(jué)模擬疼痛：記錄兩組手術(shù)與住院時(shí)間、術(shù)中出血量及術(shù)后引流量；兩組術(shù)前、手術(shù)1 d后采用視覺(jué)模擬評(píng)分法（visual analogues cale，VAS）評(píng)估患者疼痛，總分10 分，得分越高，表示疼痛越重[6]；（2）肺功能水平：兩組術(shù)前、手術(shù)7 d 后采用肺功能測(cè)定儀（比利時(shí)麥迪公司，型號(hào)：Medi Soft HYPAIR PROVO2）測(cè)定患者用力肺活量（forced vital capacity，F(xiàn)VC）、第一秒用力呼氣容積（forced expiratory volume in one second，F(xiàn)EV1）和最大自主通氣量（maximal voluntary ventilation，MVV）水平[7]；（3）術(shù)后并發(fā)癥：記錄兩組圍術(shù)期心律失常、肺部感染、靜脈血栓、肺不張、胸膜支氣管瘦及術(shù)后漏氣發(fā)生率。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用SPSS 22.0 軟件處理，計(jì)數(shù)資料行χ2檢驗(yàn)，采用率表示，計(jì)量資料行t檢驗(yàn)，采用±s表示，P<0.05 差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組手術(shù)指標(biāo)及VAS 評(píng)分比較

兩組術(shù)前VAS 評(píng)分、住院時(shí)間比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)意義（P>0.05）；試驗(yàn)組手術(shù)1 d 后VAS 評(píng)分低于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）；試驗(yàn)組手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量及術(shù)后引流量均少于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），見(jiàn)表1。

表1 兩組手術(shù)指標(biāo)及VAS 評(píng)分比較（±s）

表1 兩組手術(shù)指標(biāo)及VAS 評(píng)分比較（±s）

注：與術(shù)前比較，#P<0.05；VAS 為視覺(jué)模擬評(píng)分法

術(shù)中出血量（ml）試驗(yàn)組 50 112.19±14.29 5.97±1.21 53.29±4.34對(duì)照組 50 113.52±15.12 5.99±1.23 68.94±5.51 t 8.671 1.413 8.091 P 0.000 0.569 0.000組別 例數(shù) 術(shù)后引流量（ml）組別 例數(shù) 手術(shù)時(shí)間（min）住院時(shí)間（d）VAS 評(píng)分（分）術(shù)前 手術(shù)1 d 后試驗(yàn)組 50 751.21±32.59 1.12±0.69 3.12±0.86#對(duì)照組 50 943.69±36.61 1.14±0.71 5.53±0.94#t 5.492 1.591 5.013 P 0.000 0.437 0.000

2.2 兩組肺功能比較

兩組術(shù)前肺功能比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)意義（P>0.05）；兩組手術(shù)7 d 后肺功能得到提高，且試驗(yàn)組FVC、FEV1及MVV 水平高于對(duì)照組（P<0.05），差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，見(jiàn)表2。

表2 兩組肺功能比較（±s）

表2 兩組肺功能比較（±s）

注：與術(shù)前比較，#P<0.05；FVC 為用力肺活量，F(xiàn)EV1 為第一秒用力呼氣容積，MVV 為最大自主通氣量

組別 例數(shù) FVC（L）術(shù)前 手術(shù)7 d 后試驗(yàn)組 50 2.45±0.34 3.21±0.42#對(duì)照組 50 2.44±0.32 2.86±0.38#t 1.591 7.412 P 0.325 0.000組別 例數(shù) FEV1（L）術(shù)前 手術(shù)7 d 后試驗(yàn)組 50 2.04±0.25 2.56±0.51#對(duì)照組 50 2.06±0.27 2.31±0.45#t 0.456 6.126 P 0.322 0.000組別 例數(shù) MVV（L）術(shù)前 手術(shù)7 d 后試驗(yàn)組 50 73.23±4.61 84.35±6.98#對(duì)照組 50 73.26±4.64 78.68±5.63#t 1.963 8.491 P 0.881 0.000

2.3 兩組并發(fā)癥發(fā)生情況比較

試驗(yàn)組圍術(shù)期并發(fā)癥發(fā)生率低于對(duì)照組（P<0.05），見(jiàn)表3。

表3 兩組并發(fā)癥發(fā)生情況比較[例（%）]

3 討論

多數(shù)肺癌患者需借助單孔胸腔鏡肺手術(shù)切除病灶組織。利用胸腔鏡的放大作用，能清晰地顯示病灶部位、病灶數(shù)量及大小，可切除病灶組織，多數(shù)患者能從中獲益[8-9]。3D-CT 重建則能較好地重建患者的病變肺葉的血管、支氣管和腫瘤的三維圖像，廣泛用于非小細(xì)胞肺癌的術(shù)前規(guī)劃。Wang 等[10]研究表明，3D-CT 重建可用于靶肺野血管、支氣管與腫瘤的3D 圖像處理，通過(guò)查看3D 圖像能明確靶肺葉內(nèi)支氣管和血管的分布與變化，防止出現(xiàn)術(shù)中損傷。同時(shí)，3D-CT 重建技術(shù)能評(píng)估患者肺血管分支模式，利于提高術(shù)中胸腔鏡肺段切除和肺葉切除操作的安全性與有效性，能較好地指導(dǎo)臨床治療，保證手術(shù)順利完成。但是，3D-CT 重建使用時(shí)仍需要在2D 屏幕上顯示，導(dǎo)致肺血管、支氣管解剖存在諸多局限性。

針對(duì)3D-CT 重建存在的弊端與不足，3D 打印技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于臨床。3D 打印技術(shù)是一種新型的數(shù)字打印技術(shù)，不僅能完美突破2D 屏幕上顯示3D圖像的局限性，亦可較完美地制作人體器官的相應(yīng)的物理模式，呈現(xiàn)人體器官的解剖結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)病變肺葉血管、支氣管和腫瘤三維圖像的重建，有助于改善患者手術(shù)過(guò)程，利于患者術(shù)后恢復(fù)。臨床上，將3D-CT 重建聯(lián)合3D 打印模型可視化技術(shù)用于單孔胸腔鏡肺手術(shù)患者中，亦能發(fā)揮不同方法優(yōu)勢(shì)。本研究中，試驗(yàn)組手術(shù)1 d 后VAS 評(píng)分低于對(duì)照組（P<0.05）；試驗(yàn)組手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量及術(shù)后引流量少于對(duì)照組（P<0.05）。從本研究結(jié)果看出，3D-CT 重建聯(lián)合3D 打印模型可視化技術(shù)能減輕單孔胸腔鏡肺手術(shù)患者疼痛，縮短手術(shù)及恢復(fù)時(shí)間。兩組手術(shù)7 d 后肺功能得到提高，且試驗(yàn)組FVC、FEV1及MVV 水平高于對(duì)照組（P<0.05），研究結(jié)果表明，3D-CT 重建聯(lián)合3D 打印模型可視化技術(shù)能提高單孔胸腔鏡肺手術(shù)患者術(shù)后肺功能恢復(fù)。何光建等[11]研究表明，3D 打印模型能更好、更快地幫助住院醫(yī)師制定術(shù)前計(jì)劃，縮短手術(shù)醫(yī)師的學(xué)習(xí)時(shí)間。同時(shí)，通過(guò)3D 模型增加了3D 感知，能提高醫(yī)師的觸覺(jué)反應(yīng)，降低術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率[12]。本研究中，試驗(yàn)組圍術(shù)期并發(fā)癥發(fā)生率低于對(duì)照組（P<0.05），從本研究結(jié)果看出，3D-CT 重建聯(lián)合3D打印模型可視化技術(shù)能降低單孔胸腔鏡肺手術(shù)患者并發(fā)癥發(fā)生率，提高手術(shù)安全性。

綜上所述，3D-CT 重建聯(lián)合3D 打印模型可視化技術(shù)用于單孔胸腔鏡肺手術(shù)患者中手術(shù)創(chuàng)傷較小，能減輕患者疼痛，提升患者肺功能水平，可降低術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率。