三維重建及虛擬手術規劃在胸腔鏡解剖性肺段切除術中的應用

劉海濤 王黎彬 戚維波 楊帆 施谷平 張小航 趙俊杰 馬興杰

[摘要] 目的 探討利用Deepinsinght軟件進行三維重建及虛擬手術規劃在胸腔鏡解剖性肺段切除術中的應用價值。方法 回顧性分析2018年1～12月我院行胸腔鏡解剖性肺段切除術治療的22例術前疑似早期肺癌患者的臨床資料。術前將胸部增強CT檢查的斷層二維圖像信息以DICOM格式導入Deepinsinght系統中進行三維重建及虛擬手術規劃實施精準肺段切除。觀察指標：①術前三維重建及虛擬手術規劃情況;②術中及術后情況。③隨訪情況。 結果 ①術前三維重建及虛擬手術規劃情況：22例患者術前均完成三維重建和虛擬手術規劃;②術中及術后情況：22例患者均順利行胸腔鏡解剖性肺段切除術，無中轉開胸。22例患者手術時間為（115.05±27.54）min，術中出血量為（78.64±16.14）mL，術后拔管時間為（3.55±1.06）d，術后住院時間為（7.27±2.62）d。術后發生肺部感染2例，發生肺動脈栓塞1例，均經保守治療后痊愈。術后腫瘤TNM分期為：良性腫瘤1例，0期9例，IA期11例、IB期2例。三維重建和虛擬手術規劃評估腫瘤性質的準確率為95.5%（21/22）。③隨訪情況：隨訪期間所有患者均未發生局部復發、遠處轉移及死亡情況。 結論 應用三維重建及虛擬手術規劃能實現精準肺段切除，可提高胸腔鏡解剖性肺段切除術的準確性和安全性。

[關鍵詞] 肺部腫瘤;三維重建技術;虛擬手術規劃技術;肺段切除術

[中圖分類號] R655.3? ? ? ? ? [文獻標識碼] A? ? ? ? ? [文章編號] 1673-9701（2020）32-0004-04

[Abstract] Objective To explore the application value of three-dimensional reconstruction and virtual surgical planning using Deepinsinght software in thoracoscopic anatomic lung segment resection. Methods The clinical data of 22 patients with preoperative suspected early lung cancer who underwent thoracoscopic anatomic lung segment resection in our hospital from January to December 2018 were retrospectively analyzed. The two-dimensional tomography information of chest enhanced CT examination was imported into Deepinsinght system in DICOM format for 3D reconstruction and virtual surgical planning for accurate lung segment resection. The observation index included： ①preoperative three-dimensional reconstruction and virtual operation planning; ②intraoperative and postoperative conditions; ③follow-up situation. Results ①Preoperative three-dimensional reconstruction and virtual operation planning： All the 22 patients completed 3D reconstruction and virtual operation planning before the operation. ②Intraoperative and postoperative conditions： All the 22 patients underwent thoracoscopic anatomic lung segment resection successfully， without conversion to thoracotomy. The operative time of 22 patients was（115.05±27.54）min， the intraoperative blood loss was（78.64±16.14）mL， the postoperative extubation time was（3.55±1.06）d， and the postoperative hospital stay was（7.27±2.62）d. Postoperative pulmonary infection occurred in 2 cases and pulmonary embolism in 1 case， all of which were cured after conservative treatment. Postoperative tumor TNM stage was benign in 1 case， stage 0 in 9 cases， stage IA in 11 cases， and stage IB in 2 cases. The accuracy of 3D reconstruction and virtual surgical planning in assessing the nature of the tumor was 95.5%（21/22）.③Follow-up：No local recurrence， distant metastasis， or death occurred during the follow-up period. Conclusion The application of 3D reconstruction and virtual surgical planning can achieve accurate lung segment resection and improve the accuracy and safety of thoracoscopic anatomic lung segment resection.

[Key words] Lung tumor; Three-dimensional reconstruction technology; Virtual surgical planning technology; Lung segment resection

近年來，肺癌的死亡率逐年上升，已居惡性腫瘤死亡之首[1-2]。隨著低劑量螺旋CT廣泛地應用于普查，早期肺癌越來越多地被發現。雖然肺葉切除術是目前早期肺癌的標準術式，但最近研究發現肺段切除術治療早期肺癌的術后局部復發率和遠期生存率與肺葉切除術無顯著性差異[3-6]。由于肺段血管、支氣管等解剖結構復雜多變，如術中對肺段支氣管、血管判斷不準，可增加術后并發癥和死亡風險。本研究回顧性分析2018年1～12月我院行胸腔鏡解剖性肺段切除術治療的22例術前疑似早期肺癌患者的臨床資料，探討三維重建及虛擬手術規劃在胸腔鏡解剖性肺段切除術中的有效性及安全性，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

男4例，女18例;年齡25.0～73.0歲，平均（52.86±13.78）歲。術前均行心電圖檢查、肝膽胰脾腎B超、心臟彩超、纖維支氣管鏡檢查、頭顱MRI檢查、胸部CT增強檢查、常規肺功能檢查、全身骨骼顯像檢查。本研究通過嘉興市第一醫院醫學倫理委員會審批，患者及家屬術前均簽署知情同意書。

1.2 納入標準和排除標準

納入標準：①既往無腫瘤病史;②經胸腔鏡解剖性肺段切除術治療;③臨床資料完整。

排除標準：①合并其他嚴重疾病不能耐受手術;②不愿意接受手術治療;③不配合檢查者和對造影劑過敏者;④臨床資料缺失。

1.3 術前三維重建及虛擬手術規劃

1.3.1 胸部CT增強靶掃描檢查? 采用320排螺旋CT（德國西門子公司產品）掃描。注射碘海醇后30 s行肺動脈掃描，10 s行肺靜脈掃描。掃描參數：層厚1.0 mm，重建間隔0.5 mm，矩陣512×512，管電壓120 kV，管電流250 mAs。

1.3.2 肺臟的三維重建及虛擬手術規劃? 由1名高年資副主任醫師及以上放射科醫師指導完成。術前將胸部增強CT檢查的CT斷層二維圖像信息以DICOM格式導入Deepinsinght系統（沈陽東軟醫療系統有限公司授權提供）進行肺臟、肺動靜脈、支氣管和肺部腫瘤的三維重建，評估肺動靜脈、支氣管的解剖與變異、腫瘤與肺動靜脈、支氣管的空間毗鄰關系及侵犯程度，定位腫瘤的所在肺段部位及毗鄰結構的空間位置關系。應用虛擬手術規劃技術，劃定預切除的靶段支氣管、動靜脈及保留的段間血管，預定需要分離的段間交界面，判斷肺部腫瘤可切除性，根據三維重建及虛擬手術規劃結果，制訂個體化肺段切除術。

1.4 手術方法

基于三維重建及虛擬手術規劃結果，結合術中實際情況行個體化的精準肺段切除術。采用全麻雙腔氣管插管麻醉方式，健側單肺通氣。采用常規3孔法：觀察孔位于腋中線第7肋間，操作孔分別位于腋前線第3或4肋間和腋后線第9肋間。依次游離出靶段的肺靜脈、肺動脈及肺支氣管，并用一次性直線切割閉合器依次離斷靶段的肺靜脈和肺動脈。使用膨脹-萎陷法確定段間平面，予直線切割閉合器離斷段間平面，取出標本。術中快速冷凍病理學檢查明確腫瘤性質及切緣，保證切除肺組織切緣距離病變邊緣≥2 cm。術中常規系統清除N1站和N2站淋巴結。

1.5 觀察指標

①術前三維重建及虛擬手術規劃情況。②術中及術后情況：觀察手術時間、術中出血量、術后拔管時間及術后住院時間等，并觀察術后并發癥發生情況。

1.6 隨訪

通過門診進行術后隨訪，了解患者術后局部復發、遠處轉移及死亡情況。截止至2019年6月。

2 結果

2.1 三維重建及虛擬手術規劃情況

22例患者均完成三維重建及虛擬手術規劃。三維重建結果可立體顯示腫瘤與靶段支氣管、血管的空間關系。見封三圖1。

2.2 手術及術后情況

22例患者均順利完成胸腔鏡解剖性肺段切除術，無中轉開胸。術中實際情況與術前三維重建圖像基本相符，均按模擬肺段切除結果完成精準肺段切除。手術切除肺段部位見表1。22例患者均根據術中快速病理結果聯合行胸腔鏡縱隔淋巴結清掃術或縱隔淋巴結采樣術，其中2例聯合行胸腔鏡右肺上葉楔形切除術，2例聯合行胸腔鏡左肺上葉楔形切除術，1例聯合行胸腔鏡胸腺切除術。22例患者手術時間為（115.05±27.54）min，術中出血量為（78.64±16.14）mL。22例患者中，2例發生術后肺部感染，1例發生肺動脈栓塞。均經保守治療后痊愈。22例患者術后拔管時間為（3.55±1.06）d，術后住院時間為（7.27±2.62）d。22例患者術后腫瘤TNM分期為良性腫瘤1例、0期9例、ⅠA期11例、ⅠB期2例。三維重建和虛擬手術規劃評估腫瘤性質的準確率為95.5%（21/22）。

2.3 隨訪情況

22例患者術后隨訪時間為6～18個月，隨訪期間所有患者均未發生腫瘤局部復發、遠處轉移及死亡情況。

3 討論

近年來，隨著低劑量螺旋CT在臨床上被廣泛應用，越來越多的早期肺癌被及時發現[7]。由于我國人口老齡化趨勢的加快，高齡患者的比例逐漸增大。尤其是心肺功能差的早期肺癌患者，肺段切除術成為首選手術方式，但由于肺段解剖結構的錯綜復雜，不僅涉及到肺部腫瘤的空間位置關系，還涉及到肺段氣管、肺動靜脈等解剖學問題。

目前B超、CT、MRI等數字影像學的進步推動了胸外科的發展，使許多復雜胸外科手術得以實施。通過運用三維重建技術，可從多平面三維顯示肺部腫瘤空間位置，可在多平面進行任意方向的切割和重建靶段氣管及血管，并對靶段氣管、血管等三維圖像進行實時立體顯示。同時，通過運用虛擬手術規劃技術，通過觀察不同手術路徑中的操作器械與肺部腫瘤、靶段氣管及血管等結構的相對位置信息，為術中定位和識別靶段氣管及血管等解剖結構提供直觀的、準確的實時導航，引導靶段氣管、血管的分離和肺部腫瘤的切除，完成精確的肺段切除[8]。本研究中通過運用三維重建及虛擬手術規劃技術均找到最佳入徑，制訂并實施個體化的肺段切除術。

高質量的胸部二維數據是成功進行三維數字化肺臟研究的前提。三維重建及虛擬手術規劃在胸腔鏡解剖性肺段切除術中的優勢[9]：①肺段支氣管、動靜脈變異的評估。肺段的血管、支氣管等解剖結構復雜多變，通過三維重建技術可以直觀的顯示肺段的動靜脈、支氣管的變異情況，有利于術前精確評估。制訂個體化的精準解剖性肺段切除方案。②靶段腫瘤定位的評估：醫師根據患者的X線和CT等二維圖像，憑借自己的臨床經驗和空間思維很難準確評估腫瘤與血管、支氣管的空間結構關系，而三維重建技術可直觀、準確地判斷腫瘤與靶段血管、支氣管等毗鄰結構的位置關系。③手術設計：運用虛擬手術規劃技術進行手術模擬演練，測量切緣長度和精確切除肺段范圍，選擇手術最佳切路徑，標注需要切斷的肺段支氣管、動靜脈以及保留的肺段支氣管、動靜脈，預定需要分離的段間交界面，從而可以實現精準的肺段切除。本研究通過運用三維重建及虛擬手術規劃技術，可透視肺段支氣管、動靜脈等脈管系統的走行及變異情況，全方位觀察肺部腫瘤所在肺段及其與毗鄰肺段支氣管、動靜脈等解剖結構的關系，結果發現三維重建及虛擬手術規劃評估腫瘤性質的準確率為95.5%，且術前三維重建及虛擬手術規劃的結果在術中得到了驗證。

由于肺段支氣管、動靜脈等解剖復雜多變的情況及腫瘤的特殊解剖學位置關系，容易損傷肺段支氣管及血管。基于CT的二維圖像具有一定不確定性，難以全面掌握肺段的支氣管、血管情況，而三維重建及虛擬手術規劃對于肺段支氣管、血管等解剖結構復雜多變的肺段切除術，能準確完成術前評估[10-12]、術前模擬演練和術中導航[9，13]，可降低術后并發癥的發生率[14-16]。王黎彬[9]術前將胸部增強CT檢查的斷層二維圖像信息以DICOM格式導入Deepinsinght系統中運用三維重建技術構建三維數字模型，能準確判斷肺段支氣管、動靜脈的變異情況，并在三維數字模型上運用虛擬手術規劃技術進行術前模擬演練，從而實現精準肺段切除。本研究結果顯示，三維重建及虛擬手術規劃技術可從水平面、冠狀位、矢狀位等多平面顯示肺部腫瘤空間位置，還可以在水平面、冠狀位、矢狀位等多平面進行任意方向的切割和重建肺段支氣管及肺動靜脈。術前通過模擬手術演練，可精準判斷和處理肺段支氣管及血管，精確分離肺段間交界面，從而提高手術的準確性和安全性。

綜上所述，應用三維重建及虛擬手術規劃能夠實現精準肺段切除，可提高胸腔鏡解剖性肺段切除術的準確性和安全性，還體現了數字化、精準化、個體化的醫療趨勢，具有重要的臨床應用價值。

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（收稿日期：2020-05-06）