3D-CTBA联合3D打印技术在早期非小细胞肺癌胸腔镜解剖性肺段切除术中的应用研究▲

陈 星 林铿强 马晨晖 代祖建 张 楠 许德新 黄仁杰

(福建医科大学教学医院暨福建省福州肺科医院，1胸外科，2影像科，福建省福州市 350008)

目前，肺癌是全球癌症发病率及死亡率最高的恶性肿瘤[1-2]。随着人们健康意识的提高及胸部薄层CT扫描体检的普及，众多以磨玻璃为特征的亚厘米肺结节被筛查出来。该类高危肺结节经手术多证实为早期非小细胞肺癌(nonsmall cell lung cancer, NSCLC)，手术治愈率及远期生存率高。针对此类结节临床上多采用胸腔镜亚肺叶切除术治疗，其中解剖性肺段切除术的切缘优势及肿瘤学疗效优于楔形切除术，并且肿瘤学效果及预后亦优于肺叶切除术，肺功能保护及术后生活质量胜过肺叶切除术[3-4]，因此在临床上备受关注。胸腔镜解剖性肺段切除术因支气管及肺动静脉变异多，个体差异大，比肺叶切除术更复杂，手术难度大。三维计算机断层扫描支气管血管成像(three-dimensional computed tomography bronchography and angiography,3D-CTBA)及3D打印技术可为肺段手术辅助规划及导航，降低手术难度。3D-CTBA通过软件(如Mimics、DeepInsight、IQQA等)使二维影像资料转为三维图像，能精确定位肺结节位置，预判脉管结构变异[5]，实现术前规划及术中导航。3D打印技术是以三维重建得到数字化立体图像为基础，通过格式转换，应用打印材料并经过离散堆积成形的方法，制成立体实物模型，显示靶段病灶、脉管毗邻关系，可对手术精准指引[6]。本研究探讨3D-CTBA联合3D打印技术应用于早期NSCLC胸腔镜解剖性肺段切除术前规划及术中导航的临床价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取2020年1月至2021年5月在我院胸外科因早期NSCLC由同一手术组行胸腔镜解剖性肺段切除术的患者为研究对象，纳入标准：(1)位于双侧上、下肺外周型磨玻璃结节；(2)肺结节直径≤2 cm；(3)结节磨玻璃成分≥50%；(4)术前考虑为早期原发性肺癌。排除标准：(1)结节位于右肺中叶；(2)行左肺固有段切除术；(3)结节磨玻璃成分<50%；(4)结节病灶直径>2 cm；(5)肺转移癌；(6)良性病变。根据纳入、排除标准最终纳入患者81例，将患者随机分为3组：3D-CTBA联合3D打印组(简称3D打印组，30例)、3D-CTBA组(29例)、CT薄扫组(22例)。3组患者性别、年龄、吸烟史比较，差异均无统计学意义(均P>0.05)，具有可比性。见表1。本研究经福州肺科医院医学伦理委员会审批[审批号2020-009(科研)-01]，且患者及其家属均知情同意。

表1 3组患者的一般资料比较

1.2 方法

1.2.1 术前准备 3组患者术前均常规行血常规、生化、肿瘤标志物、凝血功能、肺功能、全腹彩超、颅脑MRI等检查。分组检查：(1)3D打印组术前行胸部增强 CT扫描检查，采用Siemens SOMATOM 64排双螺旋CT机，重建层厚及层间距分别为1 mm、0.7 mm，肺窗窗位-500 HU，窗宽1 500 HU。嘱患者于最大吸气末屏气，于其肱正中静脉内高压注入碘海醇50 mL，30 s、10 s后分别行肺动脉、肺静脉扫描。将CT图像DICOM数据导入Mimics Medical 21.0软件(比利时Materialise公司)进行图像分割运算，构建动脉、静脉、支气管、结节三维可视化影像，确定2 cm安全切缘球，规划手术范围及路径，并将数据转化为标准化3D格式文件，导入Stratasys Objet 1000 3D打印机，用光敏树脂材料按1 ∶1比例打印动脉、静脉、支气管、结节彩色模型，立体规划并指引手术。(2)3D-CTBA组术前行胸部增强CT扫描检查，将CT图像DICOM数据导入Mimics Medical 21.0软件(Materialise,比利时)进行数据后处理，行三维重建。(3)CT薄扫组术前采用同一CT设备及扫描参数进行薄层扫描检查，观察影像特征。

1.2.2 手术方法 所有手术均由同一手术组资深医师在全胸腔镜下完成。予患者双腔气管插管全麻，健侧90°折刀卧位，单操作孔切口，操作孔取腋前线第4肋间约3 cm,观察孔取腋中线第7肋间约2 cm。结节的术前定位采取三维重建无创定位或Hookwire穿刺定位。术中离断动脉、静脉、支气管，保留段间静脉，采用改良膨胀萎陷法或荧光反染法确认段间平面，用能量器械结合切割缝合器处理段间组织。实际手术规划及实施如图1。对N1、N2淋巴结进行采样，淋巴结及病灶组织送术中快速病理检查，如淋巴结有癌细胞侵犯，改为肺叶切除术+系统淋巴结清扫，如病灶为浸润性腺癌，则附加系统淋巴结清扫。

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1.3 观察指标 记录3组患者的手术基本情况(中转开胸率、改变术式率、并发症、病理类型、术前规划和术中实际符合率)，比较3组患者的手术复杂程度及围术期相关指标，包括手术时间、术中出血量、切除淋巴结数目、肺段切缘距离、结节直径、术后引流量、术后置管时间、术后住院时间。术后随访6～18个月，记录并比较3组并发症发生情况。

1.4 评价标准 根据建立段间平面多寡及手术复杂情况，解剖性肺段切除术按难度等级标准[7]划分为一般、中等、复杂三级。(1)一般难度：右上肺尖段、后段、尖后段(RS1、RS2、RS1+S2)切除，左上肺尖后段(LS1+2)切除，双下肺背段(R/LS6)切除，左上肺舌段(LS4+S5)切除；(2)中等难度：右下肺内基底段(RS7)切除，双下肺前基底段(R/LS8)切除，双上肺前段(R/LS3)切除；(3)复杂难度：双下肺外基底段(R/LS9)切除、后基底段(R/LS10)切除、亚肺段切除、除右上肺尖后段及左上肺舌段(RS1+S2、LS4+S5)外的联合肺段切除、联合亚肺段切除，以及肺段+亚肺段切除。

1.5 统计学方法 应用SPSS 23.0统计学软件分析数据，符合正态分布的计量资料以均数±标准差(x±s)表示, 非正态分布的资料以中位数(四分位数)[M(P25,P75)]表示。3组比较应用单因素方差分析,组间两两比较采用LSD-t检验；非正态分布或方差不齐的数据比较应用Kruskal-Wallis秩和检验，组间两两比较采用Bonferroni法。计数资料以例数(n)和百分率(%)表示，采用χ2检验比较；等级资料比较采用秩和检验，组间两两比较采用Bonferroni法。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 手术基本情况 3组患者手术部位为左肺32例(39.5%)、右肺49例(60.5%)，具体切除肺段位置及例数见表2。3组均顺利完成手术，无中转开放手术及改变术式。术前定位：CT薄扫组术前Hookwire定位11例，定位过程中发生气胸、血胸、脱钩不良反应各1例；3D-CTBA组、3D打印组均行三维重建无创定位，定位成功率100.0%(59/59)。术前3D-CTBA组及3D打印组的靶段动脉、静脉、支气管与术中实际基本符合，3D-CTBA组符合率96.6%(28/29)，3D打印组符合率100.0%(30/30)。术后病理：不典型腺瘤样增生伴癌变5例，原位癌8例，微浸润腺癌52例，浸润性腺癌16例，淋巴结均未见转移癌。随访均无复发。

表2 81例患者的手术切除肺段位置及例数 (n)

2.2 手术难度分级、围术期指标及并发症比较 所有患者的手术时间为185.50(144.50，214.00)min，术中出血量60.00(40.00,80.00)mL，术后置管时间2.00(2.00,3.50)d，术后住院时间7.00(5.00,10.00)d，结节直径5～20(10.07±3.35)mm，平均切除淋巴结(4.33±1.73)枚，所有肺段切缘距离均≥2 cm，平均切缘(28.14±4.52)mm。

3组患者的手术难度分级比较差异无统计学意义(P>0.05),具有可比性。3组患者手术时间、术中出血量、切缘距离、术后住院时间比较差异均有统计学意义(均P<0.05)，且组间两两比较差异均有统计学意义(均P<0.017)。将以上4项指标按手术难度再进一步分层比较，各难度级别3组比较差异均有统计学意义(均P<0.05)。两两比较结果显示，在手术时间、术中出血量、切缘距离、术后住院时间方面，3D打印组的各难度级别的指标水平均优于CT薄扫组(均P<0.017)；3D打印组复杂难度手术的手术时间、术中出血量、切缘距离及各级别难度的术后住院时间均优于3D-CTBA组(均P<0.017)；3D-CTBA组一般、中等难度手术的手术时间及中等难度手术的术中出血量优于CT薄扫组(均P<0.017)。3组患者结节直径、术后引流量、切除淋巴结数目、术后置管时间比较差异均无统计学意义(均P>0.05)。见表3。

3组患者的术后并发症共14例，其中3D打印组0例；3D-CTBA组术后并发症5例，其中肺动脉栓塞1例，肺炎3例，心律失常1例；CT薄扫组术后并发症9例，其中长期漏气3例，肺炎3例，心律失常2例，咯血1例。 3组患者的术后并发症发生率比较，差异有统计学意义(P<0.05)，两两比较结果显示3D打印组术后并发症发生率低于CT薄扫组(P<0.017)。见表3。

表3 3组患者的手术难度分级、围术期相关指标及并发症比较

3 讨 论

目前胸腔镜下解剖性肺段切除是治疗早期NSCLC的重要手术方式，胸腔镜手术优点为创伤小、恢复快。综合2019美国国立综合癌症网络[8]指南及相关文献，对符合肺段切除术指征如肺结节直径≤2 cm、磨玻璃成分≥50%、倍增时间≥400 d、无法行楔形切除术者，优先推荐肺段切除术，其可最大限度地减少肺损伤、保护肺功能。采用解剖性肺段切除术使影像上以磨玻璃为主的早期NSCLC患者有更高的生存率及生活质量[9]。

肺段切除术要求精细解剖靶段血管、支气管，因肺内脉管结构变异繁多，手术难度大，容易导致误切、漏切及出血。仅通过二维影像难以准确定位结节位置及辨认局部解剖结构，而3D-CTBA及3D打印技术可将平面连续图像转化成立体几何图像和立体模型，有助于术前明确正常解剖及变异情况，并进行手术模拟及手术实时辅助，从而达到精准切除的目的。

3D-CTBA可通过手术规划、术前定位和术中导航三方面确保手术精准安全实施。(1)3D-CTBA手术规划：采用Mimics medical 21.0等软件将影像数据转化成立体图像，可多层次多角度辨识肺段脉管解剖走行、变异[10]，确定以结节为中心的手术切除范围及入路，判定靶肺段需离断的脉管结构(动脉、静脉、支气管)，确定段间静脉及靶段切缘，实现重建和术中实际的对应，有效规避风险、缩短手术时间及学习曲线。(2)3D-CTBA术前定位：尽管三维重建体现的是膨肺状态下的相对解剖位置，与手术时肺萎陷位置稍有区别，但术者可结合影像及术中实际情况综合判断，临床实践证明三维重建可准确有效地对结节无创定位及判定归属肺段。本研究中3D-CTBA和3D打印两组病例均采用三维重建无创术前定位，安全准确，有效避免了Hookwire有创定位的血胸、气胸及定位钩脱钩等缺点[11]。(3)3D-CTBA术中导航：术中导航可减少过多探查引起的医源性损伤，有效缩短手术时间及学习曲线[12]。本研究中3D-CTBA组相比CT薄扫组，在缩短手术时间和术后住院时间、减少出血、保证切缘距离方面有优势。

3D打印技术能基于影像数据真实再现三维图像的解剖模型，将原来存在于屏幕内的图像以实体形式表现出来，为术者提供360°全方位视角，并从实体角度直观感觉真实状态的三维关系[13]。本研究中，3D打印组较CT薄扫组在减少术后并发症方面有明显优势。3D打印组较3D-CTBA组和CT薄扫组在手术时间、术中出血、切缘距离、术后住院时间方面均有优势。尤其在复杂难度手术中，3D打印组较3D-CTBA组更有助于缩短手术时间和术后住院时间、减少出血、控制切缘距离。究其原因，3D打印联合3D-CTBA能更直观精准地指引术者，比三维重建更简单、具体、真实，使术前规划及术中导航变得可触、可及，且在越复杂的手术中作用越大，在保障安全性的同时提高了手术速度。另外，3D打印联合3D-CTBA还有方便医患沟通及临床教学的优点。当然，3D打印联合3D-CTBA也有制作耗时长、成本较高的不足。

综上所述，应用3D-CTBA联合3D打印技术辅助胸腔镜解剖性肺段切除手术，可使手术更安全便捷，促进患者的快速康复，尤其在中等及复杂难度的肺段切除术中3D打印联合3D-CTBA技术更有优势，值得临床推广应用。