3D-CT 重建联合3D 打印模型可视化技术在单孔胸腔镜肺手术患者中的应用研究

章祖雄，李斌，周雪梅，饶鼎宇，桑成鹏，黄明登，谢春发（通信作者）

1 赣南医学院第一附属医院 （江西赣州 341000）；2 赣州市石城县人民医院 （江西赣州 341000）

肺癌是临床上发生率较高的恶性肿瘤，已成为导致人类死亡的重要原因。非小细胞肺癌在病理上可分为鳞癌、腺癌与大细胞癌3 种，且与小细胞肺癌相比，非小细胞肺癌具有生长和分裂较慢，扩散与转移相对较少等特点，发病率占所有肺癌病例的80%[1]。但多数非小细胞肺癌患者发病早期症状缺乏典型性，确诊时已是中晚期，增加了临床治疗难度。随着胸部CT 在体检中的广泛应用，越来越多的肺癌患者被发现。对于早期肺癌患者的治疗，临床中多采用肺段切除术[2]。与肺叶相比，肺段解剖结构复杂，更容易发生变异，积极寻找更好的显示肺段解剖结构、指导肺段切除术的技术成为当前研究的热点。3D-CT 能较好地重建患者病变肺叶血管、支气管和肿瘤的三维图像，但该方法在肺血管和支气管解剖方面存在较大的局限性[3]。3D 打印模型可视化技术不仅能规避2D 屏幕显示3D 图像的不足，还能制作人体器官的物理模型，完美呈现人体器官的解剖结构，重建病变肺叶的血管、支气管和肿瘤的三维图相关[4]。本研究以医院行单孔胸腔镜肺手术患者为对象，探讨3D-CT 重建联合3D 打印模型可视化技术在单孔胸腔镜肺手术患者中的应用效果，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

前瞻性选择2021 年2 月至2022 年3 月赣南医学院第一附属医院及赣州市石城县人民医院100 例行单孔胸腔镜肺手术非小细胞肺癌患者为研究对象，以随机数字表法分为对照组和试验组。对照组50 例，其中男31 例，女19 例；年龄34～75 岁，平均（53.69±4.61）岁；体质量指数18～29 kg/m2，平均（22.63±4.14）kg/m2；病灶直径1～6 cm，平均（3.15±0.41）cm；肿瘤分期：Ⅰ～Ⅱ期28 例，Ⅲ～Ⅳ期22 例；合并症：高血压6 例，糖尿病4 例，高脂血症8 例；试验组50 例，其中男29 例，女21 例；年龄33～74 岁，平均（53.76±4.68）岁；体质量指数19～30 kg/m2，平均（22.68±4.19）kg/m2；病灶直径1～7 cm，平均（3.24±0.46）cm；肿瘤分期：Ⅰ～Ⅱ期29例，Ⅲ～Ⅳ期21 例；合并症：高血压4 例，糖尿病5 例，高脂血症7 例。患者及家属均对本研究知情并签署同意书。研究经医院伦理委员会审核批准。

纳入标准：符合肺癌诊断标准[5]，经病理检查确诊；行单孔胸腔镜肺手术治疗，患者均可耐受；病情稳定，能进行沟通和交流，且患者具有完整的头颅CT、全身骨扫描及胸部增强检查结果。排除标准：手术方式非解剖性肺叶切除加纵膈、肺门淋巴结清扫术者；拒绝手术或术后病理为小细胞肺癌；良性病变或转移癌者。

1.2 方法

所有患者检查均为平卧位，均做三期增强扫描数据（平扫期、静脉期及动脉期）；层厚0.6～1.25 mm；标准DICOM 格式；无伪影、无锯齿状、显影清晰。试验组采用的是振源医疗器械科技有限责任公司基于Mimics 三维重建技术开展的3D 打印技术。

1.2.1 术前计划拟定

对照组：术前通过胸部增强扫描CT 常规制定术前计划。

试验组：术前基于高精度增强CT 扫描，并采用3D-CT 重建双肺、肺癌病灶、支气管和毗邻动静脉模型，借助3D 打印模型可视化技术打印模型。常规采集肺部薄层增强CT 影像数据，扫描完毕后，将获得的影像学数据[三期增强扫描数据（平扫期、静脉期及动脉期）；层厚≤1 mm；标准DICOM 格式；无伪影、无锯齿状、显影清晰]传输到后处理工作站中，刻盘后存储；将上述获得的个体化数据导入3D-slice 4.11.0 软件中，采用蒙板技术选取，建立双肺、肺癌病灶、支气管和毗邻动静脉模型。通过C3D 视窗建立能实现任意移动、旋转、拆分、缩放、融合、透明化显示，并可清晰显示病灶与胸廓、肺脏与靶肺叶血管、支气管空间位置的个体化肺癌3D可视化应用。根据血管、支气管分型和肺癌病灶位置精准制定详细的手术方案。然后用Lite600HD 三维打印机（上海联合技术有限公司，中国上海）打印3D 模型（图1）。

图1 肺部模型示意图

1.2.2 手术方法

两组采用相同的手术方式，均待手术方法制定完毕后，常规采用双腔通气，对患者行全身麻醉，作1～2 个手术切口。单操作孔为腋中线第7、8 肋间常规放置10 mm 摄像孔，于腋前线第4、5 肋间作长为20～30 mm手术切口；单孔位置为：上肺腋中-后线之间第4 肋间做30 mm 切口作为操作孔及摄像孔。根据3D 打印模型制定的术前计划，术中寻找靶节段的动、静脉，避免意外损伤。均采用采用改良“肺澎张-萎陷法”寻找节段性边界；夹闭靶段支气管，完成肺扩张，保证靶段支气管正确。待上述操作完毕后，切除靶段支气管，并完全扩张肺组织。健侧单肺通气约15 min，患侧靶段仍扩张，其他肺段塌陷。根据充气靶肺组织与塌陷肺组织的边界，切除靶肺段。所有恶性结节手术患者切缘需≥2 cm，或至少等于肿块直径，否则需行联合肺段切除术；对于淋巴结阳性患者，行纵膈淋巴结清扫术，手术完成后切口肋间常规给予罗哌卡因注射液（浙江仙琚制药股份有限公司，国药准字H20163208，规格：10 mg‥75 mg）20 ml 在切口肋间及上下肋间肌内注射各3 ml，完成肋间神经阻滞，并于切口部位留置胸腔闭式引流管。

1.3 观察指标

（1）手术指标、视觉模拟疼痛：记录两组手术与住院时间、术中出血量及术后引流量；两组术前、手术1 d后采用视觉模拟评分法（visual analogues cale，VAS）评估患者疼痛，总分10 分，得分越高，表示疼痛越重[6]；（2）肺功能水平：两组术前、手术7 d 后采用肺功能测定仪（比利时麦迪公司，型号：Medi Soft HYPAIR PROVO2）测定患者用力肺活量（forced vital capacity，FVC）、第一秒用力呼气容积（forced expiratory volume in one second，FEV1）和最大自主通气量（maximal voluntary ventilation，MVV）水平[7]；（3）术后并发症：记录两组围术期心律失常、肺部感染、静脉血栓、肺不张、胸膜支气管瘦及术后漏气发生率。

1.4 统计学处理

采用SPSS 22.0 软件处理，计数资料行χ2检验，采用率表示，计量资料行t检验，采用±s表示，P<0.05 差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组手术指标及VAS 评分比较

两组术前VAS 评分、住院时间比较，差异无统计意义（P>0.05）；试验组手术1 d 后VAS 评分低于对照组，差异有统计学意义（P<0.05）；试验组手术时间、术中出血量及术后引流量均少于对照组，差异有统计学意义（P<0.05），见表1。

表1 两组手术指标及VAS 评分比较（±s）

表1 两组手术指标及VAS 评分比较（±s）

注：与术前比较，#P<0.05；VAS 为视觉模拟评分法

术中出血量（ml）试验组 50 112.19±14.29 5.97±1.21 53.29±4.34对照组 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组别 例数 术后引流量（ml）组别 例数 手术时间（min）住院时间（d）VAS 评分（分）术前 手术1 d 后试验组 50 751.21±32.59 1.12±0.69 3.12±0.86#对照组 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 两组肺功能比较

两组术前肺功能比较，差异无统计意义（P>0.05）；两组手术7 d 后肺功能得到提高，且试验组FVC、FEV1及MVV 水平高于对照组（P<0.05），差异具有统计学意义，见表2。

表2 两组肺功能比较（±s）

表2 两组肺功能比较（±s）

注：与术前比较，#P<0.05；FVC 为用力肺活量，FEV1 为第一秒用力呼气容积，MVV 为最大自主通气量

组别 例数 FVC（L）术前 手术7 d 后试验组 50 2.45±0.34 3.21±0.42#对照组 50 2.44±0.32 2.86±0.38#t 1.591 7.412 P 0.325 0.000组别 例数 FEV1（L）术前 手术7 d 后试验组 50 2.04±0.25 2.56±0.51#对照组 50 2.06±0.27 2.31±0.45#t 0.456 6.126 P 0.322 0.000组别 例数 MVV（L）术前 手术7 d 后试验组 50 73.23±4.61 84.35±6.98#对照组 50 73.26±4.64 78.68±5.63#t 1.963 8.491 P 0.881 0.000

2.3 两组并发症发生情况比较

试验组围术期并发症发生率低于对照组（P<0.05），见表3。

表3 两组并发症发生情况比较[例（%）]

3 讨论

多数肺癌患者需借助单孔胸腔镜肺手术切除病灶组织。利用胸腔镜的放大作用，能清晰地显示病灶部位、病灶数量及大小，可切除病灶组织，多数患者能从中获益[8-9]。3D-CT 重建则能较好地重建患者的病变肺叶的血管、支气管和肿瘤的三维图像，广泛用于非小细胞肺癌的术前规划。Wang 等[10]研究表明，3D-CT 重建可用于靶肺野血管、支气管与肿瘤的3D 图像处理，通过查看3D 图像能明确靶肺叶内支气管和血管的分布与变化，防止出现术中损伤。同时，3D-CT 重建技术能评估患者肺血管分支模式，利于提高术中胸腔镜肺段切除和肺叶切除操作的安全性与有效性，能较好地指导临床治疗，保证手术顺利完成。但是，3D-CT 重建使用时仍需要在2D 屏幕上显示，导致肺血管、支气管解剖存在诸多局限性。

针对3D-CT 重建存在的弊端与不足，3D 打印技术开始应用于临床。3D 打印技术是一种新型的数字打印技术，不仅能完美突破2D 屏幕上显示3D图像的局限性，亦可较完美地制作人体器官的相应的物理模式，呈现人体器官的解剖结构，实现病变肺叶血管、支气管和肿瘤三维图像的重建，有助于改善患者手术过程，利于患者术后恢复。临床上，将3D-CT 重建联合3D 打印模型可视化技术用于单孔胸腔镜肺手术患者中，亦能发挥不同方法优势。本研究中，试验组手术1 d 后VAS 评分低于对照组（P<0.05）；试验组手术时间、术中出血量及术后引流量少于对照组（P<0.05）。从本研究结果看出，3D-CT 重建联合3D 打印模型可视化技术能减轻单孔胸腔镜肺手术患者疼痛，缩短手术及恢复时间。两组手术7 d 后肺功能得到提高，且试验组FVC、FEV1及MVV 水平高于对照组（P<0.05），研究结果表明，3D-CT 重建联合3D 打印模型可视化技术能提高单孔胸腔镜肺手术患者术后肺功能恢复。何光建等[11]研究表明，3D 打印模型能更好、更快地帮助住院医师制定术前计划，缩短手术医师的学习时间。同时，通过3D 模型增加了3D 感知，能提高医师的触觉反应，降低术后并发症发生率[12]。本研究中，试验组围术期并发症发生率低于对照组（P<0.05），从本研究结果看出，3D-CT 重建联合3D打印模型可视化技术能降低单孔胸腔镜肺手术患者并发症发生率，提高手术安全性。

综上所述，3D-CT 重建联合3D 打印模型可视化技术用于单孔胸腔镜肺手术患者中手术创伤较小，能减轻患者疼痛，提升患者肺功能水平，可降低术后并发症发生率。