引用本文： 楊雪峰, 王岳峰, 孫濤, 楊鵬, 祝滬軍, 馬憲友. 3D 數字呈像模擬手術技術在胸腔鏡下肺葉切除術中的應用. 中國胸心血管外科臨床雜志, 2019, 26(8): 784-788. doi: 10.7507/1007-4848.201810051 復制
肺葉切除合并縱隔淋巴結清掃術能有效延長患者生存期，是治療早期非小細胞肺癌最有效的方式。但手術創傷大、手術時間長、術后并發癥多等問題困擾著患者及臨床醫生。隨著胸腔鏡技術的逐漸提升，胸腔鏡下肺葉切除術因其創傷小、術后恢復快等優點逐漸被廣大胸外科醫生接納并采用。Mimics（Materialise's interactive medical image control system）是 Materialise 公司的交互式醫學影像控制系統，它是一套高度整合而且易用的 3D 圖像生成及編輯處理軟件，能輸入各種掃描的數據，建立 3D 模型并可進行編輯的程序。我們的研究中應用 Mimics-17.0 將患者 CT 進行 3D 呈像并進行編輯，模擬手術，評估術前行 3D 重建是否優于常規方法。
1 資料與方法
1.1 臨床資料和分組
納入 2015 年 6 月至 2018 年 1 月本院因肺部腫物應用單操作孔胸腔鏡法行左肺下葉切除患者 124 例，其中男 64 例、女 60 例，年齡 42～83 歲。其中術前因咳嗽、咳血、胸痛等癥狀入院 52 例，其余為無癥狀及其他疾病或體檢發現肺部腫瘤入院。所有患者術前常規行胸部高分辨增強 CT，CT 提示左肺上葉存在明確占位。術前 CT 測量腫瘤直徑 1.0～8.9 cm。術前將患者分為試驗組（術前行 3D 數字呈像模擬手術）59 例，對照組（不予行 3D 數字呈像模擬手術）65 例。術式選擇均遵循患者意愿，所有患者均簽署知情同意書。
1.2 試驗方法
1.2.1 3D 重建及模擬手術
術前兩組均給予患者胸部血管增強 CT，區分血管及組織，層厚 1 mm，將試驗組 CT 圖片以 DICOM 格式導入 Mimics-17.0 程序進行 3D 重建（圖 1），術前根據患者 3D 重建圖像模擬手術科內會診，評估腫物侵犯范圍，測量安全距離，行模擬手術（圖 2），選取準備切除范圍，規避重要血管、氣管等其他組織。
圖1
術前 CT 及 3D 呈像操作過程
圖2
3D 重建
a：3D 重建冠狀位；b：3D 重建矢狀位；c：3D 重建氣管及腫物；d：模擬手術離斷氣管；e：左主支氣管及左上肺支氣管；f：主支氣管-右肺上葉氣管模擬吻合
1.2.2 手術方法
手術均由一名胸外科經驗豐富的主刀醫師完成，患者全身麻醉，雙腔氣管插管，患側 90° 大側臥位，手術采用單操作孔，取腋中線第 7 或第 8 肋間為觀察孔，腋前線第 4 或第 5 肋間為操作孔。以圖中病例為例（圖 1、2、3），擬術中給予患者左下肺葉切除和左上肺支氣管-左主支氣管吻合成形術。探查腫物位于左下支氣管起始部，大部分位于下葉背段質，胸膜腔無黏連，縱隔淋巴結質軟，先行下肺葉伴左第 2 隆突切除術，解剖游離結扎切斷左下肺靜脈，解剖分離葉裂，結扎離斷下肺動脈，游離下肺支氣管近起始部，切斷左主支氣管（近第 2 隆突處）、左上葉支氣管近端及左肺下葉，移除左下肺后探查下肺支氣管腔內腫瘤是否完整，術中快速冰凍病理檢查提示左主支氣管斷緣及左肺上葉支氣管斷緣未見腫瘤侵及；行左上肺支氣管-左主支氣管斷端袖式吻合，縫線結扎，鹽水沖洗，膨肺，左肺上葉及支氣管吻合處無漏氣，周圍軟組織包裹吻合部，胸腔淋巴結清掃，止血，觀察孔留置引流管，關胸。
圖3
手術過程
a：暴露下肺動脈；b：吻合氣管（左主支氣管-左上葉氣管）；c：3D 呈像圖（背面觀），對應圖 d 中氣管殘端；d：氣管殘端；e：左肺下葉腫瘤
1.2.3 指標
對比兩組手術時間、術中失血量、術后引流量、引流管留置時間、術后住院時間、鎮痛藥物使用時間及并發癥出現情況。
1.3 統計學分析
數據用 SPSS 18.0 統計軟件進行分析。符合正態分布的計量資料以均數±標準差（
±s）表示，組間均數比較采用單因素方差分析。計數資料組間比較采用 χ2 檢驗。P<0.05 為差異有統計學意義。
2 結果
2.1 一般資料結果
術前兩組一般資料差異無統計學意義（P>0.05）；見表 1。術后病理分型：鱗癌 43 例，腺癌 72 例（包括原位腺癌及侵潤型腺癌），腺鱗癌 3 例，其余 6 例為良性病變。
表1
兩組患者臨床資料比較（
/例）
2.2 兩組圍術期資料對比
試驗組手術時間明顯短于對照組，差異有統計學意義［（120.5±39.1）min vs.（156.2±46.5）min，P<0.05］。試驗組術中失血量少于對照組，差異有統計學意義［（37.5±15.5）mL vs.（76.7±29.2）mL，P<0.05］。試驗組術后住院時間短于對照組，差異有統計學意義［（10.5±5.4）d vs.（12.4±5.1）d，P<0.05］。而術后引流量、引流管留置時間及術后鎮痛藥的應用時間，兩組差異無統計學意義（P>0.05）；見表 1。兩組并發癥發生率差異無統計學意義（（P>0.05）；見表 2。
表2
兩組術中和術后并發癥對比情況（例）
3 討論
肺癌是全球發病率及致死率最高的惡性腫瘤，且最近研究調查顯示其仍有增加趨勢，嚴重威脅著人類的健康，其中非小細胞肺癌（主要類型包括鱗癌、腺癌、大細胞癌等）約占全部數量的 80%，研究顯示其發病與吸煙、遺傳、環境及個體差異等多種因素相關[1]，早期非小細胞肺癌尚未侵犯重要組織及遠處轉移，對于較小直徑（<2 cm）的早期肺癌肺段切除具有與肺葉切除相似的療效[2-3]，且此類腫瘤應用胸腔鏡切除的方法也逐漸得到認可[4]。但對于直徑>2 cm 的肺癌，肺葉切除術+縱隔淋巴結清掃術最有效，并可改善患者生存質量[5]。對早期非小細胞肺癌的治療， VATS 與開胸手術相比，在其療效相同的基礎上有創傷小、疼痛輕及恢復快等優點，在臨床上已取得較為良好的效果且被胸外科醫生廣泛認可[6]。2006 年美國國立綜合癌癥網（NCCN）指南推薦電視胸腔鏡肺葉切除術為早期非小細胞肺癌的標準手術治療方式[7]。
3D 呈像技術經歷了 20 余年的發展，目前已廣泛應用于醫學的解剖、診斷、整形、義肢及外科手術規劃等方面，并且發揮著重要作用[8-13]。螺旋 CT 是將 3D 的人體經過斷層掃描后呈現出 2D 圖片，臨床醫生需要將其 2D 圖片在頭腦中進行整合，缺少直觀性。本研究將 2D 的 CT 圖片以 DICOM 格式導入 Mimics-17.0 程序進行重建，從而獲得更為直觀的 3D 圖像，根據手術需求，術前了解重要的血管、氣管等組織，并且加以分析，模擬手術以規避風險及降低并發癥。Fourdrain 等[14]認為肺動脈 3D 重建應用于肺部手術術前非常必要。
大多數的非小細胞肺癌治療均可應用胸腔鏡。胸腔鏡治療非小細胞肺癌目前已被公認為主流方式，但術中血管變異可能增加術中出血的風險，術前了解血管及支氣管變異對于術中規避風險非常重要。Fourdrain 等[15]術前對 100 例患者進行肺靜脈 CT 造影，變異率達 36%。胸腔鏡術前應用 CT 圖像 3D 重建患肺組織的結構非常必要[16]。本研究將試驗組行胸部 CT 血管增強檢查，并導入 Mimics-17.0 程序行 3D 重建及模擬手術操作，結果顯示試驗組在手術時間、術中失血量及術后平均住院時間均小于或短于對照組，結果取得了一定的成效。文獻報道顯示 3D 重建過程是由影像科醫生完成[17]，往往不能達到術者要求，本試驗操作軟件為臨床醫生應用，可根據手術要求隨時單獨制作血管、氣管等組織的 3D 圖像，降低成本并方便攜帶，特別是遇到復雜手術時，如本試驗步驟中提到的病例，患者肺腫瘤侵犯左主支氣管，如按常規情況患者需行左全肺切除術，但由于術前給予患者肺部腫物及支氣管 3D 重建，測量安全切除范圍模擬手術，這樣就保留了患者的左下肺，使得患者術后生存質量明顯改善；而且在其他病例中出現先天葉裂缺如、葉裂發育不完全、腫瘤侵犯重要血管及轉移淋巴結與血管或氣管嚴重黏連導致解剖變異時，3D 呈像的作用便更為突出，術者可以在術前明確重要血管的走行對其進行規避或結扎，并可確定切除范圍，對術式的選擇更具有指導意義。術前及術中應用 3D 重建技術可幫助術前診斷、規避術中風險、縮短手術時間、減少醫源性損傷，實現精準切除的目的。
利益沖突：無。
肺葉切除合并縱隔淋巴結清掃術能有效延長患者生存期，是治療早期非小細胞肺癌最有效的方式。但手術創傷大、手術時間長、術后并發癥多等問題困擾著患者及臨床醫生。隨著胸腔鏡技術的逐漸提升，胸腔鏡下肺葉切除術因其創傷小、術后恢復快等優點逐漸被廣大胸外科醫生接納并采用。Mimics（Materialise's interactive medical image control system）是 Materialise 公司的交互式醫學影像控制系統，它是一套高度整合而且易用的 3D 圖像生成及編輯處理軟件，能輸入各種掃描的數據，建立 3D 模型并可進行編輯的程序。我們的研究中應用 Mimics-17.0 將患者 CT 進行 3D 呈像并進行編輯，模擬手術，評估術前行 3D 重建是否優于常規方法。
1 資料與方法
1.1 臨床資料和分組
納入 2015 年 6 月至 2018 年 1 月本院因肺部腫物應用單操作孔胸腔鏡法行左肺下葉切除患者 124 例，其中男 64 例、女 60 例，年齡 42～83 歲。其中術前因咳嗽、咳血、胸痛等癥狀入院 52 例，其余為無癥狀及其他疾病或體檢發現肺部腫瘤入院。所有患者術前常規行胸部高分辨增強 CT，CT 提示左肺上葉存在明確占位。術前 CT 測量腫瘤直徑 1.0～8.9 cm。術前將患者分為試驗組（術前行 3D 數字呈像模擬手術）59 例，對照組（不予行 3D 數字呈像模擬手術）65 例。術式選擇均遵循患者意愿，所有患者均簽署知情同意書。
1.2 試驗方法
1.2.1 3D 重建及模擬手術
術前兩組均給予患者胸部血管增強 CT，區分血管及組織，層厚 1 mm，將試驗組 CT 圖片以 DICOM 格式導入 Mimics-17.0 程序進行 3D 重建（圖 1），術前根據患者 3D 重建圖像模擬手術科內會診，評估腫物侵犯范圍，測量安全距離，行模擬手術（圖 2），選取準備切除范圍，規避重要血管、氣管等其他組織。
圖1
術前 CT 及 3D 呈像操作過程
圖2
3D 重建
a：3D 重建冠狀位；b：3D 重建矢狀位；c：3D 重建氣管及腫物；d：模擬手術離斷氣管；e：左主支氣管及左上肺支氣管；f：主支氣管-右肺上葉氣管模擬吻合
1.2.2 手術方法
手術均由一名胸外科經驗豐富的主刀醫師完成，患者全身麻醉，雙腔氣管插管，患側 90° 大側臥位，手術采用單操作孔，取腋中線第 7 或第 8 肋間為觀察孔，腋前線第 4 或第 5 肋間為操作孔。以圖中病例為例（圖 1、2、3），擬術中給予患者左下肺葉切除和左上肺支氣管-左主支氣管吻合成形術。探查腫物位于左下支氣管起始部，大部分位于下葉背段質，胸膜腔無黏連，縱隔淋巴結質軟，先行下肺葉伴左第 2 隆突切除術，解剖游離結扎切斷左下肺靜脈，解剖分離葉裂，結扎離斷下肺動脈，游離下肺支氣管近起始部，切斷左主支氣管（近第 2 隆突處）、左上葉支氣管近端及左肺下葉，移除左下肺后探查下肺支氣管腔內腫瘤是否完整，術中快速冰凍病理檢查提示左主支氣管斷緣及左肺上葉支氣管斷緣未見腫瘤侵及；行左上肺支氣管-左主支氣管斷端袖式吻合，縫線結扎，鹽水沖洗，膨肺，左肺上葉及支氣管吻合處無漏氣，周圍軟組織包裹吻合部，胸腔淋巴結清掃，止血，觀察孔留置引流管，關胸。
圖3
手術過程
a：暴露下肺動脈；b：吻合氣管（左主支氣管-左上葉氣管）；c：3D 呈像圖（背面觀），對應圖 d 中氣管殘端；d：氣管殘端；e：左肺下葉腫瘤
1.2.3 指標
對比兩組手術時間、術中失血量、術后引流量、引流管留置時間、術后住院時間、鎮痛藥物使用時間及并發癥出現情況。
1.3 統計學分析
數據用 SPSS 18.0 統計軟件進行分析。符合正態分布的計量資料以均數±標準差（±s）表示，組間均數比較采用單因素方差分析。計數資料組間比較采用 χ2 檢驗。P<0.05 為差異有統計學意義。
2 結果
2.1 一般資料結果
術前兩組一般資料差異無統計學意義（P>0.05）；見表 1。術后病理分型：鱗癌 43 例，腺癌 72 例（包括原位腺癌及侵潤型腺癌），腺鱗癌 3 例，其余 6 例為良性病變。
表1
兩組患者臨床資料比較（/例）
2.2 兩組圍術期資料對比
試驗組手術時間明顯短于對照組，差異有統計學意義［（120.5±39.1）min vs.（156.2±46.5）min，P<0.05］。試驗組術中失血量少于對照組，差異有統計學意義［（37.5±15.5）mL vs.（76.7±29.2）mL，P<0.05］。試驗組術后住院時間短于對照組，差異有統計學意義［（10.5±5.4）d vs.（12.4±5.1）d，P<0.05］。而術后引流量、引流管留置時間及術后鎮痛藥的應用時間，兩組差異無統計學意義（P>0.05）；見表 1。兩組并發癥發生率差異無統計學意義（（P>0.05）；見表 2。
表2
兩組術中和術后并發癥對比情況（例）
3 討論
肺癌是全球發病率及致死率最高的惡性腫瘤，且最近研究調查顯示其仍有增加趨勢，嚴重威脅著人類的健康，其中非小細胞肺癌（主要類型包括鱗癌、腺癌、大細胞癌等）約占全部數量的 80%，研究顯示其發病與吸煙、遺傳、環境及個體差異等多種因素相關[1]，早期非小細胞肺癌尚未侵犯重要組織及遠處轉移，對于較小直徑（<2 cm）的早期肺癌肺段切除具有與肺葉切除相似的療效[2-3]，且此類腫瘤應用胸腔鏡切除的方法也逐漸得到認可[4]。但對于直徑>2 cm 的肺癌，肺葉切除術+縱隔淋巴結清掃術最有效，并可改善患者生存質量[5]。對早期非小細胞肺癌的治療， VATS 與開胸手術相比，在其療效相同的基礎上有創傷小、疼痛輕及恢復快等優點，在臨床上已取得較為良好的效果且被胸外科醫生廣泛認可[6]。2006 年美國國立綜合癌癥網（NCCN）指南推薦電視胸腔鏡肺葉切除術為早期非小細胞肺癌的標準手術治療方式[7]。
3D 呈像技術經歷了 20 余年的發展，目前已廣泛應用于醫學的解剖、診斷、整形、義肢及外科手術規劃等方面，并且發揮著重要作用[8-13]。螺旋 CT 是將 3D 的人體經過斷層掃描后呈現出 2D 圖片，臨床醫生需要將其 2D 圖片在頭腦中進行整合，缺少直觀性。本研究將 2D 的 CT 圖片以 DICOM 格式導入 Mimics-17.0 程序進行重建，從而獲得更為直觀的 3D 圖像，根據手術需求，術前了解重要的血管、氣管等組織，并且加以分析，模擬手術以規避風險及降低并發癥。Fourdrain 等[14]認為肺動脈 3D 重建應用于肺部手術術前非常必要。
大多數的非小細胞肺癌治療均可應用胸腔鏡。胸腔鏡治療非小細胞肺癌目前已被公認為主流方式，但術中血管變異可能增加術中出血的風險，術前了解血管及支氣管變異對于術中規避風險非常重要。Fourdrain 等[15]術前對 100 例患者進行肺靜脈 CT 造影，變異率達 36%。胸腔鏡術前應用 CT 圖像 3D 重建患肺組織的結構非常必要[16]。本研究將試驗組行胸部 CT 血管增強檢查，并導入 Mimics-17.0 程序行 3D 重建及模擬手術操作，結果顯示試驗組在手術時間、術中失血量及術后平均住院時間均小于或短于對照組，結果取得了一定的成效。文獻報道顯示 3D 重建過程是由影像科醫生完成[17]，往往不能達到術者要求，本試驗操作軟件為臨床醫生應用，可根據手術要求隨時單獨制作血管、氣管等組織的 3D 圖像，降低成本并方便攜帶，特別是遇到復雜手術時，如本試驗步驟中提到的病例，患者肺腫瘤侵犯左主支氣管，如按常規情況患者需行左全肺切除術，但由于術前給予患者肺部腫物及支氣管 3D 重建，測量安全切除范圍模擬手術，這樣就保留了患者的左下肺，使得患者術后生存質量明顯改善；而且在其他病例中出現先天葉裂缺如、葉裂發育不完全、腫瘤侵犯重要血管及轉移淋巴結與血管或氣管嚴重黏連導致解剖變異時，3D 呈像的作用便更為突出，術者可以在術前明確重要血管的走行對其進行規避或結扎，并可確定切除范圍，對術式的選擇更具有指導意義。術前及術中應用 3D 重建技術可幫助術前診斷、規避術中風險、縮短手術時間、減少醫源性損傷，實現精準切除的目的。
利益沖突：無。
