人工智能三維重建在肺小結節單孔胸腔鏡肺段精準切除定位中的價值

徐涑珅

（佳木斯市結核＜腫瘤＞醫院胸外科，黑龍江 佳木斯 154000）

肺癌（lung cancer）的發病率及死亡率在惡性腫瘤中一直高居首位，但晚期肺癌5 年生存率小于20%[1]。肺癌早期診斷、早期治療成為降低肺癌死亡率的關鍵，早期肺癌手術后5 年生存率接近100%，通過低劑量CT 檢查、腫瘤標記物檢測，越來越多的肺小結節和微小結節被早期發現[2]。有研究表明[3]，肺小結節惡性概率為20%～40%，且隨年齡增長明顯升高。針對早期肺癌，特別是腫瘤≤2 cm，手術方式逐漸由肺葉切除術向解剖性肺段切除術轉變。解剖性肺段切除既能保證術后遠期生存，同時能夠最大程度地保留患者的肺功能，從而提高患者術后生存質量[4]。肺段切除的解剖結構復雜，肺的血管、支氣管解剖變異較多，做到精準肺段切除，需要明確病變所在的肺段及該肺段的動靜脈和支氣管解剖情況。普通的薄層CT 呈現的是二維圖像，往往難以確定靶段動靜脈及支氣管的走向及變異[5]。人工智能三維重建技術是利用3D 醫學影像與計算機手術輔助系統，應用CT 檢查數據對肺血管、支氣管進行重建，可立體呈現肺部解剖結構，特別是各個肺段血管支氣管三維結構及走向，為精準肺段切除手術提供了有力的技術支持。本研究選取2020 年1～6 月我院收治的50 例肺小結節患者的臨床資料，旨在觀察人工智能三維重建技術在肺小結節單孔胸腔鏡肺段精準切除手術中定位的價值，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2020 年1～6 月在佳木斯市結核＜腫瘤＞醫院胸外科行單孔胸腔鏡肺段精準切除手術治療的50 例肺小結節患者的臨床資料，納入標準：①符合美國國立綜合癌癥網絡（NCCN）指南建議的手術適應癥，即肺結節≤2 cm，且位于外周；②患者資料齊全；③無其他并發癥。排除標準：①合并心肝腎等重要臟器疾病者；②中途主動退出者。所有患者年齡29～76 歲，中位年齡57 歲。術前薄層CT顯示18 個實性病灶、22 個部分實性磨玻璃樣病變、10 個單純磨玻璃樣病變，共50 處肺內小結節，病灶大小8～30 mm，距離鄰近臟層胸膜的深度10～45 mm，肺小結節的大小與分布情況見表1。

表1 肺小結節的大小與分布情況（n）

1.2 方法

1.2.1 采集方法 根據患者術前2 周內CT 檢查所示病灶位置，囑患者仰臥或俯臥于導管床上，雙手抱頭，并指導患者呼吸，去掉患者體表金屬異物，在患者體表擬穿刺區域放置自制的金屬網格狀標識物，網格間距為10 mm×10 mm（圖1A）。采用數字血管造影機（美國GE 公司生產，型號：Innova3100）透視下正側位對位后，行旋轉掃描。掃描參數：矩陣512×512，視野（FOV）30 cm，旋轉速度40°/s，掃描時間5 s，共旋轉200°，將采集的圖像數據傳送至工作站進行重建。重建層厚為2 mm，層距2 mm；重建方法有容積再現（VR）和多平面重建（MRP）。應用重建圖像，并結合體表金屬標識網格，確定體表進針點（圖1B、1C）。常規消毒鋪巾，2%利多卡因局麻穿刺點后，先將麻醉針頭垂直刺入擬穿刺皮膚點，再次旋轉掃描，以確定進針點是否合適。若進針點滿意，則根據重建圖像制訂精確的穿刺方案。囑患者屏住呼吸，將Hook-wire 套管針按計劃迅速刺入病灶區，隨后再次旋轉掃描，根據重建圖像所示針尖和病灶的關系，精確校正進針深度和角度。若套管針成功穿刺到病灶，推進金屬鉤絲，退出套管針。重復旋轉掃描，三維重建圖像顯示倒鉤位于病灶內或位于病灶鄰近肺組織內(距離病灶＜5 mm)，提示定位成功（圖1D～1F）。用無菌透明貼包扎鉤絲體外部分，將患者送入手術室行單孔胸腔鏡肺段精準切除收術。具體操作過程見圖1。

圖1 定位下操作過程

1.2.2 圖像處理 掃描過程中系統生成0.625 mm 原始橫斷圖像及5 mm 重建圖像，圖像自動傳輸至工作站后，CT 專業技師對薄層橫斷圖像進行VR 三維重建。其中VR 三維重建視圖，部分病例根據需要做不同位置的切視圖。

1.2.3 手術方法 雙腔氣管插管全身麻醉，健側臥位單肺通氣，腋前線、腋中線第5 肋間做一約1 cm 的切口，作為操作孔，在腋中線第7 肋間做1 cm 的切口作為觀察孔，腔鏡探查，了解胸膜腔情況，探查腫塊的位置。用卵圓鉗觸摸或用手指進行操作，卵圓鉗協助觸摸肺表面，定位結節情況。對于探查結節成功者應用腔內切割閉合器行肺楔形切除；對于探查結節失敗者，根據術前人工智能三維重建技術確定病變位于肺段的位置，然后術中給予鼓肺，用電刀燒灼畫出肺段位置，然后行肺段切除。術后尋找肺內結節，快速冰凍送病理檢查，如為良性，結束手術，如為惡性行胸腔鏡肺葉切除，縱隔淋巴結清掃。

2 結果

50 處肺小結節的術前定位中有48 例定位成功，成功率率為96.00%，術中有2 例定位失敗，均在當天內接受單孔胸腔鏡肺段精準切除手術，無中轉開胸手術病例，所有術后均獲得明確的病理診斷結果。定位操作時間16～27 min，平均定位操作時間18.23 min（計算從局麻后到鉤絲定位成功的時間）；術中出血量53～66 ml，平均出血量55.31 ml；住院時間為8～25 d，平均住院時間15.21 d。有4 例發生無癥狀氣胸（同側肺葉壓縮面積＜20%），發生率8.00%，未發生咯血、血胸等并發癥。

3 討論

隨著低劑量CT 檢查在臨床的廣泛應用，肺部小結節檢出率為8%～51%，其中惡性占1.19%～12.00%，而純磨玻璃樣病變（r-GGO）有59%～73%為惡性[6]。對于有高度惡性概率（＞60%）的肺部小結節，無手術禁忌證或者無法耐受手術，首選手術治療[7]。胸腔鏡手術中，對于一些直徑較小、不在胸膜表面的結節及一些GGO 的定位，通常采用術中超聲、核素示蹤劑及Hook-wire 定位等方法[8]。處理肺部小結節，尤其是靠近肺門的深部結節，往往無法楔形切除，故需行肺段或肺葉切除，但肺葉切除會對肺功能形成較大的損害[9]，術后證實是良性病變的患者非常難以接受。研究證明[10]，胸腔鏡肺段精準切除治療肺部小結節，與肺葉切除相比，雖然復發率和5 年生存率無明顯差異，但卻更好地保護了術后肺功能，對于良性病變及肺部小結節具有更好的優勢。

單孔胸腔鏡肺段切除術為使用單孔切口，不撐開肋骨，在完全胸腔鏡下實施的解剖性肺段切除術，必要時加行系統淋巴結清掃，主要適用于無法行肺楔形切除或不能耐受肺葉切除術的患者[11]。Innova CT 是數字平板探測器血管造影系統與改進的CT重建技術相結合的醫用成像設備。Innova CT 的C臂系統圍繞患者旋轉掃描1 次，可以獲得多達幾百幅二維圖像，將這些采集的信息傳送到AW 工作站經校正后進行斷層重建[12]。重建原理是使用線性軌跡追蹤算法沿預定方向的最大信號強度作為成像像素，同時重建出橫斷面、矢狀面、冠狀面的斷層圖像，還可以根據需要獲得任意角度的重建圖像[13]。沒有侵及臟層胸膜的肺內小結節在胸腔鏡下難以識別，需術前標記或定位。應用微彈簧圈標記胸腔鏡下無法應用手指觸診的肺內小結節，可顯著增加病變的精準切除率，有效地避免過度切除正常肺組織。一項前瞻性研究分析了術前CT 引導下微彈簧圈定位肺內小結節的作用，結果提示與未進行術前定位的患者比較，術前定位可有效地提升病變切除精準度，減少開胸或肺葉切除率，縮短手術時間，同時減少切割閉合器的應用，術后無顯著并發癥[14]。另有研究顯示[15]，術前應用微彈簧圈精準定位可疑肺內小結節，病變切除成功率為100%，顯著優于未進行術前定位的病例，因此CT 引導下微彈簧圈定位有助于快速、精確切除肺內小病灶，降低開胸率，并縮短手術時間，有助于術后康復。

本研究中50 例肺小結節的定位中直徑≤10 mm的有12 例，位于雙肺下葉的有22 例，穿刺定位較困難，但均定位成功，定位成功率達96.00%，定位操作時間16～27 min，平均定位操作時間18.23 min；僅有4 例（8.00%）發生無癥狀性氣胸，并發癥發生率低于CT 引導的鉤絲定位。在4 例氣胸患者中2 例因病灶位于右肺下葉背段，結節較硬，在穿刺過程中病灶被針尖推擠滑動，再加上患者不能配合呼吸，導致穿刺過程中產生氣胸，定位失??；另2 例病灶位于右肺尖，Hook-wire 套管針僅能從鎖骨下狹小的空間進針，在多次調整針尖方向的過程中產生氣胸。在成功定位的肺小結節中，術中僅有2 例定位失敗，但手術醫師根據穿刺形成的局部胸膜下血腫找到病灶所在部位，順利進行楔形切除。本例鉤絲脫落的原因可能因病灶位置較淺，定位針倒鉤不能充分打開所致。

綜上所述，在單孔胸腔鏡肺段精準切除術過程中，人工智能三維重建技術術前定位肺小結節，操作快捷、安全，定位準確，特別在直徑≤10 mm 的肺微小結節的定位中具有一定的優勢。