三维重建技术在肺段切除术中的应用研究进展.pdf

三维重建技术在肺段切除术中的应用研究进展基金项目:广西壮族自治区卫生健康委西医类自筹经费科研课题()第一作者简介:杨航男住培医师医学学士在读硕士研究生研究方向:胸部疾病基础与临床研究:.通信作者:陈宏明:.本文引用格式杨航唐习强陈宏明.三维重建技术在肺段切除术中的应用研究进展.右江医学():.杨航唐习强陈宏明(.右江民族医学院附属医院心胸外科广西百色.右江民族医学院研究生学院广西百色)【关键词】三维 血管支气管成像肺段切除术肺结节 中图分类号:.文献标志码:./.在全球范围内肺癌约占总确诊癌症人数的/(.)和死亡的/(.)是最常见的癌症之一 肺癌的发病率和病死率在我国均居所有癌症的首位 怀疑高度恶性的肺结节治疗仍以外科根治性切除为首选微创及精准切除的发展使更多的患者愿意接受手术治疗更多的胸外科医师开始重视肺段切除在治疗早期肺癌中的应用 对于早期肺癌的治疗肺段切除与肺叶切除相比不但能够得到相似的远期疗效而且能够保留更多的肺功能减少术后并发症的发生 但由于肺段的解剖结构变异较多且十分复杂术中易发生多切、漏切、血管损伤等风险这就需要术者对肺段的解剖结构有清楚的了解 三维 血管支气管成像()技术将二维图像转换为三维图像将结节与目标肺段、动静脉之间的位置关系清晰地呈现为术者提供直观的视图辨识肺段的解剖结构减少术中损伤提高手术安全性并实现精确切除 随着三维重建技术的发展 已广泛运用于胸腔镜精准肺段切除的术前评估、手术方案设定、结节的定位、支气管和肺动静脉的识别等 本文结合国内外文献报道对三维重建技术在肺段切除术中的研究进展作相关综述 肺段切除术肺段切除是将比肺叶更小的一些肺组织单元(肺段)进行切除保留该肺叶其余的正常肺组织尽管肺段切除手术存在广泛差异但可分为简单(典型)和复杂(非典型)简单节段切除术仅需分割一个节段间平面包括下叶的 节段(上节段)或基底节段切除以及左上叶的上节段(三节段)和舌段切除还包括左上肺固有段切除、舌段切除、背段切除和基底段切除 复杂节段切除需要分割多个段间平面包括所有其他节段切除术技术难度较大 和 于 年首次报道了应用肺段切除术来治疗支气管扩张 于 年首次报道肺段切除手术在原发性肺癌外科治疗中的应用 现在节段切除已逐渐普及并已证明取得了良好的效果 对于肺段切除术的适应证中华医学会肺癌临床诊疗指南(版)有如下几点()对行肺叶切除术无法耐受的患者()肺部结节直径 且同时具备以下条件之一:毛玻璃成分 或肿瘤倍增时间()肺段切除术要求至少要保证足够的手术切缘(或病灶直径)胸腔镜肺段切除术更适合应用于切除相应肺段就能完全切除病灶的肺结节患者其具有微创、术中损伤较小、保留更多的肺功能、术后并发症少等特点 对于已经明确是良性结节但由于结节位置较深无法行肺楔形切除的患者也可考虑行肺段切除术 三维重建的概述 以医学影像为基础的三维重建技术是通过软件将输入的二维薄层 图像整合成立体的三维图像虚拟构建器官的几何形态既避免了人为的虚拟重构过程又减少了主观因素可能造成的误差 三维重建技术始于 世纪 年代 和 于 年完成了第一个基于图像的 重建系统 然后学者们开始应用 重建来确定肿右江医学 年第 卷第 期 .瘤和血管之间的关系并识别肺动静脉和支气管初行肺段切除术重建肺部解剖时对于肺段血管、支气管解剖不太熟悉者需行 检查待慢慢掌握解剖后行增强 熟练掌握其解剖结构者仅行薄层 即可 现在三维重建被广泛应用于胸外科手术 而三维重建技术将薄层二维图像信息导入重建软件将支气管、肺动静脉、肺结节分别重建并着色加以区分而且还可以全方位、多层次地显示相应的图像手术医师可以更好地了解肺动静脉、支气管与结节的解剖位置关系方便术者确定段间平面选择合适的手术路径和制订手术计划减少手术损伤提高手术精准性等 三维重建技术指导胸腔镜精准肺段切除术的优势 三维重建技术可以将肺动静脉和支气管的 图像转换为血管树和支气管树的 图像清晰地显示与结节伴行的血管和支气管走行术前及时发现血管和支气管解剖变异避免周围重要结构的损伤 三维重建技术可以三维显示病变的形态学特征还可以清楚地显示病变内部和周围的血液供应帮助医生更准确地判断病变的性质 而且可以准确识别正常的解剖结构明确肺段的划分准确定位结节的位置以及与目标肺段的位置关系这有助于目标段的完全切除和确保手术切缘 研究表明术前通过 图像可以获得全方位、立体、智能的动、静态影像可以清晰地显示结节所处肺段、与周围动静脉及支气管的解剖关系以及结节的形态结构快速和直观地识别个体解剖结构减少术中出血风险提高手术准确率及安全性 三维重建有助于术前结节定位、手术方案的制订、术前模拟和术中导航为实现精准肺段切除提供重要保障.结结节节的的定定位位如何安全且准确定位肺结节一直是胸外科医师需要面临及解决的问题许多专家学者在这一方向不断探索改进 肺结节的定位尤为重要部分患者可能会因为无法准确定位结节而导致多切、漏切、中转开胸甚至面临手术失败的风险目前临床上术前定位肺结节的方法很多如 引导下经皮肺穿刺实体标记物定位法(、弹簧圈定位等)、引导下经皮肺注射液体标记物定位法(包括亚甲蓝、碘油和钡、放射性核素、吲哚菁绿等)、电磁导航支气管镜()定位、术中超声定位技术 术前 引导下经皮肺穿刺 定位的常见并发症是肺出血最致命的并发症是空气栓塞由于空气栓塞有致死的可能性该方法在日本已被禁止弹簧圈定位最常见的并发症是无症状气胸()及弹簧圈移位亚甲蓝定位相对安全且价格低廉但其主要缺点是染料弥散到周围肺实质中影响了结节的准确识别关于碘油和钡操作过程中引起的气胸、出血、胸痛、痰中带血是其常见并发症钡可能会导致严重的急性炎症反应甚至导致肺水肿及肺纤维化应谨慎使用放射性核素既对设备有特殊要求又增加患者辐射暴露 引导下吲哚菁绿定位因其清晰的可视化而受到欢迎但由于荧光设备造价昂贵不利于推广与其他经皮标记物相比 引导的染料标记用于术中定位是安全的且并发症较少但也因造价昂贵不便于推广 这些方法对行肺段切除患者的结节肺段归属问题以及安全切缘的获取并不十分准确 术中超声定位虽然无气胸等相关医源性损伤风险但其对深部结节的实用性有限并且图像受不完全放气及弥漫性肺部疾病的影响 研究表明三维重建技术在术前进行肺部动静脉及结节的重建术者可根据结节与支气管、动静脉的几何关系明确结节所属肺段依据段间静脉确定段间平面无创定位肺结节与有创定位相比减少了并发症的发生与辐射暴露且定位准确率也很高.支支气气管管、肺肺动动静静脉脉的的识识别别众所周知肺段的支气管、动静脉的解剖结构变异较大存在个体化差异 为了避免术中支气管、动静脉的损伤胸外科医师需要掌握肺部解剖结构若术中对支气管、动静脉等的解剖结构无法准确判断易导致误切或者大出血等情况的发生甚至可能需要中转开胸从而无法实现保护更多正常肺组织及术后肺功能的首要目的 基于 的二维图像临床医生无法准确判断靶支气管、血管的走行而三维重建技术的三维图像可以直观地显示目标肺段支气管、血管的解剖结构有利于临床制订个性化精准肺段切除的手术方案代祖建等研究表明术前应用三维重建可以及时并准确发现血管、支气管的解剖变异有利于精准切除结节和相应的段支气管及血管减少了术中出血量及术后并发症的发生 等根据构建的三维图像可直观显示肺段支气管、动静脉的走向及变异情况全方位呈现结节、肺段血管及支气管的空间位置关系可提高手术的准确率和安全性右江医学 年第 卷第 期 .手手术术切切缘缘及及手手术术入入径径的的确确定定中华医学会肺癌临床诊疗指南明确指出进行肺段切除术应该做到手术切缘 或肿瘤的直径通过三维图像识别段间动静脉确认段间平面明确肿瘤所处肺段与邻近肺段的位置关系确保获得足够的手术切缘 应用三维重建技术设计手术方案以 为半径向外球形扩张在此范围内的支气管及血管均为靶段支气管及血管实行虚拟手术切除选择合适的手术路径获得安全的手术切缘.术术中中导导航航技技术术即使在成功的术前规划和模拟之后在节段切除术中识别解剖结构仍然具有挑战性 使用 图像的术中导航可以帮助外科医生根据图像和实际手术结果讨论和确认节段解剖并自信地进行安全可靠的肺节段切除 三维重建联合新技术在肺段切除术中的应用 段间平面的确认对肺段切除术尤为重要肺膨胀萎陷法也同样被广泛应用于确认段间平面 但对于肺顺应性差及肺气肿的患者肺膨胀萎陷所需要的时间更长段间平面显示不够清晰麻醉及手术时长增加且并发症发生的风险增加 张伟等人研究表明利用三维重建联合支气管高频通气应用于肺段切除术通过纤维支气管镜定位靶段支气管应用高频喷射通气机向目标肺段内供氧使其迅速膨胀其余正常组织处于萎陷状态快速形成段间平面 这种方法可以快速、准确地确认段间平面且单独使目标肺段通气膨胀对术中腔镜视野影响较小缩短了手术时长 但其不足之处在于首先需要麻醉医师能够快速、精准地将纤维支气管镜定位到目标肺段支气管其次肺膨胀萎陷周期很快需要术者能够在目标肺段彻底萎陷前完成段间平面的标记否则需要的时间可能更久 但随着经验的积累、技术的熟练相信这一困难能逐渐被克服使该技术能够得到更广泛的应用 小结与展望 三维重建在肺段切除术中的应用日益增多但仍存在一些不足:()在大多数情况下相邻的肺段彼此交错而不是以直线为界 在操作过程中搜索段间平面时可能会出现虚线边界()图像仍然需要在缺乏实体感的 窗口中显示()即使现有的重建软件可以满足操作的要求但是软件价格昂贵或不向个人用户开放 未来高对比度造影剂的应用、图像采集技术的创新以及计算机处理软件的进步将对三维重建的发展起到积极作用 重建可以与 打印、虚拟现实()及混合现实()等人工智能技术相结合以便外科医生更方便地查看 模型并实现对整个空间的建立和理解 三维重建技术在胸外科具有广阔的应用前景可以进一步推动肺段切除术乃至胸外科的发展参 考 文 献 .:.():.郑荣寿张思维孙可欣等.年中国恶性肿瘤流行情况分析.中华肿瘤杂志():.():.戚胜波刘永靖陶宇等.胸腔镜肺叶切除术与肺段切除术治疗早期肺癌的临床分析.临床肺科杂志():.姜睿张哲.三维重建及 打印在胸外科的应用.青岛大学医学院学报():.():.:.():.():.:.():.():.中华医学会肿瘤学分会中华医学会杂志社.中华医学会肺癌临床诊疗指南(版).中华医学杂右江医学 年第 卷第 期 .志():.():.夏漫辉冷云华丁学武等.胸腔镜下肺段切除术在老年非小细胞肺癌治疗中应用.临床军医杂志():.叶春林.技术在机器人辅助胸腔镜解剖性肺段切除术中的临床应用.南昌:南昌大学.:.():.孙超陆世春王霄霖等.三维重建技术在胸腔镜解剖性肺段切除术中的应用.中国微创外科杂志():.():.:.():.():.:.():.():.():.():.():.():.():.():.张楼乾蒋峰李明等.无创三维重建在肺部亚厘米结节定位中应用.南京医科大学学报(自然科学版)():.郭航殷均阳刘宇等.三维重建在早期非小细胞肺癌胸腔镜下肺段切除术中的应用.河南医学研究():.代祖建林铿强黄明翔等.三维 支气管血管重建技术在胸腔镜肺段切除术治疗早期肺癌中的应用.中国医学物理学杂志():.():.张伟李兵边洪春等.三维重建技术联合支气管高频通气在肺段切除术中的临床应用分析.腹腔镜外科杂志():.():.(收稿日期:修回日期:)(编辑:黄研研)右江医学 年第 卷第 期 .