三維重建技術(shù)在肺段切除術(shù)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

【關(guān)鍵詞】 三維CT血管支氣管成像；肺段切除術(shù)；肺結(jié)節(jié)

中圖分類號(hào)：R734.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-1383.2024.01.014

在全球范圍內(nèi)，肺癌約占總確診癌癥人數(shù)的1/10（11.4%）和死亡的1/5（18.0%），是最常見(jiàn)的癌癥之一［1］。肺癌的發(fā)病率和病死率在我國(guó)均居所有癌癥的首位［2］。懷疑高度惡性的肺結(jié)節(jié)治療仍以外科根治性切除為首選，微創(chuàng)及精準(zhǔn)切除的發(fā)展使更多的患者愿意接受手術(shù)治療，更多的胸外科醫(yī)師開(kāi)始重視肺段切除在治療早期肺癌中的應(yīng)用。對(duì)于早期肺癌的治療，肺段切除與肺葉切除相比不但能夠得到相似的遠(yuǎn)期療效，而且能夠保留更多的肺功能，減少術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生［3-4］。但由于肺段的解剖結(jié)構(gòu)變異較多且十分復(fù)雜，術(shù)中易發(fā)生多切、漏切、血管損傷等風(fēng)險(xiǎn)［5］，這就需要術(shù)者對(duì)肺段的解剖結(jié)構(gòu)有清楚的了解。三維CT血管支氣管成像（3D-CTBA）技術(shù)將二維圖像轉(zhuǎn)換為三維圖像，將結(jié)節(jié)與目標(biāo)肺段、動(dòng)靜脈之間的位置關(guān)系清晰地呈現(xiàn)，為術(shù)者提供直觀的視圖辨識(shí)肺段的解剖結(jié)構(gòu)，減少術(shù)中損傷，提高手術(shù)安全性并實(shí)現(xiàn)精確切除。隨著三維重建技術(shù)的發(fā)展，3D-CTBA已廣泛運(yùn)用于胸腔鏡精準(zhǔn)肺段切除的術(shù)前評(píng)估、手術(shù)方案設(shè)定、結(jié)節(jié)的定位、支氣管和肺動(dòng)靜脈的識(shí)別等［6］。本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道對(duì)三維重建技術(shù)在肺段切除術(shù)中的研究進(jìn)展作相關(guān)綜述。

1 肺段切除術(shù)

肺段切除是將比肺葉更小的一些肺組織單元（肺段）進(jìn)行切除，保留該肺葉其余的正常肺組織。盡管肺段切除手術(shù)存在廣泛差異，但可分為簡(jiǎn)單（典型）和復(fù)雜（非典型）［7-8］。簡(jiǎn)單節(jié)段切除術(shù)僅需分割一個(gè)節(jié)段間平面，包括下葉的S6節(jié)段（上節(jié)段）或基底節(jié)段切除，以及左上葉的上節(jié)段（三節(jié)段）和舌段切除；還包括左上肺固有段切除、舌段切除、背段切除和基底段切除。復(fù)雜節(jié)段切除需要分割多個(gè)段間平面，包括所有其他節(jié)段切除術(shù)，技術(shù)難度較大。CHURCHILL和BELSEY于1939年首次報(bào)道了應(yīng)用肺段切除術(shù)來(lái)治療支氣管擴(kuò)張［9］。LE ROUX［10］于1972年首次報(bào)道肺段切除手術(shù)在原發(fā)性肺癌外科治療中的應(yīng)用。現(xiàn)在節(jié)段切除已逐漸普及，并已證明取得了良好的效果。對(duì)于肺段切除術(shù)的適應(yīng)證，《中華醫(yī)學(xué)會(huì)肺癌臨床診療指南（2022版）》有如下幾點(diǎn)［11］，（1）對(duì)行肺葉切除術(shù)無(wú)法耐受的患者。（2）肺部結(jié)節(jié)直徑≤2 cm，且同時(shí)具備以下條件之一：毛玻璃成分＞50%或腫瘤倍增時(shí)間≥400 d。（3）肺段切除術(shù)要求至少要保證足夠的手術(shù)切緣（≥2 cm或≥病灶直徑）。胸腔鏡肺段切除術(shù)更適合應(yīng)用于切除相應(yīng)肺段就能完全切除病灶的肺結(jié)節(jié)患者［12］，其具有微創(chuàng)、術(shù)中損傷較小、保留更多的肺功能、術(shù)后并發(fā)癥少等特點(diǎn)。對(duì)于已經(jīng)明確是良性結(jié)節(jié)，但由于結(jié)節(jié)位置較深無(wú)法行肺楔形切除的患者，也可考慮行肺段切除術(shù)［13］。

2 三維重建的概述

以醫(yī)學(xué)影像為基礎(chǔ)的三維重建技術(shù)是通過(guò)軟件將輸入的二維薄層CT圖像整合成立體的三維圖像，虛擬構(gòu)建器官的幾何形態(tài)［14］，既避免了人為的虛擬重構(gòu)過(guò)程，又減少了主觀因素可能造成的誤差。三維重建技術(shù)始于20世紀(jì)70年代。TOMASI和KANADE于1992年完成了第一個(gè)基于圖像的3D重建系統(tǒng)［15］。然后，學(xué)者們開(kāi)始應(yīng)用3D重建來(lái)確定腫瘤和血管之間的關(guān)系，并識(shí)別肺動(dòng)靜脈和支氣管。初行肺段切除術(shù)，重建肺部解剖時(shí)，對(duì)于肺段血管、支氣管解剖不太熟悉者需行CTA檢查，待慢慢掌握解剖后行增強(qiáng)CT，熟練掌握其解剖結(jié)構(gòu)者僅行薄層CT即可。現(xiàn)在，三維重建被廣泛應(yīng)用于胸外科手術(shù)。而三維重建技術(shù)將薄層二維圖像信息導(dǎo)入重建軟件，將支氣管、肺動(dòng)靜脈、肺結(jié)節(jié)分別重建并著色加以區(qū)分，而且還可以全方位、多層次地顯示相應(yīng)的圖像，手術(shù)醫(yī)師可以更好地了解肺動(dòng)靜脈、支氣管與結(jié)節(jié)的解剖位置關(guān)系，方便術(shù)者確定段間平面，選擇合適的手術(shù)路徑和制訂手術(shù)計(jì)劃，減少手術(shù)損傷，提高手術(shù)精準(zhǔn)性等［16］。

3 三維重建技術(shù)指導(dǎo)胸腔鏡精準(zhǔn)肺段切除術(shù)的優(yōu)勢(shì)

三維重建技術(shù)可以將肺動(dòng)靜脈和支氣管的2D圖像轉(zhuǎn)換為血管樹(shù)和支氣管樹(shù)的3D圖像，清晰地顯示與結(jié)節(jié)伴行的血管和支氣管走行，術(shù)前及時(shí)發(fā)現(xiàn)血管和支氣管解剖變異，避免周圍重要結(jié)構(gòu)的損傷［17］。三維重建技術(shù)可以三維顯示病變的形態(tài)學(xué)特征，還可以清楚地顯示病變內(nèi)部和周圍的血液供應(yīng)，幫助醫(yī)生更準(zhǔn)確地判斷病變的性質(zhì)。而且可以準(zhǔn)確識(shí)別正常的解剖結(jié)構(gòu)，明確肺段的劃分，準(zhǔn)確定位結(jié)節(jié)的位置以及與目標(biāo)肺段的位置關(guān)系［18］，這有助于目標(biāo)段的完全切除和確保手術(shù)切緣。研究表明，術(shù)前通過(guò)3D圖像可以獲得全方位、立體、智能的動(dòng)、靜態(tài)影像，可以清晰地顯示結(jié)節(jié)所處肺段、與周圍動(dòng)靜脈及支氣管的解剖關(guān)系以及結(jié)節(jié)的形態(tài)結(jié)構(gòu)，快速和直觀地識(shí)別個(gè)體解剖結(jié)構(gòu)，減少術(shù)中出血風(fēng)險(xiǎn)，提高手術(shù)準(zhǔn)確率及安全性［19］。三維重建有助于術(shù)前結(jié)節(jié)定位、手術(shù)方案的制訂、術(shù)前模擬和術(shù)中導(dǎo)航，為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)肺段切除提供重要保障。

3.1 結(jié)節(jié)的定位

如何安全且準(zhǔn)確定位肺結(jié)節(jié)一直是胸外科醫(yī)師需要面臨及解決的問(wèn)題，許多專家學(xué)者在這一方向不斷探索改進(jìn)。肺結(jié)節(jié)的定位尤為重要，部分患者可能會(huì)因?yàn)闊o(wú)法準(zhǔn)確定位結(jié)節(jié)而導(dǎo)致多切、漏切、中轉(zhuǎn)開(kāi)胸甚至面臨手術(shù)失敗的風(fēng)險(xiǎn)。目前臨床上術(shù)前定位肺結(jié)節(jié)的方法很多，如CT引導(dǎo)下經(jīng)皮肺穿刺實(shí)體標(biāo)記物定位法（hook-wire、彈簧圈定位等）、CT引導(dǎo)下經(jīng)皮肺注射液體標(biāo)記物定位法（包括亞甲藍(lán)、碘油和鋇、放射性核素、吲哚菁綠等）、電磁導(dǎo)航支氣管鏡（electromagnetic navigation bronchoscopy，ENB）定位、術(shù)中超聲定位技術(shù)。術(shù)前CT引導(dǎo)下經(jīng)皮肺穿刺hook-wire定位的常見(jiàn)并發(fā)癥是肺出血，最致命的并發(fā)癥是空氣栓塞，由于空氣栓塞有致死的可能性，該方法在日本已被禁止［20］；彈簧圈定位最常見(jiàn)的并發(fā)癥是無(wú)癥狀氣胸（4%～13%）及彈簧圈移位［21］；亞甲藍(lán)定位相對(duì)安全且價(jià)格低廉，但其主要缺點(diǎn)是染料彌散到周圍肺實(shí)質(zhì)中，影響了結(jié)節(jié)的準(zhǔn)確識(shí)別［22］；關(guān)于碘油和鋇，操作過(guò)程中引起的氣胸、出血、胸痛、痰中帶血是其常見(jiàn)并發(fā)癥［23］，鋇可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的急性炎癥反應(yīng)，甚至導(dǎo)致肺水腫及肺纖維化，應(yīng)謹(jǐn)慎使用［24］；放射性核素既對(duì)設(shè)備有特殊要求又增加患者輻射暴露；CT引導(dǎo)下吲哚菁綠定位因其清晰的可視化而受到歡迎［25］，但由于熒光設(shè)備造價(jià)昂貴，不利于推廣；與其他經(jīng)皮標(biāo)記物相比，ENB引導(dǎo)的染料標(biāo)記用于術(shù)中定位是安全的，且并發(fā)癥較少［26］，但也因造價(jià)昂貴，不便于推廣。這些方法對(duì)行肺段切除患者的結(jié)節(jié)肺段歸屬問(wèn)題以及安全切緣的獲取并不十分準(zhǔn)確。術(shù)中超聲定位雖然無(wú)氣胸等相關(guān)醫(yī)源性損傷風(fēng)險(xiǎn)，但其對(duì)深部結(jié)節(jié)的實(shí)用性有限，并且圖像受不完全放氣及彌漫性肺部疾病的影響［27］。研究表明，三維重建技術(shù)在術(shù)前進(jìn)行肺部動(dòng)靜脈及結(jié)節(jié)的重建，術(shù)者可根據(jù)結(jié)節(jié)與支氣管、動(dòng)靜脈的幾何關(guān)系，明確結(jié)節(jié)所屬肺段，依據(jù)段間靜脈確定段間平面，無(wú)創(chuàng)定位肺結(jié)節(jié)與有創(chuàng)定位相比，減少了并發(fā)癥的發(fā)生與輻射暴露，且定位準(zhǔn)確率也很高［28］。

3.2 支氣管、肺動(dòng)靜脈的識(shí)別

眾所周知，肺段的支氣管、動(dòng)靜脈的解剖結(jié)構(gòu)變異較大，存在個(gè)體化差異。為了避免術(shù)中支氣管、動(dòng)靜脈的損傷，胸外科醫(yī)師需要掌握肺部解剖結(jié)構(gòu)，若術(shù)中對(duì)支氣管、動(dòng)靜脈等的解剖結(jié)構(gòu)無(wú)法準(zhǔn)確判斷，易導(dǎo)致誤切或者大出血等情況的發(fā)生，甚至可能需要中轉(zhuǎn)開(kāi)胸［29］，從而無(wú)法實(shí)現(xiàn)保護(hù)更多正常肺組織及術(shù)后肺功能的首要目的。基于CT的二維圖像，臨床醫(yī)生無(wú)法準(zhǔn)確判斷靶支氣管、血管的走行，而三維重建技術(shù)的三維圖像可以直觀地顯示目標(biāo)肺段支氣管、血管的解剖結(jié)構(gòu)，有利于臨床制訂個(gè)性化精準(zhǔn)肺段切除的手術(shù)方案。代祖建等［30］研究表明，術(shù)前應(yīng)用三維重建可以及時(shí)并準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)血管、支氣管的解剖變異，有利于精準(zhǔn)切除結(jié)節(jié)和相應(yīng)的段支氣管及血管，減少了術(shù)中出血量及術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生。SEGUIN-GIVELET等［31］根據(jù)構(gòu)建的三維圖像，可直觀顯示肺段支氣管、動(dòng)靜脈的走向及變異情況，全方位呈現(xiàn)結(jié)節(jié)、肺段血管及支氣管的空間位置關(guān)系，可提高手術(shù)的準(zhǔn)確率和安全性。

3.3 手術(shù)切緣及手術(shù)入徑的確定

中華醫(yī)學(xué)會(huì)肺癌臨床診療指南［11］明確指出，進(jìn)行肺段切除術(shù)應(yīng)該做到手術(shù)切緣≥2 cm，或≥腫瘤的直徑；通過(guò)三維圖像識(shí)別段間動(dòng)靜脈，確認(rèn)段間平面，明確腫瘤所處肺段與鄰近肺段的位置關(guān)系，確保獲得足夠的手術(shù)切緣。應(yīng)用三維重建技術(shù)設(shè)計(jì)手術(shù)方案，以2 cm為半徑向外球形擴(kuò)張，在此范圍內(nèi)的支氣管及血管均為靶段支氣管及血管，實(shí)行虛擬手術(shù)切除，選擇合適的手術(shù)路徑，獲得安全的手術(shù)切緣。

3.4 術(shù)中導(dǎo)航技術(shù)

即使在成功的術(shù)前規(guī)劃和模擬之后，在節(jié)段切除術(shù)中，識(shí)別解剖結(jié)構(gòu)仍然具有挑戰(zhàn)性。使用3D-CT圖像的術(shù)中導(dǎo)航可以幫助外科醫(yī)生根據(jù)圖像和實(shí)際手術(shù)結(jié)果討論和確認(rèn)節(jié)段解剖，并自信地進(jìn)行安全可靠的肺節(jié)段切除［7］。

4 三維重建聯(lián)合新技術(shù)在肺段切除術(shù)中的應(yīng)用

段間平面的確認(rèn)對(duì)肺段切除術(shù)尤為重要，肺膨脹-萎陷法也同樣被廣泛應(yīng)用于確認(rèn)段間平面。但對(duì)于肺順應(yīng)性差及肺氣腫的患者，肺膨脹-萎陷所需要的時(shí)間更長(zhǎng)，段間平面顯示不夠清晰，麻醉及手術(shù)時(shí)長(zhǎng)增加，且并發(fā)癥發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)增加。張偉等人［32］研究表明，利用三維重建聯(lián)合支氣管高頻通氣應(yīng)用于肺段切除術(shù)，通過(guò)纖維支氣管鏡定位靶段支氣管，應(yīng)用高頻噴射通氣機(jī)向目標(biāo)肺段內(nèi)供氧使其迅速膨脹，其余正常組織處于萎陷狀態(tài)，快速形成段間平面。這種方法可以快速、準(zhǔn)確地確認(rèn)段間平面，且單獨(dú)使目標(biāo)肺段通氣膨脹對(duì)術(shù)中腔鏡視野影響較小，縮短了手術(shù)時(shí)長(zhǎng)。但其不足之處在于首先需要麻醉醫(yī)師能夠快速、精準(zhǔn)地將纖維支氣管鏡定位到目標(biāo)肺段支氣管；其次，肺膨脹-萎陷周期很快，需要術(shù)者能夠在目標(biāo)肺段徹底萎陷前完成段間平面的標(biāo)記，否則需要的時(shí)間可能更久。但隨著經(jīng)驗(yàn)的積累、技術(shù)的熟練，相信這一困難能逐漸被克服，使該技術(shù)能夠得到更廣泛的應(yīng)用。

5 小結(jié)與展望

三維重建在肺段切除術(shù)中的應(yīng)用日益增多，但仍存在一些不足：（1）在大多數(shù)情況下，相鄰的肺段彼此交錯(cuò)，而不是以直線為界。在操作過(guò)程中，搜索段間平面時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)虛線邊界。（2）3D圖像仍然需要在缺乏實(shí)體感的2D窗口中顯示。（3）即使現(xiàn)有的重建軟件可以滿足操作的要求，但是軟件價(jià)格昂貴或不向個(gè)人用戶開(kāi)放。未來(lái)，高對(duì)比度造影劑的應(yīng)用、圖像采集技術(shù)的創(chuàng)新以及計(jì)算機(jī)處理軟件的進(jìn)步將對(duì)三維重建的發(fā)展起到積極作用。3D重建可以與3D打印、虛擬現(xiàn)實(shí)（virtual reality，VR）及混合現(xiàn)實(shí)（mixed reality，MR）等人工智能技術(shù)相結(jié)合，以便外科醫(yī)生更方便地查看3D模型并實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)空間的建立和理解［33］。三維重建技術(shù)在胸外科具有廣闊的應(yīng)用前景，可以進(jìn)一步推動(dòng)肺段切除術(shù)乃至胸外科的發(fā)展。

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（收稿日期：2023-03-31 修回日期：2023-05-09）

（編輯：黃研研）

基金項(xiàng)目：廣西壯族自治區(qū)衛(wèi)生健康委西醫(yī)類自籌經(jīng)費(fèi)科研課題（Z-L20220890）

第一作者簡(jiǎn)介：楊航，男，住培醫(yī)師，醫(yī)學(xué)學(xué)士，在讀碩士研究生，研究方向：胸部疾病基礎(chǔ)與臨床研究。E-mail：1005117021@qq.com

通信作者：陳宏明。E-mail：13097767205@qq.com

［本文引用格式］楊航，唐習(xí)強(qiáng)，陳宏明.三維重建技術(shù)在肺段切除術(shù)中的應(yīng)用研究進(jìn)展［J］.右江醫(yī)學(xué)，2024，52（1）：72-75.