三维重建虚拟现实导航技术在胸腔镜肺段切除术中的应用价值

张宇辰 张文强 郝蒙福 黄壮士

郑州大学第二附属医院胸外科，河南郑州 450014

肺癌是世界上发病率和病死率最高的恶性肿瘤 之一，5 年生存率约30%，低于其他恶性肿瘤[1-2]。随着医学影像技术的发展及高分辨率CT 在临床上的常规应用，越来越多的肺小结节被及时发现。然而肺结节的鉴别成为临床医生所面临的难题，由于其直径较小，纤维气管镜检查无法探查，肺穿刺活检难以获得组织标本，仅根据CT 影像学表现难以鉴别其良恶性。因此需要手术切除病灶来得到更加准确的病理学诊断。电视辅助胸腔镜手术已广泛应用于临床，由于其创伤小、恢复快，在肺段切除术诊断、治疗肺小结节中起到了不可替代的作用。但是肺小结节在术中难以探查，肺部血管、支气管解剖结构复杂，变异较多，术前解剖定位显得尤为重要。目前国内已有研究报道三维虚拟现实导航技术在胸腔镜下亚肺叶切除术中的应用，并有效地提高手术成功率、降低手术风险，达到了肺结节的诊断及治疗目的[3-5]。本研究回顾既往收治的经过手术治疗的肺结节患者临床资料，应用虚拟现实技术构建三维数字模型进行术前评估和术中导航，通过比较围手术期相关指标，探究三维虚拟导航技术在胸腔镜肺段切除术中的应用价值，为肺小结节诊断治疗的快速康复提供理论依据。

1 对象与方法

1.1 研究对象

采用回顾性研究方法，收集郑州大学第二附属医院胸外科2018 年9 月至2020 年12 月行肺段切除术的患者79 例，其中男43 例，女36 例；年龄31～83 岁，平均（56.96±12.54）岁。纳入标准：①胸部CT 示肺结节直径＜1 cm；②接受胸腔镜肺段切除术；③临床资料完整可靠，术前沟通记录是否采用三维重建虚拟现实导航技术。排除标准：①存在既往恶性肿瘤病史，肿瘤远处转移或淋巴结转移；②多发性肺结节；③术中见胸腔广泛粘连。

1.2 资料收集

收集符合标准的肺结节患者的临床资料，包括性别、年龄、结节直径、结节性质、术前是否合并基础病（如高血压、糖尿病、冠心病等）、手术时间、术中出血量、术后拔管时间、术后总引流量、术后住院时间、术后并发症（如肺不张）等。

1.3 分组方法

查阅符合标准的肺结节患者术前沟通记录，按照患者是否自愿接受三维重建虚拟现实导航技术分为实验组和对照组。实验组：将常规CT 二维图像信息导入Mimics Medical 21.0 软件进行三维立体重建评估手术，且术中使用实时导航技术行胸腔镜肺段切除术的患者。对照组：根据常规CT 二维图像术前评估并实施胸腔镜肺段切除术的患者。

1.4 研究方法

实验组术前使用Mimics Medical 21.0 软件对肺部病灶、血管和支气管进行三维重建，以3D 模型的形式再现肺结节的位置以及其与支气管和血管的层次关系（图1），并进行术前评估，通过三维重建数字模型制订明确的手术切除范围，以确保单纯肺段切除或楔形切除术能达到肿瘤与切缘之间有足够的无瘤边界（图2）。术中应用实时导航技术，明确需切除的范围，包括其中需要断离的血管、支气管。对照组采取常规增强CT 判断肺结节与周围血管、支气管的关系，术中结合探查情况切除结节。

1.5 统计学方法

采用SPSS 21.0 软件对所得数据进行统计分析。计量资料以均数±标准差（）表示，采用t 检验。计数资料以例数或百分比表示，采用χ2检验。以P ＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组一般资料比较

两组均顺利完成手术，无中转开胸，无围手术期死亡。两组性别、年龄、结节直径、结节性质、合并基础病（高血压、冠心病、糖尿病）比较，差异无统计学意义（P ＞0.05），具有可比性。见表1。

表1 两组一般资料比较

2.2 两组围手术期指标比较

实验组手术时间、术后拔管时间及术后住院时间短于对照组，术中出血量、术后总引流量少于对照组，差异有统计学意义（P ＜0.05）；两组术后并发症比较，差异无统计学意义（P ＞0.05）。见表2。

表2 两组围手术期指标比较

3 讨论

随着高分辨率CT 的普及，越来越多的肺小结节在临床上被发现，引起了患者和临床医生的重视。由于结节的多样性以及不同病变在影像学征象上的交叉重叠现象[6]，单纯通过CT 影像来判断肺小结节的良恶性存在较大的困难。传统诊断方法如纤维支气管镜下活检、经皮肺穿刺活检、痰液肿瘤细胞学检查、血清肿瘤标志物等检查对肺小结节的恶性检出率不高。多项研究[7-10]显示，肺段切除术治疗直径＜1.5 cm 的早期非小细胞肺癌的效果与肺叶切除术类似，复发率和远期生存率无明显差异，因此肺小结节行胸腔镜肺段切除术，无论是良性结节还是早期恶性肿瘤，都可以达到诊断和治疗的目的。

在手术诊断和治疗肺小结节时，由于术中难以探查病灶位置，以及肺部血管、支气管结构的复杂性，人们已经认识到肺结节定位技术的重要性。CT 引导下肺结节定位方法的应用较为广泛[2,11-13]，然而这项技术是有创的，穿刺过程中不可避免地会发生气胸和出血，严重时会发生空气栓塞[12]。

三维重建虚拟现实导航技术是外科手术领域的最新影像技术，该技术已经应用到包括脊柱外科、口腔科、心脏外科、整形外科和胸外科在内的多种外科手术治疗中，并取得了良好的效果[14-17]。应用虚拟现实技术构建的三维数字模型可以任何角度的自由旋转和可视化交互，较传统二维影像更加直观形象，可用于术前评估模拟，术中导航，还有助于解剖学和外科手术的教学。

本研究发现实验组的手术时间和术中出血量低于对照组，通过三维数字模型进行术前评估和术中实时导航，可以立体的呈现出肺结节位置，减少了术中探查时间，从而缩短手术时间，降低麻醉风险。三维重建可以从多角度地观察结节与周围动脉、静脉、支气管的位置关系，掌握血管走形和变异情况，降低了术中血管损伤和出血风险。除此之外，实验组的术后拔管时间、总引流量和术后住院时间均短于对照组，在有效诊治肺结节的同时降低了手术风险，符合快速康复的理念。

既往研究证实了虚拟现实技术在构建肺部三维数字模型上的可行性。国外学者报道了利用高分辨率增强CT 在术前识别肺动脉分支模型的有效性，研究指出，大部分肺动脉的显像和识别是准确的，只有一些直径＜1.5 mm 的血管分支可能会出现偏差[18-19]。

虚拟现实技术指导肺结节手术已经在多个国家开始实行，在2018 年，日本的两项多中心前瞻性研究已经证实这项技术具有有效性、可重复性和安全性[20-21]。对于早期非小细胞肺癌的治疗，成功切除定义为切除边缘≥肿瘤边缘2 cm 或肿瘤直径[20]，而穿刺定位后由于没有明确的切除路线，可能会因为切缘不足而手术治疗失败。虚拟现实技术可以在术前建立的三维数字模型上进行切除范围的模拟，规划切除范围，标记需要阻断或保留的血管、支气管，明确直观地显示出不同患者之间的个体化差异，以确保更加充分的术前准备[22]。同时结合术中实时导航，精确快速地完成手术，有利于患者术后肺功能恢复及术后快速康复[23]。国内学者已经利用此模型进行手术模拟演练，并取得了良好的效果[24]。除了临床方面的应用价值，三维虚拟现实导航技术在辅助教学、总结分享手术经验等方面也有着突出作用[25]。

本研究为回顾性研究，患者数量较少，临床资料的收集可能存在偏差，未有效收集到患者的随访信息，而三维虚拟现实导航技术在胸腔镜肺段切除术中的应用作为一项新的医学技术，国内外多家医院已经开展使用，其临床适用性和远期效果仍需要大样本的前瞻性研究进一步评估，为更加精准的肺结节切除提供理论依据。

综上所述，三维虚拟现实导航技术在胸腔镜亚肺叶切除术中的应用具有一定的临床价值，通过术前评估和术中导航，降低了手术风险和手术难度，提高了手术的精确度和安全性。