3D打印技術在胸腔鏡下肺段切除術中的應用

王力捷 金成華? 沈韋羽

胸腔鏡下肺葉切除已經成為治療肺癌、肺轉移瘤及肺良性腫瘤的標準術式。而近年來隨著越來越多的早期肺小結節被發現，胸腔鏡下肺段切除術逐漸被應用于治療難以行單純楔形切除的早期外周型肺癌。盡管大量報道［1-2］表明，胸腔鏡技術相對傳統開胸術更安全有效、術后病死率低、呼吸功能恢復快，肺段切除術中肺血管解剖變異可能引起諸如意外大出血等嚴重問題，甚至中轉開胸。外科醫生通過術前影像成形技術加深對病灶及其周圍肺組織解剖認識可能使胸腔鏡手術變得更安全［2-3］。目前關于3D模擬打印技術對胸外科圍手術期影響的報道不多［4］，本文對擬行胸腔鏡下肺段切除術的患者進行術前胸部高分辨率CT及肺動脈掃描，通過獲得患側肺血管、支氣管-氣管樹掃描數據進行三維重建，3D打印出肺模型原型，術前制定相應手術方案并模擬手術，旨在研究3D打印技術在術前肺血管評估，減少術中、術后并發癥的發生率等方面的應用價值。

1 臨床資料

1.1 一般資料 本院自2015年12月至2017年6月期間順利施行胸腔鏡下肺段切除術共40例，其中男17例，女23例；年齡32～78歲，平均（56.9±10.6）歲。35例患者常規體檢發現，5例因出現與肺腫塊無關的咳嗽咳痰或胸痛就診發現，病灶直徑0.5～1.6cm，平均（0.8±0.2）cm。胸腔鏡下肺段切除指征：外周型肺小結節（直徑＜2cm），術前胸部增強CT未發現淋巴結腫大轉移，對高度懷疑肺癌的患者術前均行頭顱MRI、腹部B超及骨ECT掃描等排除遠處轉移可能，無嚴重的心肺功能障礙。術前在征求患者的知情同意后常規予以胸部高分辨率增強CT和肺動脈掃描獲取肺部病灶、血管支氣管影像數據，重建3D肺模型。

1.2 術前3D肺模型建立方法 所有患者術前均接受胸部高分辨增強CT和肺動脈成像，采用GE公司256排CT行快速薄層掃描，利用RadiAnt DICOM viewer 軟件查看和篩選原始CT數據，進行必要的圖像調整處理后，導入至Arigin 3D V2.0.0（昕健醫療）軟件中，采用閾值分割法結合區域生長法進行圖像快速分割、3D重建。采用動靜脈期CT序列圖像數據重建肺內病灶、肺動靜脈分支、氣管支氣管分支，各個結構的3D模型重建完成后實行計算機自動配準（見圖1）。采用ProJet?860Pros打印機打印，所用材料為VisiJet優質復合打印材料，最后將得到彩色動脈、靜脈、氣管支氣管原型及3D肺打印模型原型（見圖2、3）。

圖1 肺動脈（紅色）、肺靜脈（藍色）、氣管支氣管（綠色）、腫瘤（灰色）自動配準貼合

圖2 最終彩色肺動脈、靜脈及氣管支氣管模型原型

圖3 3D肺打印模型原型

1.3 手術方法 患者取健側臥位，全身靜脈吸入復合麻醉，采用雙腔氣管內插管或單腔氣管插管封堵行健側單肺通氣。切口選擇三孔或兩孔：觀察孔位于腋中線第7或8肋間，前方操作孔位于腋前線與鎖骨中線之間第4或5肋間，后方操作孔一般位于肩胛下線第6、7或8肋間，實際各操作孔及觀察孔根據患者病變位置做適當調整。術中以強生腔內切割吻合器切除肺段，病灶常規術中送冷凍病理學檢查，如為肺惡性腫瘤，行淋巴結采樣，左側一般選擇性取第5、7、10、11、12、13組淋巴結，右側選擇性取第2、4、7、10、11、12、13組淋巴結。手術結束后病灶標本常規石蠟切片行病理學檢查。

1.4 數據收集分析 為了了解3D肺模型在肺血管分支評估中的能力，術中由兩名胸外科醫生對肺血管走形、數量進行統計，術中實際肺血管分支未在3D肺模型中檢測到被視為未檢測到的血管，臨床數據著重收集手術時間、術中出血量、病死率、術后引流時間及引流總量、術后出院時間、并發癥（如心律失常、持續漏氣、出血、肺部感染、聲音嘶啞等）。

1.5 統計學方法 采用SPSS23統計軟件。計量資料以（）表示，采用t檢驗分析，計數資料以n或%表示。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

本研究40例患者均順利施行胸腔鏡下肺段切除（肺惡性腫瘤予以淋巴結采樣），無術中中轉開胸、轉為肺葉切除或死亡病例，其中左上肺固有段切除6例，尖后段切除2例，后段切除2例，舌段切除4例，背段切除6例；右上肺尖段切除2例，后段切除6例，前段切除3例，尖后段切除2例，背段切除3例，前基底段切除4例。手術時間40～180min，平均（104.1±29.4）min；術中出血 20～200ml，平均（66.9±38.4）ml。術后共出現2例并發癥，其中出現持續漏氣1例，經保守治療痊愈，術后出血1例，再次胸腔鏡下行開胸止血術后好轉，未出現術后肺部感染、聲音嘶啞、心率失常等并發癥。術后引流時間2～7d，平均（3.7±1.4）d；引流總量 230～1300ml，平均（675.9±276.7）ml；術后出院時間4～8d，平均（5.4±1.3）d。術后常規病理診斷：微浸潤性腺癌23例（均為pT1aN0M0 Ia期），原位腺癌9例，手術切緣的距離均＞2cm，肺良性結節8例。術后無1個月及3個月死亡病例，隨訪3～12個月所有病例均未見腫瘤復發或轉移。

根據術中發現，3D肺模型動脈分支與術中實際肺動脈分支符合率達到96.9%（94/97）（見表1），左上肺固有段、后段、舌段、背段，右上肺后段、尖后段、背段、前基底段動脈分支符合率均為100%。共3個動脈分支未被檢測到：其中右上肺尖后段切除中1個，右上肺尖段切除中1個，右上肺前段切除中1個，所有未被檢測到的動脈分支直徑均＜1mm。此外，3D肺模型上2個異常動脈分支與術中所見均相符，其中一支右下肺背段動脈發自右上肺后升支動脈，一支右上肺后升支動脈發自右中肺動脈（A5）。肺靜脈符合率高達98.5%（64/65），詳見表2。

表1 肺段切除術中3D打印模型對肺動脈分支的鑒別率

表2 肺段切除術中3D打印模型對肺靜脈分支的鑒別率

3 討論

3D打印技術是基于患者的臨床影像學數據建立的解剖模型，并被應用于胸外科的解剖學研究、術前計劃制定、手術模擬等方面［2-3］，本研究通過術前對患者進行胸部高分辨CTA掃描獲得影像數據從而指導建立3D肺模型，用于論證該技術對術中肺血管分支評估及短期預后影響的應用價值。

本研究中，通過術前3D肺模型的建立，96.9%的肺動脈分支和所有異常動脈分支均在術中被準確驗證識別，肺靜脈分支術中符合率也達到98.5%，相關文獻報道［4］也指出，在施行胸腔鏡肺葉切除術的患者中，術前經3D血管造影重建的病例術中血管符合率達到95%～98%，這與本研究的結果類似。本研究中未檢測到的血管可能與打印精度不夠高、復雜血管支氣管干擾有關。3D打印技術在解剖性肺段切除術中通過準確定位肺血管、支氣管分支、肺切緣達到精準切除靶病灶，與本單位之前的研究［5］比較，較大程度上減少了肺段切除術中誤傷血管幾率及術中出血量，縮短了手術時間，提高了手術的安全性，并為將來開展亞肺段切除等復雜手術提供保障。

根據作者的臨床經驗，基于影像學數據建立的3D肺模型原型相對三維重建影像更逼真，且可360°全方位自由旋轉，術前可為胸外科醫生提供多方位視角，縱覽肺血管走形與氣管支氣管樹的分布情況，局部病灶與鄰近結構的關系。因此，該技術也可應用于術前模擬，這對最佳手術路徑選擇、避免大出血及對臨近組織的損傷等方面均有益。通過3D打印技術，主刀醫生通過3D肺模型能更好地與患者及家屬進行溝通，取得其理解同意，減少醫患糾紛的發生，并獲得更詳盡生動的病例記錄［6］。與此同時，低年資醫師和實習學生也能利用3D打印模型更好的理解術中的解剖關系，提高對血管等組織的空間認識，影響了他們的學習曲線［7］。

近年來隨著胸腔鏡技術的不斷完善精進，術后并發癥的發生率逐漸降低，本研究共發生2例并發癥患者（5%），無死亡病例。其中術后持續漏氣及大出血各1例，經討論認為可能由于切割吻合器釘倉釘腳過長，吻合不夠嚴密引起的漏氣滲血。所有病例術后均未出現明顯心律失常、喉返神經損傷、肺部感染等并發癥。對比本單位既往研究［5］，術前經3D打印模擬手術的患者發生手術相關并發癥的風險明顯降低（P＜0.05）。盡管目前胸腔鏡技術已經非常成熟，術中仍會遇到中轉開胸的情況，本研究所有病例均未中轉開胸，一方面取決于主刀醫生的技術不斷提高，另一方面術前3D打印技術對異常血管的提前認知，避免了因誤傷血管而引起的中轉開胸發生。

該研究的主要不足是病例數量不夠多，潛在的偏倚可能影響數據的可靠性與說服力，尚不能充分論證3D打印技術在胸腔鏡下肺段切除術中的影響，對此作者會持續探討研究。另外3D打印技術本身也存在諸多限制與障礙，如缺乏柔韌性俱佳的醫學打印材料，細節打印還不夠精確，對于直徑＜1mm的亞段小血管分支辨別度欠佳，易造成術中血管誤傷幾率增加甚至中轉開胸的發生，同時現階段打印成本偏高及制作耗時偏多都制約了其在臨床中的開展。但相信在不久的將來，3D打印技術將在胸外科臨床實踐中發揮不可忽略的作用。