新技术在肺段切除术术前规划的应用进展

陈 海 刘亮亮 于在诚

随着我国群众健康体检意识以及早诊早治意识的不断提高，越来越多的人，尤其是40岁以上中年人群，将胸部的低剂量断层扫描(low-dose computed tomography, LDCT)视为诊断肺部疾病最便捷的方式，从而使得肺结节、肺结核和肺占位性病变等良恶性疾病的发现率逐年升高。其中最具挑战的就是肺结节的诊断与治疗，通常认为肺内≤3 cm大小的占位性病变称之为结节，然后再依据其密度的差异，分为实性结节、磨玻璃结节、部分实性结节。近年来,随着胸腔镜技术和微创理念的发展，越来越多的肺结节患者不在畏惧胸外科手术[1]，为达到诊断和治疗的双重目的，越来越多的肺结节患者选择微创手术方式来切除病灶[2]。根据结节在肺内的位置不同，手术方式也存在差异。对于优势部位的肺结节，即外周型结节，通过楔形切除就能完成诊疗目的，但是深部肺结节的处理方式却让手术医师非常困扰，往往需要行肺叶切除才能达到满意的手术效果。但肺叶切除术后肺功能的恢复受到极大影响，而解剖性肺段切除术却保留了更多健康的肺组织[3-4]。与此同时，有部分资料[5-6]显示，与肺叶切除相比，解剖性肺段切除尤其是优势肺段切除不仅安全、可靠而且创伤更小，术后恢复更快，可能是更加合理的手术方式。但其术前精准定位和切除边界的规划较为困难。本文对近年来在肺段切除术病灶定位、边界规划中所采用的新兴技术进行综述。

1 三维计算机支气管血管成像

三维计算机支气管造影和血管造影技术(three-dimensional computed tomographybronchography and angiography,3D-CTBA)是以强化CT的影像数据为基础，通过三维可视化医学诊断图像软件处理后，精确显示支气管动、静脉并定位病灶的一项新技术。术前行3D-CTBA检查可帮助手术医师更好地实行个体化治疗方案，辨别靶肺段内的动静脉及支气管的走形及解剖变异情况，不仅提高了病灶肺段切除的精确性，而且减轻了术者的心理压力，让手术能够更加安全、有序、有效地进行。方法如下：①3D-CTBA模型重建。为了更好地显示及区分肺内血管、气管的解剖结构，强化CT的扫描范围不止局限在结节所在肺叶，而是自胸廓入口平面，即肺尖处至肋膈角最低处；与此同时由于肺结节病灶常常都在10 mm左右，扫描和重建层厚分别要求精确到0.6 mm和1 mm，最终将图像数据导入三维可视化医学诊断图像处理软件,显示支气管及肺动静脉并标记结节位置，重建形成3D-CTBA模型。②病灶定位和边界规划。在3D-CTBA构建的立体模型中清晰的判断出目标肺结节所在位置，同时能够立体的显示病灶的大小，还可以病灶为中心向外膨胀2 cm，判断与邻近肺段的距离，为了确保切缘的安全，甚至可以进行更加精准的扩大肺段切除术或联合肺段切除术。

近年来，国内关于3D-CTBA在解剖性肺段切除术中的报道屡见不鲜，究其原因：一方面，3D-CTBA技术中的定位及术前规划能力完全能保障结节在模型中所处的肺段及切除范围与实际情况相差无几。黄郴等[7]报道,借助3D-CTBA技术不仅顺利完成了18例胸腔镜肺段或者联合肺段切除手术,而且靶结节均在术中首次切除的肺段或者联合肺段内，所有的切缘宽度均在2～4 cm。孙超等[8]报道称，回顾性分析48例胸腔镜解剖性肺段切除术，术前利用Mimics软件行3D-CTBA规划手术方案，术前即可发现解剖变异，在术中易准确辨认所需切除的血管及支气管，防止误判，提高手术的精确性及安全性，术中平均出血量仅为(89.6±39.3)mL；另一方面，术者在行肺段切除术时往往需要花费大量的时间完成肺门结构的解剖甚至是过度解剖来确定目标段门的位置，而3D-CTBA技术能够帮助术者在术前术中精确的定位段门中的血管及气管空间位置及走形，有效减少手术中的副损伤，大大提高了手术效率。与此同时也有效降低了术后并发症的发生，有助于术后快速康复。谢金标等[9]报道，对120例行手术治疗的肺结节患者随机分组，与术前借助胸部CT检查组相比，3D-CTBA 组胸管放置时间缩短1.9 d，胸液总量减少158.8 mL，术后住院天数缩短1.4 d；王程等[10]研究发现，将80例肺段间结节患者随机分为两组，观察组采用3D-CTBA导航联合亚段切除术，与采用扩大肺段切除术相比，观察组中肺不张、肺漏气、少量咯血、肺部感染、心律失常等并发症发生率较低(P<0.05)。其他研究[11-13]使用3D-CTBA技术进行肺结节胸腔镜解剖性肺段切除术，也取得了良好的效果。但是该技术也存在部分缺点，如3D-CTBA中的肺模型往往以膨胀肺的形式表现出来，而术中为了提供良好的操作空间及视野，术侧肺基本处于萎陷状态，从而导致了肺内血管、气管甚至淋巴组织都会发生变化[14]。

2 3D打印

3D打印技术的基础是数字模型，运用粉末状金属或塑料等粘合剂，通过逐层打印来实现物体的快速成型。随着3D打印技术的不断发展，目前可应用于多种手术,尤其是在肾脏和肝脏肿瘤手术、复杂性先天性心脏病手术、畸形修复等领域[15-18]。目前，3D打印在肺外科领域亦有报道，借助术前建立3D肺模型原型，通过对肺血管及支气管分支、肺切缘精准的术前规划以及所需切除靶病灶的准确定位，降低胸腔镜解剖性肺段切除术中血管误伤概率,以减少术中出血及手术时间，提高手术过程中的安全性，并可为将来开展的亚肺段或联合亚肺段切除等复杂手术积累经验。其方法主要是：①3D肺模型原型建立。患者术前需要完善胸部高分辨增强CT以及肺动脉成像检查,从胸廓入口平面以0.5 mm的厚度开始扫描至肋膈角。将采集的数据生成以“.stl”为扩展名的文件，同时重建三维模型并打印。②病灶定位和边界规划。根据模型中结节所在的位置确定手术边界，并遵循切缘宽度≥2 cm或≥肿瘤直径的原则，确定手术的最佳切除边缘。

3D打印是一项革命性的科技创新，它以患者的影像资料为基础，建立解剖模型。早在2015年，Sergei等[19]通过对10例患者肺动脉的3D打印，证实了3D打印在肺外科的可应用性。由于3D打印技术能很好地展示病变肺叶血管分支、三维分布及可能存在的血管变异，外科医生可据此选择最佳手术路径，避免术中对邻近组织的损伤，实现个体化外科治疗，可达到精准外科治疗的目的。国内研究[20-21]显示，3D打印技术可减少术中出血及手术时间，提高手术成功率，减少了术后并发症，提高了患者的术后生活质量和床位周转率。在临床实践中，通过3D打印模型，选择最佳手术路径，并提前分析术中可能发生的不良事件，制定出最适合患者的手术方案。术前与患者家属谈话时，可以更形象、具体地告知手术过程中可能遇到的突发情况，减少医患纠纷的发生，从而构建和谐的新型医患关系。低年资医生和实习医生也能利用3D打印模型，结合解剖学图谱，更好地理解术中的解剖关系，提高对支气管、血管等组织的空间认识，锻炼电视胸腔镜下的认知度，提高手术技巧。但由于3D打印缺乏兼顾柔、韧的打印材料，高昂的成本，制作费时，且对亚段小血管分支缺乏较高的辨别度，所以限制了其在临床中的广泛开展。

3 吲哚菁绿荧光染色

吲哚菁绿(indocyanine green，ICG)荧光显像是使用ICG作为染料，采用特殊显像设备，进行荧光显影的方法[22]。目前，ICG荧光显像已在各种外科手术中广泛应用，如神经外科的脑和脊髓动静脉瘘[23-25]、肝脏外科的解剖性肝切除术[26-27]、乳腺外科的乳腺癌前哨淋巴结定位[28]，以及普胸外科用于胸交感神经显像[29-30]。近来，ICG荧光显像在普胸外科领域的应用得到了拓展，ICG荧光显像在肺段切除术中段间平面的精确识别中具有优势，尤其是严重肺气肿或手术视野有限的病例中优势更加明显。Misaki等[31]和Mun等[32]采用ICG荧光显像的红外胸腔镜手术，可以方便、快速地识别靶向肺段，有效减少了并发症的出现，从而提高了手术的安全性。操作方法如下：①病灶定位。术前需要完善胸部CT平扫，明确肺结节所在肺叶的位置，若位置较深，术前行结节Hook-wire定位[33]；②边界规划。术中胸腔镜下离断目标段支气管和段动脉后，通过外周或中心静脉快速注射ICG，同时转换腔镜标准白光模式为近红外荧光模式，待段间平面清晰稳定显示后，予电凝钩于脏层胸膜标记段间平面，在肺段切除过程中，保证手术切缘宽度≥2 cm或≥肿瘤直径。

由于ICG单次给药后，标记段间平面的时间相对充裕，且其具有毒性低、耐受性良好及价格便宜等特点，所以ICG荧光显像在确定肺段段间平面上不失为一种安全、有效、简单的方法。但其也有一定的局限性，首先，它需要使用价格昂贵的远红外荧光腔镜系统，在一定程度上限制了该技术的开展；其次，该技术荧光显像的基础非传统的段支气管分割，而是肺部血管的动脉分割，对于肺气肿患者特别适用，但这也对术前手术规划的要求进一步提高，若术中离断动脉错误，将会引发识别段间平面错误；再者，由于ICG显像时间毕竟有限，在分离段间平面时不能同步显示其界限。

4 电磁导航支气管镜

电磁导航支气管镜(electromagnetic navigationbronchoscopy,ENB)是一种对病变部位进行准确的电磁定位，在高分辨螺旋CT的帮助下制定虚拟支气管图像，根据病灶的位置设计到达病变的路径，即通过类似于GPS的系统对进入人体内的传感器探头实时定位。它是由虚拟支气管镜规划软件、电磁定位板、延长的工作通道、八方向的导向装置及包含感受器的定位导管等5个部分组成。ENB作为支气管镜诊断的新技术，不仅可以应用于周围型肺病变的取材活检，还能协助进行病变分期，植入标记物辅助放疗，以及开展经支气管微创治疗，如光动力学疗法、射频消融术及内照射等。2014年，Krimsky等[34]报道了在ENB引导下利用染料标记胸膜，行胸腔镜下肺楔形切除术，手术耗时短，手术风险较小，取得了良好效果，自此ENB逐渐被应用于肺结节的精确定位。其方法主要是：①病灶定位。术前行胸部高分辨CT，重建三维模型及支气管图像，在模型中标记肺结节所在位置，利用软件可自动规划出达到支气管病灶的路线。②边界规划。患者在手术室行全身麻醉后，放置单腔气管插管，通过其进行支气管镜操作。根据预设路径到达肺结节位置，固定鞘管，拔出定位导丝后，通过鞘管先后注入适量的染料和空气，由于染料的弥散功能，可使肺结节附近的脏层胸膜或叶间胸膜染色，完成操作后，改单腔气管插管为双腔气管插管，然后行胸腔镜下肺段切除术，并保证手术切缘宽度≥2 cm或≥肿瘤直径。

Bolton等[35]和Kuwata等[36]通过ENB引导下标记定位技术定位肺部小结节发现，与传统CT定位比较，手术等待时间ENB组远低于CT组。分析原因，一方面为CT组术前定位地点与手术地点不在同一房间，患者在完成定位后，需要长时间等待手术的开始，除此之外还需进行地点的转换；而ENB术前定位与手术实施均在同一房间，定位完成后可马上行胸腔镜手术；另一方面，与不行术前定位组比较，缩短了许多由于术中寻找小的磨玻璃结节困难以及切缘范围的鉴定而花费的时间，从而缩短了整个手术操作的时间。但是ENB技术因为其检查费用高、操作难度大，限制了在临床上的普及。

随着医疗水平的不断提高，各项医疗新技术的发展和应用，将极大程度提高手术的安全性，促进肺结节患者的康复，解剖性肺段切除术必将拥有更加广阔的应用前景。