三维重建及虚拟手术规划在胸腔镜解剖性肺段切除术中的应用进展

2019-01-05王黎彬戚维波

浙江医学 2019年5期

王黎彬戚维波

近年来，随着社会工业化导致的大气污染和烟草暴露程度的增加，肺癌发病率和病死率逐年上升，已居恶性肿瘤死亡的第1位[1-3]。同时由于数字化医疗影像学技术的发展,尤其是低剂量螺旋CT检查在临床肺癌筛查中的广泛应用,早期肺癌患者越来越多[4]。早期肺癌患者中以高龄患者居多，这些患者往往合并1种或多种全身性疾病，最常见的是心肺疾病，如慢性支气管炎、肺气肿、高血压以及心律失常，甚至肺源性心脏病和心源性心脏病。对于此类患者的治疗方式是手术切除，虽然肺叶切除术仍是目前肺癌的标准术式，但有多中心回顾性研究发现肺段切除术治疗早期肺癌的疗效与肺叶切除术类似，术后复发率和5年生存率无明显差异，并可降低手术并发症和病死率，有利于在切除肺部肿瘤的前提下最大限度地保留正常肺组织及保护术后肺功能[5-7]。对此2010年美国国家综合癌症网制定的非小细胞肺癌临床实践指南中设立了亚肺叶切除（肺段切除和肺楔形切除）的具体适应证：（1）肺功能差或因其他重要合并症而不能耐受肺叶切除术；（2）周围结节直径≤2cm，并至少符合以下标准中的1项：组织学类型为单纯细支气管肺泡癌（BAC，2B类），CT检查显示结节≥50%表现为毛玻璃样（2B类），影像学随诊检查证实肿瘤倍增时间较长（≥400d，2B类）。

由于肺内支气管、动静脉等肺段解剖结构错综复杂，具有明显的个体差异，如术中对肺段解剖结构判断不准，易引起大出血或重要脏器损伤，增加患者术后并发症和死亡风险。随着计算机技术及其与医疗技术结合的飞速发展,三维重建及虚拟手术规划在临床中逐渐广泛应用，为精准肺段切除术提供了有力的技术支持[8-9]。本文对三维重建及虚拟手术规划在胸腔镜解剖性肺段切除术中的相关应用作一综述。

1 三维重建及虚拟手术规划概述

基于医学影像的三维重建技术是根据输入的CT断层二维图像信息，利用软件进行提取、分割等处理后，构建组织的三维几何图形，并通过智能化软件构建多层的三维数字模型。虚拟手术规划是以三维数字模型成像技术为基础，将肺部肿瘤的胸腔镜解剖性肺段切除术进行体外再现的过程。通过三维重建技术及虚拟手术规划可获得全方位、立体、智能的动静态影像，清晰显示肿瘤空间位置、形态结构及与周围脏器解剖关系等；通过连续分割、逐层分离的方式进行手术模拟操作,有助于评估手术难易程度，也有助于制定个体化手术方案。三维重建技术及虚拟手术规划还可用于术前病情评估、术中影像导航。近年来，该技术已广泛应用于肝胆外科、骨科和整形外科等的临床诊疗[10-14]。目前，国外肺部三维重建技术及虚拟手术规划已用于对胸腔镜解剖性肺段切除术的术前病情评估、模拟肺段切除及制定手术方案、术中导航等的研究[15-19]，国内则主要用于指导胸腔镜解剖性肺段切除术[20-22]。

2 三维重建及虚拟手术规划在胸腔镜解剖性肺段切除术中的应用

2.1 术前病情评估由于肺段支气管、血管等解剖结构的个体化差异较大，术前掌握其三维空间信息有助于病情评估，但基于二维图像不利于全面掌握复杂的肺段支气管、血管等解剖结构的情况，而三维重建及虚拟手术规划可透视肺段支气管、血管的汇合方式、走行及变异情况，全方位显示肺部肿瘤的形态特点以及毗邻结构的空间关系，正确评估病情，有利于选择临床治疗方案。Hagiwara等[15]为124例胸腔镜手术患者构建的CT三维重建模型，能提供大量二维图像无法显示的信息，特别是在肺部血管方面，有助于判断肺动静脉的走行及变异情况，可避免损伤或误断肺动静脉。Seguin-Givelet等[16]根据胸部CT断层二维图像信息构建三维数字化模型，直观地显示了肺部肿瘤的部位、范围及肺段支气管、血管解剖情况，提高了诊断的准确率。

2.2 术前模拟肺段切除和制定手术方案应用三维重建及虚拟手术规划进行术前模拟肺段切除可为制定手术方案提供准确而可靠的依据，包括规划图像上胸部肿瘤与靶段支气管、血管之间的关系，进行模拟解剖性肺段切除，测量切缘长度和精确切除肺段范围，选择最佳手术入口，标注需要切断的靶段支气管、动静脉及需要保留的段间静脉，预定解剖性分离段间的交界面，制定个体化的肺段切除方式，行次亚段切除、肺亚段切除、单肺段切除、扩大肺段切除或者联合肺段切除等手术方式。Chen-Yoshikawa等[17]对胸外科手术进行CT三维重建术前模拟，发现肺段支气管、血管等解剖结构具有个体化差异，为临床制定个体化的手术方案提供了依据。张书新等[21]利用三维模型研究发现，重建个体化的肺癌数字化模型，为患者提供手术预演、模拟手术效果，有助于术前安全评估并制定精确的手术方案。Kurenov等[23]研究指出，构建肺癌的三维数字化模型，术前进行模拟演练，不仅有利于制定个体化的肺癌手术方案，而且能有效降低手术风险、减少手术并发症。

2.3 术中影像导航肺段静脉的变异较多较复杂、确定肺段间交界面相对困难，极易造成术中血管损伤、误断甚至术中大出血，而三维重建及虚拟手术规划应用于术中影像导航辅助胸腔镜解剖性肺段切除手术，可术中指导对于靶段支气管、血管进行精细解剖、准确判断和处理，避免损伤或误断肺段支气管和血管而影响保留肺段的肺功能，从而达到个体化的精准解剖性肺段切除，明显降低腔镜解剖性肺段切除手术的难度。Mun等[19]对20例肺部肿瘤患者利用荧光造影剂吲哚氰绿和三维重建及虚拟手术规划在术中影像导航指导肺段切除术，不仅减少了术中出血量、缩短了手术时间，而且明显减少了术后的并发症。李云婧等[22]在对4例肺癌患者行CT检查后重建肺部三维模型，利用虚拟现实导航技术辅助肺段切除术，明显降低了肺段切除手术的难度。