3D-CT 重建聯合3D 打印模型可視化技術在單孔胸腔鏡肺手術患者中的應用研究

章祖雄，李斌，周雪梅，饒鼎宇，桑成鵬，黃明登，謝春發（通信作者）

1 贛南醫學院第一附屬醫院 （江西贛州 341000）；2 贛州市石城縣人民醫院 （江西贛州 341000）

肺癌是臨床上發生率較高的惡性腫瘤，已成為導致人類死亡的重要原因。非小細胞肺癌在病理上可分為鱗癌、腺癌與大細胞癌3 種，且與小細胞肺癌相比，非小細胞肺癌具有生長和分裂較慢，擴散與轉移相對較少等特點，發病率占所有肺癌病例的80%[1]。但多數非小細胞肺癌患者發病早期癥狀缺乏典型性，確診時已是中晚期，增加了臨床治療難度。隨著胸部CT 在體檢中的廣泛應用，越來越多的肺癌患者被發現。對于早期肺癌患者的治療，臨床中多采用肺段切除術[2]。與肺葉相比，肺段解剖結構復雜，更容易發生變異，積極尋找更好的顯示肺段解剖結構、指導肺段切除術的技術成為當前研究的熱點。3D-CT 能較好地重建患者病變肺葉血管、支氣管和腫瘤的三維圖像，但該方法在肺血管和支氣管解剖方面存在較大的局限性[3]。3D 打印模型可視化技術不僅能規避2D 屏幕顯示3D 圖像的不足，還能制作人體器官的物理模型，完美呈現人體器官的解剖結構，重建病變肺葉的血管、支氣管和腫瘤的三維圖相關[4]。本研究以醫院行單孔胸腔鏡肺手術患者為對象，探討3D-CT 重建聯合3D 打印模型可視化技術在單孔胸腔鏡肺手術患者中的應用效果，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

前瞻性選擇2021 年2 月至2022 年3 月贛南醫學院第一附屬醫院及贛州市石城縣人民醫院100 例行單孔胸腔鏡肺手術非小細胞肺癌患者為研究對象，以隨機數字表法分為對照組和試驗組。對照組50 例，其中男31 例，女19 例；年齡34～75 歲，平均（53.69±4.61）歲；體質量指數18～29 kg/m2，平均（22.63±4.14）kg/m2；病灶直徑1～6 cm，平均（3.15±0.41）cm；腫瘤分期：Ⅰ～Ⅱ期28 例，Ⅲ～Ⅳ期22 例；合并癥：高血壓6 例，糖尿病4 例，高脂血癥8 例；試驗組50 例，其中男29 例，女21 例；年齡33～74 歲，平均（53.76±4.68）歲；體質量指數19～30 kg/m2，平均（22.68±4.19）kg/m2；病灶直徑1～7 cm，平均（3.24±0.46）cm；腫瘤分期：Ⅰ～Ⅱ期29例，Ⅲ～Ⅳ期21 例；合并癥：高血壓4 例，糖尿病5 例，高脂血癥7 例。患者及家屬均對本研究知情并簽署同意書。研究經醫院倫理委員會審核批準。

納入標準：符合肺癌診斷標準[5]，經病理檢查確診；行單孔胸腔鏡肺手術治療，患者均可耐受；病情穩定，能進行溝通和交流，且患者具有完整的頭顱CT、全身骨掃描及胸部增強檢查結果。排除標準：手術方式非解剖性肺葉切除加縱膈、肺門淋巴結清掃術者；拒絕手術或術后病理為小細胞肺癌；良性病變或轉移癌者。

1.2 方法

所有患者檢查均為平臥位，均做三期增強掃描數據（平掃期、靜脈期及動脈期）；層厚0.6～1.25 mm；標準DICOM 格式；無偽影、無鋸齒狀、顯影清晰。試驗組采用的是振源醫療器械科技有限責任公司基于Mimics 三維重建技術開展的3D 打印技術。

1.2.1 術前計劃擬定

對照組：術前通過胸部增強掃描CT 常規制定術前計劃。

試驗組：術前基于高精度增強CT 掃描，并采用3D-CT 重建雙肺、肺癌病灶、支氣管和毗鄰動靜脈模型，借助3D 打印模型可視化技術打印模型。常規采集肺部薄層增強CT 影像數據，掃描完畢后，將獲得的影像學數據[三期增強掃描數據（平掃期、靜脈期及動脈期）；層厚≤1 mm；標準DICOM 格式；無偽影、無鋸齒狀、顯影清晰]傳輸到后處理工作站中，刻盤后存儲；將上述獲得的個體化數據導入3D-slice 4.11.0 軟件中，采用蒙板技術選取，建立雙肺、肺癌病灶、支氣管和毗鄰動靜脈模型。通過C3D 視窗建立能實現任意移動、旋轉、拆分、縮放、融合、透明化顯示，并可清晰顯示病灶與胸廓、肺臟與靶肺葉血管、支氣管空間位置的個體化肺癌3D可視化應用。根據血管、支氣管分型和肺癌病灶位置精準制定詳細的手術方案。然后用Lite600HD 三維打印機（上海聯合技術有限公司，中國上海）打印3D 模型（圖1）。

圖1 肺部模型示意圖

1.2.2 手術方法

兩組采用相同的手術方式，均待手術方法制定完畢后，常規采用雙腔通氣，對患者行全身麻醉，作1～2 個手術切口。單操作孔為腋中線第7、8 肋間常規放置10 mm 攝像孔，于腋前線第4、5 肋間作長為20～30 mm手術切口；單孔位置為：上肺腋中-后線之間第4 肋間做30 mm 切口作為操作孔及攝像孔。根據3D 打印模型制定的術前計劃，術中尋找靶節段的動、靜脈，避免意外損傷。均采用采用改良“肺澎張-萎陷法”尋找節段性邊界；夾閉靶段支氣管，完成肺擴張，保證靶段支氣管正確。待上述操作完畢后，切除靶段支氣管，并完全擴張肺組織。健側單肺通氣約15 min，患側靶段仍擴張，其他肺段塌陷。根據充氣靶肺組織與塌陷肺組織的邊界，切除靶肺段。所有惡性結節手術患者切緣需≥2 cm，或至少等于腫塊直徑，否則需行聯合肺段切除術；對于淋巴結陽性患者，行縱膈淋巴結清掃術，手術完成后切口肋間常規給予羅哌卡因注射液（浙江仙琚制藥股份有限公司，國藥準字H20163208，規格：10 mg‥75 mg）20 ml 在切口肋間及上下肋間肌內注射各3 ml，完成肋間神經阻滯，并于切口部位留置胸腔閉式引流管。

1.3 觀察指標

（1）手術指標、視覺模擬疼痛：記錄兩組手術與住院時間、術中出血量及術后引流量；兩組術前、手術1 d后采用視覺模擬評分法（visual analogues cale，VAS）評估患者疼痛，總分10 分，得分越高，表示疼痛越重[6]；（2）肺功能水平：兩組術前、手術7 d 后采用肺功能測定儀（比利時麥迪公司，型號：Medi Soft HYPAIR PROVO2）測定患者用力肺活量（forced vital capacity，FVC）、第一秒用力呼氣容積（forced expiratory volume in one second，FEV1）和最大自主通氣量（maximal voluntary ventilation，MVV）水平[7]；（3）術后并發癥：記錄兩組圍術期心律失常、肺部感染、靜脈血栓、肺不張、胸膜支氣管瘦及術后漏氣發生率。

1.4 統計學處理

采用SPSS 22.0 軟件處理，計數資料行χ2檢驗，采用率表示，計量資料行t檢驗，采用±s表示，P<0.05 差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組手術指標及VAS 評分比較

兩組術前VAS 評分、住院時間比較，差異無統計意義（P>0.05）；試驗組手術1 d 后VAS 評分低于對照組，差異有統計學意義（P<0.05）；試驗組手術時間、術中出血量及術后引流量均少于對照組，差異有統計學意義（P<0.05），見表1。

表1 兩組手術指標及VAS 評分比較（±s）

表1 兩組手術指標及VAS 評分比較（±s）

注：與術前比較，#P<0.05；VAS 為視覺模擬評分法

術中出血量（ml）試驗組 50 112.19±14.29 5.97±1.21 53.29±4.34對照組 50 113.52±15.12 5.99±1.23 68.94±5.51 t 8.671 1.413 8.091 P 0.000 0.569 0.000組別 例數 術后引流量（ml）組別 例數 手術時間（min）住院時間（d）VAS 評分（分）術前 手術1 d 后試驗組 50 751.21±32.59 1.12±0.69 3.12±0.86#對照組 50 943.69±36.61 1.14±0.71 5.53±0.94#t 5.492 1.591 5.013 P 0.000 0.437 0.000

2.2 兩組肺功能比較

兩組術前肺功能比較，差異無統計意義（P>0.05）；兩組手術7 d 后肺功能得到提高，且試驗組FVC、FEV1及MVV 水平高于對照組（P<0.05），差異具有統計學意義，見表2。

表2 兩組肺功能比較（±s）

表2 兩組肺功能比較（±s）

注：與術前比較，#P<0.05；FVC 為用力肺活量，FEV1 為第一秒用力呼氣容積，MVV 為最大自主通氣量

組別 例數 FVC（L）術前 手術7 d 后試驗組 50 2.45±0.34 3.21±0.42#對照組 50 2.44±0.32 2.86±0.38#t 1.591 7.412 P 0.325 0.000組別 例數 FEV1（L）術前 手術7 d 后試驗組 50 2.04±0.25 2.56±0.51#對照組 50 2.06±0.27 2.31±0.45#t 0.456 6.126 P 0.322 0.000組別 例數 MVV（L）術前 手術7 d 后試驗組 50 73.23±4.61 84.35±6.98#對照組 50 73.26±4.64 78.68±5.63#t 1.963 8.491 P 0.881 0.000

2.3 兩組并發癥發生情況比較

試驗組圍術期并發癥發生率低于對照組（P<0.05），見表3。

表3 兩組并發癥發生情況比較[例（%）]

3 討論

多數肺癌患者需借助單孔胸腔鏡肺手術切除病灶組織。利用胸腔鏡的放大作用，能清晰地顯示病灶部位、病灶數量及大小，可切除病灶組織，多數患者能從中獲益[8-9]。3D-CT 重建則能較好地重建患者的病變肺葉的血管、支氣管和腫瘤的三維圖像，廣泛用于非小細胞肺癌的術前規劃。Wang 等[10]研究表明，3D-CT 重建可用于靶肺野血管、支氣管與腫瘤的3D 圖像處理，通過查看3D 圖像能明確靶肺葉內支氣管和血管的分布與變化，防止出現術中損傷。同時，3D-CT 重建技術能評估患者肺血管分支模式，利于提高術中胸腔鏡肺段切除和肺葉切除操作的安全性與有效性，能較好地指導臨床治療，保證手術順利完成。但是，3D-CT 重建使用時仍需要在2D 屏幕上顯示，導致肺血管、支氣管解剖存在諸多局限性。

針對3D-CT 重建存在的弊端與不足，3D 打印技術開始應用于臨床。3D 打印技術是一種新型的數字打印技術，不僅能完美突破2D 屏幕上顯示3D圖像的局限性，亦可較完美地制作人體器官的相應的物理模式，呈現人體器官的解剖結構，實現病變肺葉血管、支氣管和腫瘤三維圖像的重建，有助于改善患者手術過程，利于患者術后恢復。臨床上，將3D-CT 重建聯合3D 打印模型可視化技術用于單孔胸腔鏡肺手術患者中，亦能發揮不同方法優勢。本研究中，試驗組手術1 d 后VAS 評分低于對照組（P<0.05）；試驗組手術時間、術中出血量及術后引流量少于對照組（P<0.05）。從本研究結果看出，3D-CT 重建聯合3D 打印模型可視化技術能減輕單孔胸腔鏡肺手術患者疼痛，縮短手術及恢復時間。兩組手術7 d 后肺功能得到提高，且試驗組FVC、FEV1及MVV 水平高于對照組（P<0.05），研究結果表明，3D-CT 重建聯合3D 打印模型可視化技術能提高單孔胸腔鏡肺手術患者術后肺功能恢復。何光建等[11]研究表明，3D 打印模型能更好、更快地幫助住院醫師制定術前計劃，縮短手術醫師的學習時間。同時，通過3D 模型增加了3D 感知，能提高醫師的觸覺反應，降低術后并發癥發生率[12]。本研究中，試驗組圍術期并發癥發生率低于對照組（P<0.05），從本研究結果看出，3D-CT 重建聯合3D打印模型可視化技術能降低單孔胸腔鏡肺手術患者并發癥發生率，提高手術安全性。

綜上所述，3D-CT 重建聯合3D 打印模型可視化技術用于單孔胸腔鏡肺手術患者中手術創傷較小，能減輕患者疼痛，提升患者肺功能水平，可降低術后并發癥發生率。