三維重建及虛擬手術規(guī)劃在胸腔鏡解剖性肺段切除術中的應用進展

王黎彬 戚維波

近年來，隨著社會工業(yè)化導致的大氣污染和煙草暴露程度的增加，肺癌發(fā)病率和病死率逐年上升，已居惡性腫瘤死亡的第1位[1-3]。同時由于數(shù)字化醫(yī)療影像學技術的發(fā)展,尤其是低劑量螺旋CT檢查在臨床肺癌篩查中的廣泛應用,早期肺癌患者越來越多[4]。早期肺癌患者中以高齡患者居多，這些患者往往合并1種或多種全身性疾病，最常見的是心肺疾病，如慢性支氣管炎、肺氣腫、高血壓以及心律失常，甚至肺源性心臟病和心源性心臟病。對于此類患者的治療方式是手術切除，雖然肺葉切除術仍是目前肺癌的標準術式，但有多中心回顧性研究發(fā)現(xiàn)肺段切除術治療早期肺癌的療效與肺葉切除術類似，術后復發(fā)率和5年生存率無明顯差異，并可降低手術并發(fā)癥和病死率，有利于在切除肺部腫瘤的前提下最大限度地保留正常肺組織及保護術后肺功能[5-7]。對此2010年美國國家綜合癌癥網(wǎng)制定的非小細胞肺癌臨床實踐指南中設立了亞肺葉切除（肺段切除和肺楔形切除）的具體適應證：（1）肺功能差或因其他重要合并癥而不能耐受肺葉切除術；（2）周圍結節(jié)直徑≤2cm，并至少符合以下標準中的1項：組織學類型為單純細支氣管肺泡癌（BAC，2B類），CT檢查顯示結節(jié)≥50%表現(xiàn)為毛玻璃樣（2B類），影像學隨診檢查證實腫瘤倍增時間較長（≥400d，2B類）。

由于肺內支氣管、動靜脈等肺段解剖結構錯綜復雜，具有明顯的個體差異，如術中對肺段解剖結構判斷不準，易引起大出血或重要臟器損傷，增加患者術后并發(fā)癥和死亡風險。隨著計算機技術及其與醫(yī)療技術結合的飛速發(fā)展,三維重建及虛擬手術規(guī)劃在臨床中逐漸廣泛應用，為精準肺段切除術提供了有力的技術支持[8-9]。本文對三維重建及虛擬手術規(guī)劃在胸腔鏡解剖性肺段切除術中的相關應用作一綜述。

1 三維重建及虛擬手術規(guī)劃概述

基于醫(yī)學影像的三維重建技術是根據(jù)輸入的CT斷層二維圖像信息，利用軟件進行提取、分割等處理后，構建組織的三維幾何圖形，并通過智能化軟件構建多層的三維數(shù)字模型。虛擬手術規(guī)劃是以三維數(shù)字模型成像技術為基礎，將肺部腫瘤的胸腔鏡解剖性肺段切除術進行體外再現(xiàn)的過程。通過三維重建技術及虛擬手術規(guī)劃可獲得全方位、立體、智能的動靜態(tài)影像，清晰顯示腫瘤空間位置、形態(tài)結構及與周圍臟器解剖關系等；通過連續(xù)分割、逐層分離的方式進行手術模擬操作,有助于評估手術難易程度，也有助于制定個體化手術方案。三維重建技術及虛擬手術規(guī)劃還可用于術前病情評估、術中影像導航。近年來，該技術已廣泛應用于肝膽外科、骨科和整形外科等的臨床診療[10-14]。目前，國外肺部三維重建技術及虛擬手術規(guī)劃已用于對胸腔鏡解剖性肺段切除術的術前病情評估、模擬肺段切除及制定手術方案、術中導航等的研究[15-19]，國內則主要用于指導胸腔鏡解剖性肺段切除術[20-22]。

2 三維重建及虛擬手術規(guī)劃在胸腔鏡解剖性肺段切除術中的應用

2.1 術前病情評估 由于肺段支氣管、血管等解剖結構的個體化差異較大，術前掌握其三維空間信息有助于病情評估，但基于二維圖像不利于全面掌握復雜的肺段支氣管、血管等解剖結構的情況，而三維重建及虛擬手術規(guī)劃可透視肺段支氣管、血管的匯合方式、走行及變異情況，全方位顯示肺部腫瘤的形態(tài)特點以及毗鄰結構的空間關系，正確評估病情，有利于選擇臨床治療方案。Hagiwara等[15]為124例胸腔鏡手術患者構建的CT三維重建模型，能提供大量二維圖像無法顯示的信息，特別是在肺部血管方面，有助于判斷肺動靜脈的走行及變異情況，可避免損傷或誤斷肺動靜脈。Seguin-Givelet等[16]根據(jù)胸部CT斷層二維圖像信息構建三維數(shù)字化模型，直觀地顯示了肺部腫瘤的部位、范圍及肺段支氣管、血管解剖情況，提高了診斷的準確率。

2.2 術前模擬肺段切除和制定手術方案 應用三維重建及虛擬手術規(guī)劃進行術前模擬肺段切除可為制定手術方案提供準確而可靠的依據(jù)，包括規(guī)劃圖像上胸部腫瘤與靶段支氣管、血管之間的關系，進行模擬解剖性肺段切除，測量切緣長度和精確切除肺段范圍，選擇最佳手術入口，標注需要切斷的靶段支氣管、動靜脈及需要保留的段間靜脈，預定解剖性分離段間的交界面，制定個體化的肺段切除方式，行次亞段切除、肺亞段切除、單肺段切除、擴大肺段切除或者聯(lián)合肺段切除等手術方式。Chen-Yoshikawa等[17]對胸外科手術進行CT三維重建術前模擬，發(fā)現(xiàn)肺段支氣管、血管等解剖結構具有個體化差異，為臨床制定個體化的手術方案提供了依據(jù)。張書新等[21]利用三維模型研究發(fā)現(xiàn)，重建個體化的肺癌數(shù)字化模型，為患者提供手術預演、模擬手術效果，有助于術前安全評估并制定精確的手術方案。Kurenov等[23]研究指出，構建肺癌的三維數(shù)字化模型，術前進行模擬演練，不僅有利于制定個體化的肺癌手術方案，而且能有效降低手術風險、減少手術并發(fā)癥。

2.3 術中影像導航 肺段靜脈的變異較多較復雜、確定肺段間交界面相對困難，極易造成術中血管損傷、誤斷甚至術中大出血，而三維重建及虛擬手術規(guī)劃應用于術中影像導航輔助胸腔鏡解剖性肺段切除手術，可術中指導對于靶段支氣管、血管進行精細解剖、準確判斷和處理，避免損傷或誤斷肺段支氣管和血管而影響保留肺段的肺功能，從而達到個體化的精準解剖性肺段切除，明顯降低腔鏡解剖性肺段切除手術的難度。Mun等[19]對20例肺部腫瘤患者利用熒光造影劑吲哚氰綠和三維重建及虛擬手術規(guī)劃在術中影像導航指導肺段切除術，不僅減少了術中出血量、縮短了手術時間，而且明顯減少了術后的并發(fā)癥。李云婧等[22]在對4例肺癌患者行CT檢查后重建肺部三維模型，利用虛擬現(xiàn)實導航技術輔助肺段切除術，明顯降低了肺段切除手術的難度。

3 小結

隨著數(shù)字化醫(yī)療影像學技術的發(fā)展，胸外科向精準肺切除邁出了巨大的一步。對于肺段支氣管、血管解剖結構復雜的胸腔鏡解剖性肺切除術，三維重建及虛擬手術規(guī)劃的應用具有良好的實時指導意義，可提高手術準確率及安全性。此外，通過三維數(shù)字化模型，能增加胸外科醫(yī)師對肺段解剖結構和三維影像的解剖認知。