三維重建技術在肺段切除術中的應用研究進展

【關鍵詞】 三維CT血管支氣管成像；肺段切除術；肺結節

中圖分類號：R734.2 文獻標志碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-1383.2024.01.014

在全球范圍內，肺癌約占總確診癌癥人數的1/10（11.4%）和死亡的1/5（18.0%），是最常見的癌癥之一［1］。肺癌的發病率和病死率在我國均居所有癌癥的首位［2］。懷疑高度惡性的肺結節治療仍以外科根治性切除為首選，微創及精準切除的發展使更多的患者愿意接受手術治療，更多的胸外科醫師開始重視肺段切除在治療早期肺癌中的應用。對于早期肺癌的治療，肺段切除與肺葉切除相比不但能夠得到相似的遠期療效，而且能夠保留更多的肺功能，減少術后并發癥的發生［3-4］。但由于肺段的解剖結構變異較多且十分復雜，術中易發生多切、漏切、血管損傷等風險［5］，這就需要術者對肺段的解剖結構有清楚的了解。三維CT血管支氣管成像（3D-CTBA）技術將二維圖像轉換為三維圖像，將結節與目標肺段、動靜脈之間的位置關系清晰地呈現，為術者提供直觀的視圖辨識肺段的解剖結構，減少術中損傷，提高手術安全性并實現精確切除。隨著三維重建技術的發展，3D-CTBA已廣泛運用于胸腔鏡精準肺段切除的術前評估、手術方案設定、結節的定位、支氣管和肺動靜脈的識別等［6］。本文結合國內外文獻報道對三維重建技術在肺段切除術中的研究進展作相關綜述。

1 肺段切除術

肺段切除是將比肺葉更小的一些肺組織單元（肺段）進行切除，保留該肺葉其余的正常肺組織。盡管肺段切除手術存在廣泛差異，但可分為簡單（典型）和復雜（非典型）［7-8］。簡單節段切除術僅需分割一個節段間平面，包括下葉的S6節段（上節段）或基底節段切除，以及左上葉的上節段（三節段）和舌段切除；還包括左上肺固有段切除、舌段切除、背段切除和基底段切除。復雜節段切除需要分割多個段間平面，包括所有其他節段切除術，技術難度較大。CHURCHILL和BELSEY于1939年首次報道了應用肺段切除術來治療支氣管擴張［9］。LE ROUX［10］于1972年首次報道肺段切除手術在原發性肺癌外科治療中的應用?，F在節段切除已逐漸普及，并已證明取得了良好的效果。對于肺段切除術的適應證，《中華醫學會肺癌臨床診療指南（2022版）》有如下幾點［11］，（1）對行肺葉切除術無法耐受的患者。（2）肺部結節直徑≤2 cm，且同時具備以下條件之一：毛玻璃成分＞50%或腫瘤倍增時間≥400 d。（3）肺段切除術要求至少要保證足夠的手術切緣（≥2 cm或≥病灶直徑）。胸腔鏡肺段切除術更適合應用于切除相應肺段就能完全切除病灶的肺結節患者［12］，其具有微創、術中損傷較小、保留更多的肺功能、術后并發癥少等特點。對于已經明確是良性結節，但由于結節位置較深無法行肺楔形切除的患者，也可考慮行肺段切除術［13］。

2 三維重建的概述

以醫學影像為基礎的三維重建技術是通過軟件將輸入的二維薄層CT圖像整合成立體的三維圖像，虛擬構建器官的幾何形態［14］，既避免了人為的虛擬重構過程，又減少了主觀因素可能造成的誤差。三維重建技術始于20世紀70年代。TOMASI和KANADE于1992年完成了第一個基于圖像的3D重建系統［15］。然后，學者們開始應用3D重建來確定腫瘤和血管之間的關系，并識別肺動靜脈和支氣管。初行肺段切除術，重建肺部解剖時，對于肺段血管、支氣管解剖不太熟悉者需行CTA檢查，待慢慢掌握解剖后行增強CT，熟練掌握其解剖結構者僅行薄層CT即可?，F在，三維重建被廣泛應用于胸外科手術。而三維重建技術將薄層二維圖像信息導入重建軟件，將支氣管、肺動靜脈、肺結節分別重建并著色加以區分，而且還可以全方位、多層次地顯示相應的圖像，手術醫師可以更好地了解肺動靜脈、支氣管與結節的解剖位置關系，方便術者確定段間平面，選擇合適的手術路徑和制訂手術計劃，減少手術損傷，提高手術精準性等［16］。

3 三維重建技術指導胸腔鏡精準肺段切除術的優勢

三維重建技術可以將肺動靜脈和支氣管的2D圖像轉換為血管樹和支氣管樹的3D圖像，清晰地顯示與結節伴行的血管和支氣管走行，術前及時發現血管和支氣管解剖變異，避免周圍重要結構的損傷［17］。三維重建技術可以三維顯示病變的形態學特征，還可以清楚地顯示病變內部和周圍的血液供應，幫助醫生更準確地判斷病變的性質。而且可以準確識別正常的解剖結構，明確肺段的劃分，準確定位結節的位置以及與目標肺段的位置關系［18］，這有助于目標段的完全切除和確保手術切緣。研究表明，術前通過3D圖像可以獲得全方位、立體、智能的動、靜態影像，可以清晰地顯示結節所處肺段、與周圍動靜脈及支氣管的解剖關系以及結節的形態結構，快速和直觀地識別個體解剖結構，減少術中出血風險，提高手術準確率及安全性［19］。三維重建有助于術前結節定位、手術方案的制訂、術前模擬和術中導航，為實現精準肺段切除提供重要保障。

3.1 結節的定位

如何安全且準確定位肺結節一直是胸外科醫師需要面臨及解決的問題，許多專家學者在這一方向不斷探索改進。肺結節的定位尤為重要，部分患者可能會因為無法準確定位結節而導致多切、漏切、中轉開胸甚至面臨手術失敗的風險。目前臨床上術前定位肺結節的方法很多，如CT引導下經皮肺穿刺實體標記物定位法（hook-wire、彈簧圈定位等）、CT引導下經皮肺注射液體標記物定位法（包括亞甲藍、碘油和鋇、放射性核素、吲哚菁綠等）、電磁導航支氣管鏡（electromagnetic navigation bronchoscopy，ENB）定位、術中超聲定位技術。術前CT引導下經皮肺穿刺hook-wire定位的常見并發癥是肺出血，最致命的并發癥是空氣栓塞，由于空氣栓塞有致死的可能性，該方法在日本已被禁止［20］；彈簧圈定位最常見的并發癥是無癥狀氣胸（4%～13%）及彈簧圈移位［21］；亞甲藍定位相對安全且價格低廉，但其主要缺點是染料彌散到周圍肺實質中，影響了結節的準確識別［22］；關于碘油和鋇，操作過程中引起的氣胸、出血、胸痛、痰中帶血是其常見并發癥［23］，鋇可能會導致嚴重的急性炎癥反應，甚至導致肺水腫及肺纖維化，應謹慎使用［24］；放射性核素既對設備有特殊要求又增加患者輻射暴露；CT引導下吲哚菁綠定位因其清晰的可視化而受到歡迎［25］，但由于熒光設備造價昂貴，不利于推廣；與其他經皮標記物相比，ENB引導的染料標記用于術中定位是安全的，且并發癥較少［26］，但也因造價昂貴，不便于推廣。這些方法對行肺段切除患者的結節肺段歸屬問題以及安全切緣的獲取并不十分準確。術中超聲定位雖然無氣胸等相關醫源性損傷風險，但其對深部結節的實用性有限，并且圖像受不完全放氣及彌漫性肺部疾病的影響［27］。研究表明，三維重建技術在術前進行肺部動靜脈及結節的重建，術者可根據結節與支氣管、動靜脈的幾何關系，明確結節所屬肺段，依據段間靜脈確定段間平面，無創定位肺結節與有創定位相比，減少了并發癥的發生與輻射暴露，且定位準確率也很高［28］。

3.2 支氣管、肺動靜脈的識別

眾所周知，肺段的支氣管、動靜脈的解剖結構變異較大，存在個體化差異。為了避免術中支氣管、動靜脈的損傷，胸外科醫師需要掌握肺部解剖結構，若術中對支氣管、動靜脈等的解剖結構無法準確判斷，易導致誤切或者大出血等情況的發生，甚至可能需要中轉開胸［29］，從而無法實現保護更多正常肺組織及術后肺功能的首要目的。基于CT的二維圖像，臨床醫生無法準確判斷靶支氣管、血管的走行，而三維重建技術的三維圖像可以直觀地顯示目標肺段支氣管、血管的解剖結構，有利于臨床制訂個性化精準肺段切除的手術方案。代祖建等［30］研究表明，術前應用三維重建可以及時并準確發現血管、支氣管的解剖變異，有利于精準切除結節和相應的段支氣管及血管，減少了術中出血量及術后并發癥的發生。SEGUIN-GIVELET等［31］根據構建的三維圖像，可直觀顯示肺段支氣管、動靜脈的走向及變異情況，全方位呈現結節、肺段血管及支氣管的空間位置關系，可提高手術的準確率和安全性。

3.3 手術切緣及手術入徑的確定

中華醫學會肺癌臨床診療指南［11］明確指出，進行肺段切除術應該做到手術切緣≥2 cm，或≥腫瘤的直徑；通過三維圖像識別段間動靜脈，確認段間平面，明確腫瘤所處肺段與鄰近肺段的位置關系，確保獲得足夠的手術切緣。應用三維重建技術設計手術方案，以2 cm為半徑向外球形擴張，在此范圍內的支氣管及血管均為靶段支氣管及血管，實行虛擬手術切除，選擇合適的手術路徑，獲得安全的手術切緣。

3.4 術中導航技術

即使在成功的術前規劃和模擬之后，在節段切除術中，識別解剖結構仍然具有挑戰性。使用3D-CT圖像的術中導航可以幫助外科醫生根據圖像和實際手術結果討論和確認節段解剖，并自信地進行安全可靠的肺節段切除［7］。

4 三維重建聯合新技術在肺段切除術中的應用

段間平面的確認對肺段切除術尤為重要，肺膨脹-萎陷法也同樣被廣泛應用于確認段間平面。但對于肺順應性差及肺氣腫的患者，肺膨脹-萎陷所需要的時間更長，段間平面顯示不夠清晰，麻醉及手術時長增加，且并發癥發生的風險增加。張偉等人［32］研究表明，利用三維重建聯合支氣管高頻通氣應用于肺段切除術，通過纖維支氣管鏡定位靶段支氣管，應用高頻噴射通氣機向目標肺段內供氧使其迅速膨脹，其余正常組織處于萎陷狀態，快速形成段間平面。這種方法可以快速、準確地確認段間平面，且單獨使目標肺段通氣膨脹對術中腔鏡視野影響較小，縮短了手術時長。但其不足之處在于首先需要麻醉醫師能夠快速、精準地將纖維支氣管鏡定位到目標肺段支氣管；其次，肺膨脹-萎陷周期很快，需要術者能夠在目標肺段徹底萎陷前完成段間平面的標記，否則需要的時間可能更久。但隨著經驗的積累、技術的熟練，相信這一困難能逐漸被克服，使該技術能夠得到更廣泛的應用。

5 小結與展望

三維重建在肺段切除術中的應用日益增多，但仍存在一些不足：（1）在大多數情況下，相鄰的肺段彼此交錯，而不是以直線為界。在操作過程中，搜索段間平面時可能會出現虛線邊界。（2）3D圖像仍然需要在缺乏實體感的2D窗口中顯示。（3）即使現有的重建軟件可以滿足操作的要求，但是軟件價格昂貴或不向個人用戶開放。未來，高對比度造影劑的應用、圖像采集技術的創新以及計算機處理軟件的進步將對三維重建的發展起到積極作用。3D重建可以與3D打印、虛擬現實（virtual reality，VR）及混合現實（mixed reality，MR）等人工智能技術相結合，以便外科醫生更方便地查看3D模型并實現對整個空間的建立和理解［33］。三維重建技術在胸外科具有廣闊的應用前景，可以進一步推動肺段切除術乃至胸外科的發展。

參 考 文 獻

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（收稿日期：2023-03-31 修回日期：2023-05-09）

（編輯：黃研研）

基金項目：廣西壯族自治區衛生健康委西醫類自籌經費科研課題（Z-L20220890）

第一作者簡介：楊航，男，住培醫師，醫學學士，在讀碩士研究生，研究方向：胸部疾病基礎與臨床研究。E-mail：1005117021@qq.com

通信作者：陳宏明。E-mail：13097767205@qq.com

［本文引用格式］楊航，唐習強，陳宏明.三維重建技術在肺段切除術中的應用研究進展［J］.右江醫學，2024，52（1）：72-75.