針對早期非小細胞肺癌（直徑<2.0 cm）的手術治療方式，越來越多的相關研究結果表明解剖性肺段切除與傳統肺葉切除術具有同等療效。相比而言，肺段切除術更具技術難度。如今在個體化醫療和精準醫學的推動下，3D 技術在醫學領域廣泛應用，其具有術前模擬、術中定位、術中導航、臨床教學等優勢。尤其是在發現肺段局部解剖變異中起到關鍵作用。本文就目前 3D 技術在肺段切除術中的臨床應用作一綜述，簡單闡述 3D 技術在肺段切除術中的臨床應用價值。
引用本文： 賴志偉, 張珂. 3D 技術在肺段切除術中的臨床應用. 中國胸心血管外科臨床雜志, 2021, 28(5): 603-608. doi: 10.7507/1007-4848.202009023 復制
目前肺癌是我國乃至全世界惡性腫瘤中發病率和死亡率最高的癌癥[1-2]。隨著胸外科影像學技術的進步和高清晰度計算機斷層掃描技術（CT）在肺癌高危患者中的應用，胸外科醫生在臨床實踐中遇到越來越多的肺周圍小病變。目前對于 Ⅰ 期非小細胞肺癌（NSCLC）患者而言，肺葉切除聯合縱隔淋巴結取樣或清掃仍然是首選的治療手段。但隨著患者年齡增長、基礎疾病發生率增加、心肺功能下降，有些患者不再適合行肺葉切除，而選擇創傷更小的亞肺葉切除（肺段切除和肺楔形切除）。1973 年，Jensik 等[3]報道了使用肺段切除術治療肺癌，文章發表后引發了一場關于早期 NSCLC 最佳手術方法的爭論。解剖性肺段切除術與肺葉切除術在腫瘤預后上是否具有可比性，結合 Zhang 等[4]和 Bao 等[5]的兩項 Meta 分析結果表明，對于外周直徑<2.0 cm、Ⅰ 期 NSCLC，解剖性肺段切除結合系統的肺門和縱隔淋巴結清掃能夠獲得滿意的治療效果。與此同時，一些回顧性研究[6-7]表明，小尺寸（直徑<2.0 cm）ⅠA 期 NSCLC 的節段切除可能具有與肺葉切除術相當的預后和局部復發率。
1 肺段切除術的優勢及技術難點
傳統肺葉切除術切除范圍較大，可能對肺功能造成損傷，術后并發癥隨之增加，而且相對于患有慢性阻塞性肺疾病（COPD）、肺氣腫、心功能不全等肺功能較差的患者或老年患者而言，很難耐受。對于不能耐受肺葉切除的患者，應優先考慮亞肺葉切除（肺段切除和肺楔形切除）。目前普遍認為亞肺葉切除（肺段切除和肺楔形切除）可以保留更多健康的肺組織，從而保留更多的肺功能，加快患者術后康復和改善術后生活質量，尤其是對于有肺葉、亞肺葉切除史，年齡較大以及并發其它疾病的患者，亞肺葉切除術更適合。根據美國國立綜合癌癥網絡（NCCN，Version 7. 2019）[8]針對 NSCLC 行亞肺葉切除（肺段切除和肺楔形切除）的具體適應證如下：（1）肺功能差或因其它重要合并癥而不能耐受肺葉切除術；（2）周圍型結節直徑≤2.0 cm，且符合以下標準之一：組織學類型為單純原位癌；CT 顯示結節的磨玻璃成分≥50%；影像學檢查監測證實結節倍增時間>400 d。如今在個體化醫療和精準醫學的推動下，精準肺段切除或聯合肺段切除成為近年來討論的焦點[9]，盡管目前越來越多的研究結果表明肺段切除術是治療小尺寸早期 NSCLC 的手術選擇之一，但是由于肺段切除手術的技術復雜性，使得很多胸外科醫生望而卻步。胸腔鏡肺段切除術的技術難點包括確定結節的位置、確定目標結構、保留節段間靜脈、劃分節段間界限、確定手術邊緣等。常見的肺節段切除術有舌段切除術、左肺上段切除術和基底段切除術，這一系列節段切除術的技術類似于肺葉切除術，但一般認為胸腔鏡下肺段切除比肺葉切除困難，除了擔心局部復發率、死亡率和手術安全性之外，反對胸腔鏡肺段切除術的潛在爭論還包括并發癥的發生率較高、淋巴結清掃不充分，其中肺段局部解剖結構的復雜性和周圍血管及支氣管的變異，以及胸外科醫生對肺段局部的 3D 解剖關系不熟悉，是導致手術高度復雜的主要原因。根據 Nagashima 等[10]使用 3D 計算機斷層掃描支氣管血管成像（3D-CTBA）分析右肺上葉支氣管血管形態的變化情況顯示：肺靜脈的變化情況分為 4 種類型，其中最常見的是前+中央靜脈型，為 219 例（83.2%）。而前靜脈類型為 23 例（8.8%），比以前報告中的結果顯著降低。此外還發現了一些新的變化情況，19 例（7.2%）支氣管出現 B（1）或 B（2）分支缺陷型支氣管，比之前發現的患病率更高。
相對于已經廣泛應用的胸腔鏡肺葉切除術，胸外科醫生想要掌握胸腔鏡肺段切除術就需要對肺段的局部解剖有更深層次的認識。首先，由于肺段的脈管存在解剖變異，其中肺段靜脈的變異多于肺段動脈，而肺段動脈的走行往往和氣管相伴，尤其是當小葉間裂分離不完全時，肺血管的解剖變異使肺段切除更加困難。因此，了解肺段靜脈的分支類型相對而言是更加重要的。由于節段性靜脈結合在肺段內，根據其分支類型不同，手術入路也不同。Fourdrain 等[11]利用 CT 血管造影和 3D 重建技術，評估了 Ⅰ 期 Ⅱ 期肺癌胸腔鏡肺葉切除術患者的肺動脈樹及其解剖變異，然而關于肺段的局部解剖變異可參考的資料很少，為了確保肺段切除手術的準確性和安全性，尤其是在肺葉間致密粘連或不完全裂的情況下，我們需要在分割血管和支氣管的任何分支之前確認其正確性，這是決定手術成敗與否的關鍵，否則術中對肺段解剖的誤判可能導致嚴重的并發癥，如術中出血、遲發性肺梗死或壞死等。其次，在術中要確定結節的位置、確定目標結構、保留節段間靜脈、劃分節段間界限、確定手術邊緣。因此，識別節段間平面以及計算腫瘤與節段間平面之間的距離對于胸外科醫生進行肺段切除時非常有用。這就要求胸外科醫生在術前盡可能地掌握肺段脈管系統的解剖情況，還要求術者具有一定的手術經驗，對肺段局部支氣管血管形態有完整的認識，包括對罕見的解剖變異和對個體解剖的充分了解，這樣方可避免術中因為不可預知解剖變異而帶來的手術風險。
2 傳統 2D 技術的劣勢
隨著當今社會經濟的發展，CT 越來越普及。因此，在 CT 引導下經皮肺穿刺定位活檢，再結合纖維支氣管鏡、縱隔鏡、超聲支氣管鏡（EBUS）、正電子發射計算機斷層顯像（PET-CT）等技術，使得胸外科醫生對于肺部病灶的病理性質、與周圍組織的位置關系在術前就有了清晰的認識，這些是患者術前評估的基礎。胸外科醫生經常使用這些信息建立一個心理模型來評估肺結節的可切除性，以及預測在手術過程中任何可能的技術困難和風險。然而相對于一個直徑≤2.0 cm 的肺結節而言這些技術所提供的幫助是有限的，在 2D 屏幕上的圖像很難解釋手術視野中重要結構之間的完整解剖關系。因為這些圖像都是以 2D 的形式存在于術者的大腦中，需將連續的 2D 平面圖像在頭腦中進行 3D 重建，形成立體圖像，從而分析判斷肺占位性病變的具體情況，做出手術規劃。這種建立在人腦的抽象的 3D 重建需要具備熟練的 2D 圖像閱片基礎，并結合一定數量的胸外科手術實例，不斷調整和儲備，經過長時間的經驗積累才能形成。這種存在于人腦中的重建的立體圖像具有臨時性和不穩定的特點，很難永久、真實地呈現在整個治療團隊面前，并且每個胸外科醫生頭腦中重建的圖像模型與實際情況符合的程度不盡相同，其準確性與手術者的經驗水平密切相關。
3 3D 重建技術在胸外科中的應用
如今 3D-CTBA、多排螺旋計算機斷層掃描技術（MDCT）以及 3D 圖像渲染技術的出現使得我們可以將 2D 圖像轉換為 3D 圖像[12-13]。目前 3D 技術已廣泛應用于醫學領域，包括骨科、整形外科、額面外科、口腔科、心外科、肝膽外科、泌尿外科等[14-20]。在胸外科領域，3D 重建技術在肺段切除術的應用在國內已經達成相關共識。如今對肺節段解剖的 3D CT 可以確定肺部腫瘤在解剖節段內的位置，并輔助預測手術邊緣。與傳統的 2D 圖像相比，3D 技術顯示的磨玻璃影（ground-glass opacity，GGO）病灶和肺解剖結構可以提高胸腔鏡肺段切除術的安全性和準確性。所以 3D 技術能有效地應用于胸外科肺葉和肺段切除術（圖 1）[21-22]。南京醫科大學附屬第一醫院胸外科報道了 3D-CTBA 在胸腔鏡肺段切除和亞肺段切除術前評估的應用價值，并且開發了一種基于錐形原理將肺段從肺葉中分離出來的方法[23]。雖然胸外科醫生也可以在無 3D 技術輔助的情況下完成肺段切除手術，但是有了 3D 技術的輔助可以更精確地直觀感知病灶的位置和形狀。臨床實踐中由于肺結節的磨玻璃成分及其存在于肺實質的深層位置，術中難以觸診及定位肺小結節。目前存在多種定位方法，如 CT 引導下的勾絲定位、彈簧圈、亞甲藍、肺表面解剖標記定位、超聲定位、術中紅外線掃描等，上述方法定位方法各有其優勢，但過程相對繁瑣，而且定位的成功率和并發癥風險跟術者的經驗、患者配合的程度密切相關，這些定位方法適合用于靠近肺外周的結節或擬行肺楔形切除術的患者。如今針對肺 GGO 的肺段切除術前和術中的雙定位是目前發展的趨勢，但對于靠近肺野中央、心臟、大血管等重要器官的病灶時操作風險性較高，一般不適合穿刺定位，同時術中觸診、紅外線定位范圍表淺，超聲定位易受氣體干擾也無法定位。相關文獻[24]表明肺段間區域結節約占肺結節的 30%，與肺結節的大小無關，普通 2D CT 難以精確定位，而且上述方法均不能完全解決結節的節段性歸屬問題。隨著 MDCT 的發展促使重建肺的 3D 圖像成為可能，從操作者的角度可以看到血管和支氣管結構，因此，它可用于術前定位和術中導航，手術過程中能夠準確劃分所有目標結構、保留節間靜脈、完整切除目標實質、保證手術切緣，這對于進行肺段切除是非常有用的。復旦大學附屬中山醫院胸外科團隊[25]對查出肺 GGO 患者進行了解剖性肺段切除術前 3D 模擬，該團隊認為 3D 術前模擬相對于單純依靠 CT 掃描進行術前模擬，在精確度上更具有優勢，可顯著縮短手術時間（111 min vs. 139 min，P=0.03）。術前 3D 圖像能夠有效地進行術前模擬、手術規劃、定位病灶位置、確定病灶切緣、預測術中可能存在任何的風險，甚至可以將 3D 立體圖像進行 360° 旋轉，多層次、多角度觀察，在相關軟件的技術輔助下還可直接測量血管、支氣管與 GGO 病變的 3D 關系及距離，進行術中導航[26]，避免了不必要的肺組織解剖，而且省去了術中尋找和辨別肺段靜脈血管的時間，從而縮短手術時間[27]、減少術中出血量、提高手術成功率。
圖1
3D 重建技術在胸外科中的應用
a：右肺分段；b：右肺上葉：S1、S2、S3；c：左肺分段，中心型占位；d：左肺中心型占位
4 3D 打印技術在胸外科中的應用
目前虛擬的 3D 重建圖像仍然只是在電腦屏幕上展示，缺乏在手術時處理結構的靈活性，不能給醫師帶來更好的主觀感受和觸覺感受。因此，能否將電腦屏幕里的 3D 重建圖像 3D 打印成實體模型帶入手術室進行手術規劃，這就成為了我們所關心的問題。相關資料顯示 3D 打印技術誕生于 20 世紀 90 年代，最初應用于制造業、工程及航空航天模型設計等領域。近幾年來，3D 打印技術已經在醫學領域得到了廣泛的應用，特別是在手術模擬、術前預演、手術輔助工具的開發等方面。中南大學湘雅第二醫院胸外科團隊[27]將 3D 定制的碳纖維假體用于肉瘤切除后的胸骨重建。這種新型的胸骨重建手術不但取得了滿意的效果，而且消除了金屬植入物帶來的不良影響。中國人民解放軍陸軍軍醫大學團隊[28]報道了 3D 打印植入物應用于胸壁重建，這種 3D 打印技術可以幫助進行術前預演、手術計劃，利用該技術進行的 3D 打印植入物制造與傳統植入物相比，具有提高手術精度和療效，減少出血、疼痛等并發癥的優點。由 George 團隊[29]進行的關于 3D 打印模型在復雜胸部腫瘤術前規劃中的實用性和可重復性的研究表明 3D 打印的模型具有足夠的準確性和臨床上可忽略的可變性。3D 打印的模型還可以應用于胸外科年輕醫師臨床教學培訓過程中，以不同的角度、層次去觀察肺組織解剖結構，促進對肺部腫瘤的發生機制、病理過程、臨床表現及治療過程的理解，在知識與技能、理論與實踐之間架起了溝通的橋梁。此外，先進的 3D 打印模型提供了一種前瞻性的工具，為胸外科醫生更好地就疾病與患者及其家屬的溝通創造了有利條件。
5 3D 技術的現狀
一般情況下術前通過 3D-CTBA 獲取圖像資料，輸入計算機，應用相應的 3D 重建軟件進行 3D 重建甚至可以進行 3D 打印。大多數常用的軟件程序基本都需要耗時數小時進行圖像處理來獲取 3D 重建圖像，但由于目前相關軟件的技術不斷進步，大部分過程是自動化的。目前市場上重建軟件種類繁多，常見的有 Deep insight、Mimics、Osirix 等，各有各的優勢，我們目前廣泛采用的是 Mimics 軟件（materialise magics materialise software，Leuven，Belgium），依據術前高分辨增強 CT 掃描結果進行重建，所以 CT 結果的質量尤為重要，直接影響到重建的準確性。其次，檢查過程中患者更深的呼吸及更長的屏氣時間，可以使得終末細支氣管充氣更明顯，提高氣管重建的準確度。增強 CT 圖像最好在動脈期進行捕獲，這樣可以與靜脈分辨更加清楚。通常由于患者 CT 掃描過程中配合不好，血管末端造影欠佳，肺裂隙顯示不佳，以及由于 CT 圖像質量或實質扭曲（如肺部炎癥、肺纖維化等）造成的氣道可視化差，那么后期需要操作人員進行手動修改，技術人員應當熟練掌握肺部解剖，能夠甄別軟件重建過程中造成的小動靜脈的混亂。這一系列的過程既要有相應的設備支持，還需要熟練掌握一定的 3D 重建軟件操作技能，而且 3D 技術重建結果與術中真實情況會不會有所偏差，這些都是我們所關注的問題。2003 年，日本?Watanabe 等[30]發表的一項研究表明通過 MDCT 獲得的 3D 肺血管造影（3D-CTPA）提供了肺血管的精確術前信息，其中 98%（84/86）的肺動脈分支被成功識別，識別中缺失的兩條分支為小血管，實際直徑<1.5 mm。因此，認為 3D-CTPA 導航可能具有提高手術安全性和降低手術發病率的潛力。2015 年，美國匹茲堡大學醫學中心[22]運用最新研發的 3D CT 技術，回顧性評估 41 例 Ⅰ 期 NSCLC 患者行肺段切除術或肺葉切除術的術前 CT 圖像，該軟件基于圖像的重建是以細支氣管為核心，完成肺解剖節段的自動重建。在 3D 重建的基礎上估計預期的手術面積和肺節段體積，得出了該技術適用于肺段切除術前評估的結論，進一步說明 3D 技術在術前規劃和手術決策方面的優勢。
6 3D 技術的不足與展望
雖然現在 3D 技術對于肺段切除術而言是一種突破性工具，但并不是所有患者都可以使用 3D 技術。而且除了實用性之外，一項技術的準確性和再現性是其能否得到廣泛應用的主要因素。即使在術前獲得了真實的 3D-CTBA 圖像，在不了解肺段局部支氣管血管解剖變異類型及其發生頻率的情況下，術前的圖像仍與術中實際解剖不完全一致，有時難以一一對應，因為術前胸部 CT 掃描時肺是處于充氣狀態和正常位置，而胸腔鏡下手術側的肺則是塌陷的。因此肺段血管和支氣管在兩種不同情況下的行走路徑是有所差異的。這些差異對于胸外科醫生而言通過經驗的積累是可以感知的。雖然現有的重建軟件也能夠滿足肺組織重建的基本要求，但是對于外科醫生而言，重建圖像的準確性、再現性以及獲取圖像所需的時間是最重要的。因此能否將術中肺組織的塌陷所造成的 3D 重建與術中情況的差異考慮在內，研發更加快捷、精度和智能化程度更高的 3D 重建軟件，從而為手術操作人員提供更大的安全感，帶來更加良好的主觀感受和觸覺感受。其次，3D 技術在應用的過程中需要專門的計算機醫療技術人才的參與，但是目前還沒有專門針對 3D 技術醫療人才的培養。此外，3D 打印模型所需的材料、時間以及 3D 打印機的購買成本和維護成本是使用 3D 打印技術的主要限制，其中打印模型所需要的材料是使 3D 打印技術無法得到廣泛應用的關鍵原因。因此，研發廉價的 3D 打印材料、改進 3D 打印機技術、縮短 3D 打印所需的時間勢在必行。隨著科學技術發展，3D 技術會得到進一步的開發創新，我們相信這些問題都可以得到很好的解決。如今個體化醫療和精準醫學觀念的不斷深入人心，以及醫學影像技術和外科手術技術的不斷提高，我們有理由相信精準肺段切除術在未來將會更加頻繁地應用于胸外科患者中。因此，3D 技術在胸外科應用前景廣泛。
利益沖突：無。
作者貢獻：賴志偉參與本文的撰寫與修改；張珂對該文章的相關內容進行指導和修正。
目前肺癌是我國乃至全世界惡性腫瘤中發病率和死亡率最高的癌癥[1-2]。隨著胸外科影像學技術的進步和高清晰度計算機斷層掃描技術（CT）在肺癌高危患者中的應用，胸外科醫生在臨床實踐中遇到越來越多的肺周圍小病變。目前對于 Ⅰ 期非小細胞肺癌（NSCLC）患者而言，肺葉切除聯合縱隔淋巴結取樣或清掃仍然是首選的治療手段。但隨著患者年齡增長、基礎疾病發生率增加、心肺功能下降，有些患者不再適合行肺葉切除，而選擇創傷更小的亞肺葉切除（肺段切除和肺楔形切除）。1973 年，Jensik 等[3]報道了使用肺段切除術治療肺癌，文章發表后引發了一場關于早期 NSCLC 最佳手術方法的爭論。解剖性肺段切除術與肺葉切除術在腫瘤預后上是否具有可比性，結合 Zhang 等[4]和 Bao 等[5]的兩項 Meta 分析結果表明，對于外周直徑<2.0 cm、Ⅰ 期 NSCLC，解剖性肺段切除結合系統的肺門和縱隔淋巴結清掃能夠獲得滿意的治療效果。與此同時，一些回顧性研究[6-7]表明，小尺寸（直徑<2.0 cm）ⅠA 期 NSCLC 的節段切除可能具有與肺葉切除術相當的預后和局部復發率。
1 肺段切除術的優勢及技術難點
傳統肺葉切除術切除范圍較大，可能對肺功能造成損傷，術后并發癥隨之增加，而且相對于患有慢性阻塞性肺疾病（COPD）、肺氣腫、心功能不全等肺功能較差的患者或老年患者而言，很難耐受。對于不能耐受肺葉切除的患者，應優先考慮亞肺葉切除（肺段切除和肺楔形切除）。目前普遍認為亞肺葉切除（肺段切除和肺楔形切除）可以保留更多健康的肺組織，從而保留更多的肺功能，加快患者術后康復和改善術后生活質量，尤其是對于有肺葉、亞肺葉切除史，年齡較大以及并發其它疾病的患者，亞肺葉切除術更適合。根據美國國立綜合癌癥網絡（NCCN，Version 7. 2019）[8]針對 NSCLC 行亞肺葉切除（肺段切除和肺楔形切除）的具體適應證如下：（1）肺功能差或因其它重要合并癥而不能耐受肺葉切除術；（2）周圍型結節直徑≤2.0 cm，且符合以下標準之一：組織學類型為單純原位癌；CT 顯示結節的磨玻璃成分≥50%；影像學檢查監測證實結節倍增時間>400 d。如今在個體化醫療和精準醫學的推動下，精準肺段切除或聯合肺段切除成為近年來討論的焦點[9]，盡管目前越來越多的研究結果表明肺段切除術是治療小尺寸早期 NSCLC 的手術選擇之一，但是由于肺段切除手術的技術復雜性，使得很多胸外科醫生望而卻步。胸腔鏡肺段切除術的技術難點包括確定結節的位置、確定目標結構、保留節段間靜脈、劃分節段間界限、確定手術邊緣等。常見的肺節段切除術有舌段切除術、左肺上段切除術和基底段切除術，這一系列節段切除術的技術類似于肺葉切除術，但一般認為胸腔鏡下肺段切除比肺葉切除困難，除了擔心局部復發率、死亡率和手術安全性之外，反對胸腔鏡肺段切除術的潛在爭論還包括并發癥的發生率較高、淋巴結清掃不充分，其中肺段局部解剖結構的復雜性和周圍血管及支氣管的變異，以及胸外科醫生對肺段局部的 3D 解剖關系不熟悉，是導致手術高度復雜的主要原因。根據 Nagashima 等[10]使用 3D 計算機斷層掃描支氣管血管成像（3D-CTBA）分析右肺上葉支氣管血管形態的變化情況顯示：肺靜脈的變化情況分為 4 種類型，其中最常見的是前+中央靜脈型，為 219 例（83.2%）。而前靜脈類型為 23 例（8.8%），比以前報告中的結果顯著降低。此外還發現了一些新的變化情況，19 例（7.2%）支氣管出現 B（1）或 B（2）分支缺陷型支氣管，比之前發現的患病率更高。
相對于已經廣泛應用的胸腔鏡肺葉切除術，胸外科醫生想要掌握胸腔鏡肺段切除術就需要對肺段的局部解剖有更深層次的認識。首先，由于肺段的脈管存在解剖變異，其中肺段靜脈的變異多于肺段動脈，而肺段動脈的走行往往和氣管相伴，尤其是當小葉間裂分離不完全時，肺血管的解剖變異使肺段切除更加困難。因此，了解肺段靜脈的分支類型相對而言是更加重要的。由于節段性靜脈結合在肺段內，根據其分支類型不同，手術入路也不同。Fourdrain 等[11]利用 CT 血管造影和 3D 重建技術，評估了 Ⅰ 期 Ⅱ 期肺癌胸腔鏡肺葉切除術患者的肺動脈樹及其解剖變異，然而關于肺段的局部解剖變異可參考的資料很少，為了確保肺段切除手術的準確性和安全性，尤其是在肺葉間致密粘連或不完全裂的情況下，我們需要在分割血管和支氣管的任何分支之前確認其正確性，這是決定手術成敗與否的關鍵，否則術中對肺段解剖的誤判可能導致嚴重的并發癥，如術中出血、遲發性肺梗死或壞死等。其次，在術中要確定結節的位置、確定目標結構、保留節段間靜脈、劃分節段間界限、確定手術邊緣。因此，識別節段間平面以及計算腫瘤與節段間平面之間的距離對于胸外科醫生進行肺段切除時非常有用。這就要求胸外科醫生在術前盡可能地掌握肺段脈管系統的解剖情況，還要求術者具有一定的手術經驗，對肺段局部支氣管血管形態有完整的認識，包括對罕見的解剖變異和對個體解剖的充分了解，這樣方可避免術中因為不可預知解剖變異而帶來的手術風險。
2 傳統 2D 技術的劣勢
隨著當今社會經濟的發展，CT 越來越普及。因此，在 CT 引導下經皮肺穿刺定位活檢，再結合纖維支氣管鏡、縱隔鏡、超聲支氣管鏡（EBUS）、正電子發射計算機斷層顯像（PET-CT）等技術，使得胸外科醫生對于肺部病灶的病理性質、與周圍組織的位置關系在術前就有了清晰的認識，這些是患者術前評估的基礎。胸外科醫生經常使用這些信息建立一個心理模型來評估肺結節的可切除性，以及預測在手術過程中任何可能的技術困難和風險。然而相對于一個直徑≤2.0 cm 的肺結節而言這些技術所提供的幫助是有限的，在 2D 屏幕上的圖像很難解釋手術視野中重要結構之間的完整解剖關系。因為這些圖像都是以 2D 的形式存在于術者的大腦中，需將連續的 2D 平面圖像在頭腦中進行 3D 重建，形成立體圖像，從而分析判斷肺占位性病變的具體情況，做出手術規劃。這種建立在人腦的抽象的 3D 重建需要具備熟練的 2D 圖像閱片基礎，并結合一定數量的胸外科手術實例，不斷調整和儲備，經過長時間的經驗積累才能形成。這種存在于人腦中的重建的立體圖像具有臨時性和不穩定的特點，很難永久、真實地呈現在整個治療團隊面前，并且每個胸外科醫生頭腦中重建的圖像模型與實際情況符合的程度不盡相同，其準確性與手術者的經驗水平密切相關。
3 3D 重建技術在胸外科中的應用
如今 3D-CTBA、多排螺旋計算機斷層掃描技術（MDCT）以及 3D 圖像渲染技術的出現使得我們可以將 2D 圖像轉換為 3D 圖像[12-13]。目前 3D 技術已廣泛應用于醫學領域，包括骨科、整形外科、額面外科、口腔科、心外科、肝膽外科、泌尿外科等[14-20]。在胸外科領域，3D 重建技術在肺段切除術的應用在國內已經達成相關共識。如今對肺節段解剖的 3D CT 可以確定肺部腫瘤在解剖節段內的位置，并輔助預測手術邊緣。與傳統的 2D 圖像相比，3D 技術顯示的磨玻璃影（ground-glass opacity，GGO）病灶和肺解剖結構可以提高胸腔鏡肺段切除術的安全性和準確性。所以 3D 技術能有效地應用于胸外科肺葉和肺段切除術（圖 1）[21-22]。南京醫科大學附屬第一醫院胸外科報道了 3D-CTBA 在胸腔鏡肺段切除和亞肺段切除術前評估的應用價值，并且開發了一種基于錐形原理將肺段從肺葉中分離出來的方法[23]。雖然胸外科醫生也可以在無 3D 技術輔助的情況下完成肺段切除手術，但是有了 3D 技術的輔助可以更精確地直觀感知病灶的位置和形狀。臨床實踐中由于肺結節的磨玻璃成分及其存在于肺實質的深層位置，術中難以觸診及定位肺小結節。目前存在多種定位方法，如 CT 引導下的勾絲定位、彈簧圈、亞甲藍、肺表面解剖標記定位、超聲定位、術中紅外線掃描等，上述方法定位方法各有其優勢，但過程相對繁瑣，而且定位的成功率和并發癥風險跟術者的經驗、患者配合的程度密切相關，這些定位方法適合用于靠近肺外周的結節或擬行肺楔形切除術的患者。如今針對肺 GGO 的肺段切除術前和術中的雙定位是目前發展的趨勢，但對于靠近肺野中央、心臟、大血管等重要器官的病灶時操作風險性較高，一般不適合穿刺定位，同時術中觸診、紅外線定位范圍表淺，超聲定位易受氣體干擾也無法定位。相關文獻[24]表明肺段間區域結節約占肺結節的 30%，與肺結節的大小無關，普通 2D CT 難以精確定位，而且上述方法均不能完全解決結節的節段性歸屬問題。隨著 MDCT 的發展促使重建肺的 3D 圖像成為可能，從操作者的角度可以看到血管和支氣管結構，因此，它可用于術前定位和術中導航，手術過程中能夠準確劃分所有目標結構、保留節間靜脈、完整切除目標實質、保證手術切緣，這對于進行肺段切除是非常有用的。復旦大學附屬中山醫院胸外科團隊[25]對查出肺 GGO 患者進行了解剖性肺段切除術前 3D 模擬，該團隊認為 3D 術前模擬相對于單純依靠 CT 掃描進行術前模擬，在精確度上更具有優勢，可顯著縮短手術時間（111 min vs. 139 min，P=0.03）。術前 3D 圖像能夠有效地進行術前模擬、手術規劃、定位病灶位置、確定病灶切緣、預測術中可能存在任何的風險，甚至可以將 3D 立體圖像進行 360° 旋轉，多層次、多角度觀察，在相關軟件的技術輔助下還可直接測量血管、支氣管與 GGO 病變的 3D 關系及距離，進行術中導航[26]，避免了不必要的肺組織解剖，而且省去了術中尋找和辨別肺段靜脈血管的時間，從而縮短手術時間[27]、減少術中出血量、提高手術成功率。
圖1
3D 重建技術在胸外科中的應用
a：右肺分段；b：右肺上葉：S1、S2、S3；c：左肺分段，中心型占位；d：左肺中心型占位
4 3D 打印技術在胸外科中的應用
目前虛擬的 3D 重建圖像仍然只是在電腦屏幕上展示，缺乏在手術時處理結構的靈活性，不能給醫師帶來更好的主觀感受和觸覺感受。因此，能否將電腦屏幕里的 3D 重建圖像 3D 打印成實體模型帶入手術室進行手術規劃，這就成為了我們所關心的問題。相關資料顯示 3D 打印技術誕生于 20 世紀 90 年代，最初應用于制造業、工程及航空航天模型設計等領域。近幾年來，3D 打印技術已經在醫學領域得到了廣泛的應用，特別是在手術模擬、術前預演、手術輔助工具的開發等方面。中南大學湘雅第二醫院胸外科團隊[27]將 3D 定制的碳纖維假體用于肉瘤切除后的胸骨重建。這種新型的胸骨重建手術不但取得了滿意的效果，而且消除了金屬植入物帶來的不良影響。中國人民解放軍陸軍軍醫大學團隊[28]報道了 3D 打印植入物應用于胸壁重建，這種 3D 打印技術可以幫助進行術前預演、手術計劃，利用該技術進行的 3D 打印植入物制造與傳統植入物相比，具有提高手術精度和療效，減少出血、疼痛等并發癥的優點。由 George 團隊[29]進行的關于 3D 打印模型在復雜胸部腫瘤術前規劃中的實用性和可重復性的研究表明 3D 打印的模型具有足夠的準確性和臨床上可忽略的可變性。3D 打印的模型還可以應用于胸外科年輕醫師臨床教學培訓過程中，以不同的角度、層次去觀察肺組織解剖結構，促進對肺部腫瘤的發生機制、病理過程、臨床表現及治療過程的理解，在知識與技能、理論與實踐之間架起了溝通的橋梁。此外，先進的 3D 打印模型提供了一種前瞻性的工具，為胸外科醫生更好地就疾病與患者及其家屬的溝通創造了有利條件。
5 3D 技術的現狀
一般情況下術前通過 3D-CTBA 獲取圖像資料，輸入計算機，應用相應的 3D 重建軟件進行 3D 重建甚至可以進行 3D 打印。大多數常用的軟件程序基本都需要耗時數小時進行圖像處理來獲取 3D 重建圖像，但由于目前相關軟件的技術不斷進步，大部分過程是自動化的。目前市場上重建軟件種類繁多，常見的有 Deep insight、Mimics、Osirix 等，各有各的優勢，我們目前廣泛采用的是 Mimics 軟件（materialise magics materialise software，Leuven，Belgium），依據術前高分辨增強 CT 掃描結果進行重建，所以 CT 結果的質量尤為重要，直接影響到重建的準確性。其次，檢查過程中患者更深的呼吸及更長的屏氣時間，可以使得終末細支氣管充氣更明顯，提高氣管重建的準確度。增強 CT 圖像最好在動脈期進行捕獲，這樣可以與靜脈分辨更加清楚。通常由于患者 CT 掃描過程中配合不好，血管末端造影欠佳，肺裂隙顯示不佳，以及由于 CT 圖像質量或實質扭曲（如肺部炎癥、肺纖維化等）造成的氣道可視化差，那么后期需要操作人員進行手動修改，技術人員應當熟練掌握肺部解剖，能夠甄別軟件重建過程中造成的小動靜脈的混亂。這一系列的過程既要有相應的設備支持，還需要熟練掌握一定的 3D 重建軟件操作技能，而且 3D 技術重建結果與術中真實情況會不會有所偏差，這些都是我們所關注的問題。2003 年，日本?Watanabe 等[30]發表的一項研究表明通過 MDCT 獲得的 3D 肺血管造影（3D-CTPA）提供了肺血管的精確術前信息，其中 98%（84/86）的肺動脈分支被成功識別，識別中缺失的兩條分支為小血管，實際直徑<1.5 mm。因此，認為 3D-CTPA 導航可能具有提高手術安全性和降低手術發病率的潛力。2015 年，美國匹茲堡大學醫學中心[22]運用最新研發的 3D CT 技術，回顧性評估 41 例 Ⅰ 期 NSCLC 患者行肺段切除術或肺葉切除術的術前 CT 圖像，該軟件基于圖像的重建是以細支氣管為核心，完成肺解剖節段的自動重建。在 3D 重建的基礎上估計預期的手術面積和肺節段體積，得出了該技術適用于肺段切除術前評估的結論，進一步說明 3D 技術在術前規劃和手術決策方面的優勢。
6 3D 技術的不足與展望
雖然現在 3D 技術對于肺段切除術而言是一種突破性工具，但并不是所有患者都可以使用 3D 技術。而且除了實用性之外，一項技術的準確性和再現性是其能否得到廣泛應用的主要因素。即使在術前獲得了真實的 3D-CTBA 圖像，在不了解肺段局部支氣管血管解剖變異類型及其發生頻率的情況下，術前的圖像仍與術中實際解剖不完全一致，有時難以一一對應，因為術前胸部 CT 掃描時肺是處于充氣狀態和正常位置，而胸腔鏡下手術側的肺則是塌陷的。因此肺段血管和支氣管在兩種不同情況下的行走路徑是有所差異的。這些差異對于胸外科醫生而言通過經驗的積累是可以感知的。雖然現有的重建軟件也能夠滿足肺組織重建的基本要求，但是對于外科醫生而言，重建圖像的準確性、再現性以及獲取圖像所需的時間是最重要的。因此能否將術中肺組織的塌陷所造成的 3D 重建與術中情況的差異考慮在內，研發更加快捷、精度和智能化程度更高的 3D 重建軟件，從而為手術操作人員提供更大的安全感，帶來更加良好的主觀感受和觸覺感受。其次，3D 技術在應用的過程中需要專門的計算機醫療技術人才的參與，但是目前還沒有專門針對 3D 技術醫療人才的培養。此外，3D 打印模型所需的材料、時間以及 3D 打印機的購買成本和維護成本是使用 3D 打印技術的主要限制，其中打印模型所需要的材料是使 3D 打印技術無法得到廣泛應用的關鍵原因。因此，研發廉價的 3D 打印材料、改進 3D 打印機技術、縮短 3D 打印所需的時間勢在必行。隨著科學技術發展，3D 技術會得到進一步的開發創新，我們相信這些問題都可以得到很好的解決。如今個體化醫療和精準醫學觀念的不斷深入人心，以及醫學影像技術和外科手術技術的不斷提高，我們有理由相信精準肺段切除術在未來將會更加頻繁地應用于胸外科患者中。因此，3D 技術在胸外科應用前景廣泛。
利益沖突：無。
作者貢獻：賴志偉參與本文的撰寫與修改；張珂對該文章的相關內容進行指導和修正。
