三维重建及虚拟手术规划在胸腔镜解剖性肺段切除术中的应用

刘海涛 王黎彬 戚维波 杨帆 施谷平 张小航 赵俊杰 马兴杰

[摘要] 目的 探討利用Deepinsinght软件进行三维重建及虚拟手术规划在胸腔镜解剖性肺段切除术中的应用价值。方法 回顾性分析2018年1～12月我院行胸腔镜解剖性肺段切除术治疗的22例术前疑似早期肺癌患者的临床资料。术前将胸部增强CT检查的断层二维图像信息以DICOM格式导入Deepinsinght系统中进行三维重建及虚拟手术规划实施精准肺段切除。观察指标：①术前三维重建及虚拟手术规划情况;②术中及术后情况。③随访情况。 结果 ①术前三维重建及虚拟手术规划情况：22例患者术前均完成三维重建和虚拟手术规划;②术中及术后情况：22例患者均顺利行胸腔镜解剖性肺段切除术，无中转开胸。22例患者手术时间为（115.05±27.54）min，术中出血量为（78.64±16.14）mL，术后拔管时间为（3.55±1.06）d，术后住院时间为（7.27±2.62）d。术后发生肺部感染2例，发生肺动脉栓塞1例，均经保守治疗后痊愈。术后肿瘤TNM分期为：良性肿瘤1例，0期9例，IA期11例、IB期2例。三维重建和虚拟手术规划评估肿瘤性质的准确率为95.5%（21/22）。③随访情况：随访期间所有患者均未发生局部复发、远处转移及死亡情况。 结论 应用三维重建及虚拟手术规划能实现精准肺段切除，可提高胸腔镜解剖性肺段切除术的准确性和安全性。

[关键词] 肺部肿瘤;三维重建技术;虚拟手术规划技术;肺段切除术

[中图分类号] R655.3          [文献标识码] A          [文章编号] 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

近年来，肺癌的死亡率逐年上升，已居恶性肿瘤死亡之首[1-2]。随着低剂量螺旋CT广泛地应用于普查，早期肺癌越来越多地被发现。虽然肺叶切除术是目前早期肺癌的标准术式，但最近研究发现肺段切除术治疗早期肺癌的术后局部复发率和远期生存率与肺叶切除术无显著性差异[3-6]。由于肺段血管、支气管等解剖结构复杂多变，如术中对肺段支气管、血管判断不准，可增加术后并发症和死亡风险。本研究回顾性分析2018年1～12月我院行胸腔镜解剖性肺段切除术治疗的22例术前疑似早期肺癌患者的临床资料，探讨三维重建及虚拟手术规划在胸腔镜解剖性肺段切除术中的有效性及安全性，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

男4例，女18例;年龄25.0～73.0岁，平均（52.86±13.78）岁。术前均行心电图检查、肝胆胰脾肾B超、心脏彩超、纤维支气管镜检查、头颅MRI检查、胸部CT增强检查、常规肺功能检查、全身骨骼显像检查。本研究通过嘉兴市第一医院医学伦理委员会审批，患者及家属术前均签署知情同意书。

1.2 纳入标准和排除标准

纳入标准：①既往无肿瘤病史;②经胸腔镜解剖性肺段切除术治疗;③临床资料完整。

排除标准：①合并其他严重疾病不能耐受手术;②不愿意接受手术治疗;③不配合检查者和对造影剂过敏者;④临床资料缺失。

1.3 术前三维重建及虚拟手术规划

1.3.1 胸部CT增强靶扫描检查  采用320排螺旋CT（德国西门子公司产品）扫描。注射碘海醇后30 s行肺动脉扫描，10 s行肺静脉扫描。扫描参数：层厚1.0 mm，重建间隔0.5 mm，矩阵512×512，管电压120 kV，管电流250 mAs。

1.3.2 肺脏的三维重建及虚拟手术规划  由1名高年资副主任医师及以上放射科医师指导完成。术前将胸部增强CT检查的CT断层二维图像信息以DICOM格式导入Deepinsinght系统（沈阳东软医疗系统有限公司授权提供）进行肺脏、肺动静脉、支气管和肺部肿瘤的三维重建，评估肺动静脉、支气管的解剖与变异、肿瘤与肺动静脉、支气管的空间毗邻关系及侵犯程度，定位肿瘤的所在肺段部位及毗邻结构的空间位置关系。应用虚拟手术规划技术，划定预切除的靶段支气管、动静脉及保留的段间血管，预定需要分离的段间交界面，判断肺部肿瘤可切除性，根据三维重建及虚拟手术规划结果，制订个体化肺段切除术。

1.4 手术方法

基于三维重建及虚拟手术规划结果，结合术中实际情况行个体化的精准肺段切除术。采用全麻双腔气管插管麻醉方式，健侧单肺通气。采用常规3孔法：观察孔位于腋中线第7肋间，操作孔分别位于腋前线第3或4肋间和腋后线第9肋间。依次游离出靶段的肺静脉、肺动脉及肺支气管，并用一次性直线切割闭合器依次离断靶段的肺静脉和肺动脉。使用膨胀-萎陷法确定段间平面，予直线切割闭合器离断段间平面，取出标本。术中快速冷冻病理学检查明确肿瘤性质及切缘，保证切除肺组织切缘距离病变边缘≥2 cm。术中常规系统清除N1站和N2站淋巴结。

1.5 观察指标

①术前三维重建及虚拟手术规划情况。②术中及术后情况：观察手术时间、术中出血量、术后拔管时间及术后住院时间等，并观察术后并发症发生情况。

1.6 随访

通过门诊进行术后随访，了解患者术后局部复发、远处转移及死亡情况。截止至2019年6月。

2 结果

2.1 三维重建及虚拟手术规划情况

22例患者均完成三维重建及虚拟手术规划。三维重建结果可立体显示肿瘤与靶段支气管、血管的空间关系。见封三图1。

2.2 手术及术后情况

22例患者均顺利完成胸腔镜解剖性肺段切除术，无中转开胸。术中实际情况与术前三维重建图像基本相符，均按模拟肺段切除结果完成精准肺段切除。手术切除肺段部位见表1。22例患者均根据术中快速病理结果联合行胸腔镜纵隔淋巴结清扫术或纵隔淋巴结采样术，其中2例联合行胸腔镜右肺上叶楔形切除术，2例联合行胸腔镜左肺上叶楔形切除术，1例联合行胸腔镜胸腺切除术。22例患者手术时间为（115.05±27.54）min，术中出血量为（78.64±16.14）mL。22例患者中，2例发生术后肺部感染，1例发生肺动脉栓塞。均经保守治疗后痊愈。22例患者术后拔管时间为（3.55±1.06）d，术后住院时间为（7.27±2.62）d。22例患者术后肿瘤TNM分期为良性肿瘤1例、0期9例、ⅠA期11例、ⅠB期2例。三维重建和虚拟手術规划评估肿瘤性质的准确率为95.5%（21/22）。

2.3 随访情况

22例患者术后随访时间为6～18个月，随访期间所有患者均未发生肿瘤局部复发、远处转移及死亡情况。

3 讨论

近年来，随着低剂量螺旋CT在临床上被广泛应用，越来越多的早期肺癌被及时发现[7]。由于我国人口老龄化趋势的加快，高龄患者的比例逐渐增大。尤其是心肺功能差的早期肺癌患者，肺段切除术成为首选手术方式，但由于肺段解剖结构的错综复杂，不仅涉及到肺部肿瘤的空间位置关系，还涉及到肺段气管、肺动静脉等解剖学问题。

目前B超、CT、MRI等数字影像学的进步推动了胸外科的发展，使许多复杂胸外科手术得以实施。通过运用三维重建技术，可从多平面三维显示肺部肿瘤空间位置，可在多平面进行任意方向的切割和重建靶段气管及血管，并对靶段气管、血管等三维图像进行实时立体显示。同时，通过运用虚拟手术规划技术，通过观察不同手术路径中的操作器械与肺部肿瘤、靶段气管及血管等结构的相对位置信息，为术中定位和识别靶段气管及血管等解剖结构提供直观的、准确的实时导航，引导靶段气管、血管的分离和肺部肿瘤的切除，完成精确的肺段切除[8]。本研究中通过运用三维重建及虚拟手术规划技术均找到最佳入径，制订并实施个体化的肺段切除术。

高质量的胸部二维数据是成功进行三维数字化肺脏研究的前提。三维重建及虚拟手术规划在胸腔镜解剖性肺段切除术中的优势[9]：①肺段支气管、动静脉变异的评估。肺段的血管、支气管等解剖结构复杂多变，通过三维重建技术可以直观的显示肺段的动静脉、支气管的变异情况，有利于术前精确评估。制订个体化的精准解剖性肺段切除方案。②靶段肿瘤定位的评估：医师根据患者的X线和CT等二维图像，凭借自己的临床经验和空间思维很难准确评估肿瘤与血管、支气管的空间结构关系，而三维重建技术可直观、准确地判断肿瘤与靶段血管、支气管等毗邻结构的位置关系。③手术设计：运用虚拟手术规划技术进行手术模拟演练，测量切缘长度和精确切除肺段范围，选择手术最佳切路径，标注需要切断的肺段支气管、动静脉以及保留的肺段支气管、动静脉，预定需要分离的段间交界面，从而可以实现精准的肺段切除。本研究通过运用三维重建及虚拟手术规划技术，可透视肺段支气管、动静脉等脉管系统的走行及变异情况，全方位观察肺部肿瘤所在肺段及其与毗邻肺段支气管、动静脉等解剖结构的关系，结果发现三维重建及虚拟手术规划评估肿瘤性质的准确率为95.5%，且术前三维重建及虚拟手术规划的结果在术中得到了验证。

由于肺段支气管、动静脉等解剖复杂多变的情况及肿瘤的特殊解剖学位置关系，容易损伤肺段支气管及血管。基于CT的二维图像具有一定不确定性，难以全面掌握肺段的支气管、血管情况，而三维重建及虚拟手术规划对于肺段支气管、血管等解剖结构复杂多变的肺段切除术，能准确完成术前评估[10-12]、术前模拟演练和术中导航[9，13]，可降低术后并发症的发生率[14-16]。王黎彬[9]术前将胸部增强CT检查的断层二维图像信息以DICOM格式导入Deepinsinght系统中运用三维重建技术构建三维数字模型，能准确判断肺段支气管、动静脉的变异情况，并在三维数字模型上运用虚拟手术规划技术进行术前模拟演练，从而实现精准肺段切除。本研究结果显示，三维重建及虚拟手术规划技术可从水平面、冠状位、矢状位等多平面显示肺部肿瘤空间位置，还可以在水平面、冠状位、矢状位等多平面进行任意方向的切割和重建肺段支气管及肺动静脉。术前通过模拟手术演练，可精准判断和处理肺段支气管及血管，精确分离肺段间交界面，从而提高手术的准确性和安全性。

综上所述，应用三维重建及虚拟手术规划能够实现精准肺段切除，可提高胸腔镜解剖性肺段切除术的准确性和安全性，还体现了数字化、精准化、个体化的医疗趋势，具有重要的临床应用价值。

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（收稿日期：2020-05-06）