引用本文： 李爽, 施益軍, 丁國文, 孫揚永, 呂本博, 劉建超, 朱靜峰. Mimics軟件系統行三維重建指導胸腔鏡下解剖性肺段切除術的臨床應用分析. 中國胸心血管外科臨床雜志, 2024, 31(1): 59-64. doi: 10.7507/1007-4848.202304015 復制
版權信息： ?四川大學華西醫院華西期刊社《中國胸心血管外科臨床雜志》版權所有，未經授權不得轉載、改編
近年來肺癌發病率呈逐年上升趨勢，隨著居民健康體檢意識的提高及低劑量螺旋CT的普及，越來越多的肺部磨玻璃影（ground-glass opacity，GGO）被檢查出來，絕大多數切除的GGO被證實為早期肺癌[1]。以往肺葉切除+淋巴結清掃是早期肺癌手術治療的主要方式，但隨著研究的深入，尤其是JCOG0802研究[2]與CALGB140503研究[3]結果的相繼公布，為亞肺葉切除術的實施提供了高級別循證證據，對于部分早期肺癌患者，胸腔鏡下肺段切除可以取得同肺葉切除相似的臨床療效，同時可以更好地保護肺功能，被廣泛應用于早期肺癌患者。解剖性肺段切除已經成為當下研究熱點之一，但肺段血管解剖復雜，變異多，手術難度大，單純通過二維CT辨識肺段結構存在一定難度。交互式醫學圖像控制系統（Materiaise's interactive medical image control system，Mimics）是一套高度整合且易用的3D圖像生成及編輯處理軟件，術前可以通過此軟件生成患者肺動靜脈3D重建圖像，指導臨床手術[4]。本研究旨在探索采用Mimics軟件行3D重建指導胸腔鏡下肺段切除的臨床價值。
1 資料與方法
1.1 臨床資料和分組
回顧性納入2020年6月—2022年12月在我院經CT檢測發現肺結節并行胸腔鏡下解剖性肺段切除術患者，患者均由同一治療組完成胸腔鏡下肺段/亞段切除術。術前均完善胸部CT增強檢查、心肺功能評估，均排除遠處轉移，均可耐受胸腔鏡下肺切除手術，并按照納入排除標準進行篩選。納入標準：（1）CT檢查提示病變位于肺實質外周1/3；（2）結節直徑≤2 cm；（3）CT顯示磨玻璃樣成分≥50%或病理證實為原位腺癌/微浸潤腺癌；（4）無既往肺部手術和外傷病史；（5）病灶位于單側肺葉。排除標準：（1）伴有遠處轉移患者；（2）合并其他腫瘤病史；（3）心肺功能不能耐受手術；（4）不符合2017年美國國立綜合癌癥網絡（National Comprehensive Cancer Network，NCCN）指南肺段切除指征患者。其中術前使用Mimics軟件行3D重建患者納入觀察組，未行3D重建患者納入對照組。
1.2 術前3D重建
兩組患者均行胸部增強CT檢查，使用64排西門子CT進行掃描，造影劑采用碘克沙醇（江蘇恒瑞醫藥有限公司，中國），掃描要求：層厚<1 mm，保證肺動脈和肺靜脈CT值相差>150 Hu。觀察組將數據導入Mimics軟件進行3D重建：（1）首先使用“Segment Airway”功能進行支氣管重建；（2）使用“Segment”功能下的“New Mask”功能新建胸部結構模板；（3）使用“3DTools”中的“Edit Mask”功能切除不需要的胸壁組織和縱隔結構；（4）使用“Segment”下的“Split Mask”版塊進行肺動靜脈的分割，完成對肺動靜脈3D重建；（5）使用“3DLiveWire”功能進行肺結節3D重建；（6）使用“Analyze”版塊下的“Sphere”功能進行2 cm安全切緣球的建立，并結合虛化功能詳細進行觀察；（7）根據建立的3D重建結果進行手術規劃，確定需要切除的靶段支氣管、血管；見圖1。
圖1
3D重建流程
a：氣管重建；b：建立胸部結構模板；c：進行動靜脈分割；d：肺結節重建
1.3 結節定位
肺磨玻璃結節如未侵犯胸膜在胸腔鏡下常難以通過肉眼觀察到，用腔鏡器械或者手指感知檢出率不高，常常出現需要補充切除的情況，增加患者創傷和手術難度，因此術前定位尤其重要。觀察組通過Mimics軟件生成的3D重建結果仔細判讀結節所在肺段位置，并結合常見的肺解剖標志（肺尖部、肺底部、葉間裂等）決定是否行術前Hookwire定位針穿刺定位，如結節滿足以下條件則不進行定位：（1）通過建立安全切緣球確定結節經過肺段或亞段切除可以達到有效安全切除距離；（2）可以通過相關解剖標志確定結節位置；（3）結節為亞實性成分，且通過CT檢查可見胸膜凹陷。對照組患者符合（2）、（3）條件則不進行術前定位。
1.4 手術方法
兩組均在全身麻醉雙腔氣管插管下，于腋中線第7肋間行1 cm切口作為觀察孔置入STORZ 30°胸腔鏡鏡頭，在腋前線第4或5肋間行3 cm切口作為主操作孔，置入切口保護套，如遇胸腔粘連或血管變異、出血等則于腋后線第5肋間行3 cm切口為輔助操作孔協助手術。觀察組將3D重建數據導入移動設備（手機、筆記本電腦、iPad等）進行實時指導。游離靶段肺組織血管，使用1號線雙重結扎或Hem-o-lok夾閉后離斷，再離斷靶段支氣管，使用改良肺膨脹-萎陷法顯露段間平面，用強生EC45A切割閉合器閉合離斷目標肺組織，剖視肺組織縫線標記結節，送病理檢查。然后進行肺門縱隔淋巴結清掃術或采樣，放置胸腔引流管，徹底止血后關胸；見圖2。對照組不進行Mimics 3D重建，僅通過觀察二維CT圖像制定及規劃手術方案，然后行胸腔鏡下目標肺段切除術，均由同一治療組配合完成。
圖2
3D重建及術中圖
患者，女，56歲，檢查發現左上肺結節2年余，通過Mimics軟件行3D重建發現結節位于左上肺S3c，制作并觀察安全切緣球，最終決定行胸腔鏡下LS3c切除術，手術過程順利；a：肺段支氣管3D重建圖；b：肺結節安全切緣圖；c：肺段動脈3D重建圖；d：肺段靜脈3D重建圖；e：術中視角；f：手術完成后段門結構
1.5 觀察指標
觀察圍手術期臨床指標，包括手術時間、術前定位率（術前行肺結節定位的患者數/該組患者總數）、應用切割閉合器切除個數、術中出血量、術后胸腔引流管留置時間、術后住院時間、術后肺漏氣發生率。
1.6 統計學分析
本研究數據資料均納入 SPSS 26.0 統計學軟件分析。符合正態分布或近似正態分布的計量資料用均數±標準差（
±s）描述，組間比較采用獨立樣本t檢驗；偏態分布計量資料采用中位數（上下四分位數）［M（P25，P75）］描述，組間比較采用 Wilcoxon 檢驗；計數資料采用例數及構成比表示，組間比較采用χ2檢驗或Fisher確切概率法。P≤0.05為差異有統計學意義。
1.7 倫理審查
本研究已通過江蘇大學附屬人民醫院倫理審查委員會審批，批準編號為：K-20230082-W。
2 結果
2.1 一般臨床資料
本研究共納入59例患者，觀察組37例，其中男21例、女16例，年齡25～79（56.5±10.8）歲，結節直徑為6～20（10.7±4.2）mm；對照組22例，其中男8例、女14例，年齡42～77（59.4±10.8）歲，結節直徑5～19（12.1±3.5）mm，兩組差異無統計學意義（P＞0.05）；見表1。
表1
兩組患者一般臨床資料比較［例（%）/
］
2.2 圍手術期結果
兩組患者均順利完成手術，無中轉開胸，無圍手術期死亡病例。觀察組手術時間、術中出血量和術前穿刺定位率優于對照組，差異有統計學意義（P＜0.05）。兩組胸腔引流管放置時間、胸腔引流量、術中閉合器釘倉使用個數、術后住院時間、術后肺漏氣發生率差異無統計學意義（P＞0.05）；見表2。
表2
兩組患者圍手術期臨床指標比較［例（%）/
/M（P25，P75）］
3 討論
肺癌目前在全球范圍內發病率仍居高不下，其死亡率也居惡性腫瘤前列。近些年隨著對肺磨玻璃結節研究的深入，大量早期肺癌被檢出[5]。早期肺癌的治療手段多樣，如立體定向放療（stereotactic body radiotherapy，SBRT）、肺結節消融、胸腔鏡手術治療等，但手術治療仍然是目前肺癌治療的主要手段。有研究[6]表明，以GGO為主要成分的肺結節手術效果較好，5年生存率接近100%。上世紀60年代至今肺葉切除+淋巴結清掃被認為是早期非小細胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）治療的標準術式[7]。但以GGO為主的NSCLC與傳統肺癌有著截然不同的生物學特點，早期肺癌的標準術式是否需要優化，亞肺葉切除能否取代肺葉切除需要進一步探討。為此，21世紀初，為探索早期NSCLC的最佳手術方式，日本臨床腫瘤協作組（Japan Clinical Oncology Group，JCOG）攜手西日本胸部腫瘤協作組（West Japan Oncology Group，WJOG）開展了著名的JCOG系列研究。JCOG 0802研究[2]結果顯示，對于腫瘤直徑≤2 cm，腫瘤實性成分占比>0.5的外周型ⅠA期NSCLC患者行肺段切除術后5年總生存率顯著高于行肺葉切除術的患者（94.3% vs. 91.1%）。因此越來越多的胸腔鏡下肺段切除手術被應用于臨床治療早期肺癌，但肺段及亞段解剖復雜，血管變異多[8-9]，在缺乏3D重建的前提下術中常難以確定需要離斷的靶段血管，也會因血管變異導致出血。同時GGO在肺組織中常常難以準確定位，相當一部分患者術前需要行CT引導下的有創定位[10]。因此術前三維計算機斷層掃描支氣管血管成像（three-dimensional computed tomography bronchography and angiography，3D-CTBA）不僅可以重建支氣管、肺血管3D圖像，及時發現血管和支氣管變異，做到心中有數，同時還能重建結節及肺組織，以不同的顏色標識出來，更直觀立體地觀察結節位置，減少不必要的術前有創定位[11-13]。3D重建技術也可幫助臨床醫生更好地學習肺解剖以及同行之間的學術交流。
本研究使用Mimics軟件對患者進行3D重建，結果提示可有效縮短手術時間，減少術中出血量，降低術前結節穿刺定位率。Mimics是一款高度整合且易用的3D圖像生成及編輯處理軟件，它能輸入各種掃描數據（CT、磁共振成像），建立3D模型并進行編輯，臨床上常被應用于骨科、血管外科、影像科等臨床科室，同時也可進行肺部血管、心臟大血管的3D重建。本研究通過Mimics軟件行3D重建后可以非常直觀地觀察靶段肺組織的動脈、靜脈和支氣管，及時發現變異，并通過安全切緣球的建立明確需要離斷的動靜脈及支氣管，制定手術入路和手術規劃。同時利用移動設備，由助手在手術時實時調整觀察，這樣可以更精準更快地處理目標血管。對照組由于缺少3D重建技術的指導，2例患者因為血管變異而無法完成原定手術方案，其中1例由RS1b+RS2擴大為RS1+2切除，1例由RS8+9擴大為RS7+8+9+10切除。此外肺血管的精準離斷也可縮短段間平面顯露時間，切除的肺組織范圍更符合術前規劃。因此在3D-CTBA指導下觀察組手術時間更短，更不容易出現因血管變異而導致不必要出血的情況。此外，Mimics可以重建肺組織和結節，術者能夠通過360°旋轉、透明化等操作進一步明確結節所在位置，形成一個直觀立體圖像，并通過切緣安全球的建立明確目標靶段能否完整切除結節，這樣可以避免不必要的術前穿刺定位，減少有創操作，減輕患者痛苦。國內外均有研究[14-16]得到相似的臨床效果。
綜上所述，術前使用Mimics軟件行3D-CTBA指導胸腔鏡下肺段切除術可以縮短手術時間，減少術中出血量，降低術前穿刺定位率，值得臨床推廣。但本研究存在一定局限性，樣本量較小，存在一定偏差，后續需要大樣本及多中心臨床試驗進一步研究。
利益沖突：無。
作者貢獻：李爽負責論文設計，實施研究，撰寫論文；朱靜峰、施益軍負責數據收集與整理；孫揚永、呂本博、劉建超負責統計學分析；丁國文負責論文修改。
近年來肺癌發病率呈逐年上升趨勢，隨著居民健康體檢意識的提高及低劑量螺旋CT的普及，越來越多的肺部磨玻璃影（ground-glass opacity，GGO）被檢查出來，絕大多數切除的GGO被證實為早期肺癌[1]。以往肺葉切除+淋巴結清掃是早期肺癌手術治療的主要方式，但隨著研究的深入，尤其是JCOG0802研究[2]與CALGB140503研究[3]結果的相繼公布，為亞肺葉切除術的實施提供了高級別循證證據，對于部分早期肺癌患者，胸腔鏡下肺段切除可以取得同肺葉切除相似的臨床療效，同時可以更好地保護肺功能，被廣泛應用于早期肺癌患者。解剖性肺段切除已經成為當下研究熱點之一，但肺段血管解剖復雜，變異多，手術難度大，單純通過二維CT辨識肺段結構存在一定難度。交互式醫學圖像控制系統（Materiaise's interactive medical image control system，Mimics）是一套高度整合且易用的3D圖像生成及編輯處理軟件，術前可以通過此軟件生成患者肺動靜脈3D重建圖像，指導臨床手術[4]。本研究旨在探索采用Mimics軟件行3D重建指導胸腔鏡下肺段切除的臨床價值。
1 資料與方法
1.1 臨床資料和分組
回顧性納入2020年6月—2022年12月在我院經CT檢測發現肺結節并行胸腔鏡下解剖性肺段切除術患者，患者均由同一治療組完成胸腔鏡下肺段/亞段切除術。術前均完善胸部CT增強檢查、心肺功能評估，均排除遠處轉移，均可耐受胸腔鏡下肺切除手術，并按照納入排除標準進行篩選。納入標準：（1）CT檢查提示病變位于肺實質外周1/3；（2）結節直徑≤2 cm；（3）CT顯示磨玻璃樣成分≥50%或病理證實為原位腺癌/微浸潤腺癌；（4）無既往肺部手術和外傷病史；（5）病灶位于單側肺葉。排除標準：（1）伴有遠處轉移患者；（2）合并其他腫瘤病史；（3）心肺功能不能耐受手術；（4）不符合2017年美國國立綜合癌癥網絡（National Comprehensive Cancer Network，NCCN）指南肺段切除指征患者。其中術前使用Mimics軟件行3D重建患者納入觀察組，未行3D重建患者納入對照組。
1.2 術前3D重建
兩組患者均行胸部增強CT檢查，使用64排西門子CT進行掃描，造影劑采用碘克沙醇（江蘇恒瑞醫藥有限公司，中國），掃描要求：層厚<1 mm，保證肺動脈和肺靜脈CT值相差>150 Hu。觀察組將數據導入Mimics軟件進行3D重建：（1）首先使用“Segment Airway”功能進行支氣管重建；（2）使用“Segment”功能下的“New Mask”功能新建胸部結構模板；（3）使用“3DTools”中的“Edit Mask”功能切除不需要的胸壁組織和縱隔結構；（4）使用“Segment”下的“Split Mask”版塊進行肺動靜脈的分割，完成對肺動靜脈3D重建；（5）使用“3DLiveWire”功能進行肺結節3D重建；（6）使用“Analyze”版塊下的“Sphere”功能進行2 cm安全切緣球的建立，并結合虛化功能詳細進行觀察；（7）根據建立的3D重建結果進行手術規劃，確定需要切除的靶段支氣管、血管；見圖1。
圖1
3D重建流程
a：氣管重建；b：建立胸部結構模板；c：進行動靜脈分割；d：肺結節重建
1.3 結節定位
肺磨玻璃結節如未侵犯胸膜在胸腔鏡下常難以通過肉眼觀察到，用腔鏡器械或者手指感知檢出率不高，常常出現需要補充切除的情況，增加患者創傷和手術難度，因此術前定位尤其重要。觀察組通過Mimics軟件生成的3D重建結果仔細判讀結節所在肺段位置，并結合常見的肺解剖標志（肺尖部、肺底部、葉間裂等）決定是否行術前Hookwire定位針穿刺定位，如結節滿足以下條件則不進行定位：（1）通過建立安全切緣球確定結節經過肺段或亞段切除可以達到有效安全切除距離；（2）可以通過相關解剖標志確定結節位置；（3）結節為亞實性成分，且通過CT檢查可見胸膜凹陷。對照組患者符合（2）、（3）條件則不進行術前定位。
1.4 手術方法
兩組均在全身麻醉雙腔氣管插管下，于腋中線第7肋間行1 cm切口作為觀察孔置入STORZ 30°胸腔鏡鏡頭，在腋前線第4或5肋間行3 cm切口作為主操作孔，置入切口保護套，如遇胸腔粘連或血管變異、出血等則于腋后線第5肋間行3 cm切口為輔助操作孔協助手術。觀察組將3D重建數據導入移動設備（手機、筆記本電腦、iPad等）進行實時指導。游離靶段肺組織血管，使用1號線雙重結扎或Hem-o-lok夾閉后離斷，再離斷靶段支氣管，使用改良肺膨脹-萎陷法顯露段間平面，用強生EC45A切割閉合器閉合離斷目標肺組織，剖視肺組織縫線標記結節，送病理檢查。然后進行肺門縱隔淋巴結清掃術或采樣，放置胸腔引流管，徹底止血后關胸；見圖2。對照組不進行Mimics 3D重建，僅通過觀察二維CT圖像制定及規劃手術方案，然后行胸腔鏡下目標肺段切除術，均由同一治療組配合完成。
圖2
3D重建及術中圖
患者，女，56歲，檢查發現左上肺結節2年余，通過Mimics軟件行3D重建發現結節位于左上肺S3c，制作并觀察安全切緣球，最終決定行胸腔鏡下LS3c切除術，手術過程順利；a：肺段支氣管3D重建圖；b：肺結節安全切緣圖；c：肺段動脈3D重建圖；d：肺段靜脈3D重建圖；e：術中視角；f：手術完成后段門結構
1.5 觀察指標
觀察圍手術期臨床指標，包括手術時間、術前定位率（術前行肺結節定位的患者數/該組患者總數）、應用切割閉合器切除個數、術中出血量、術后胸腔引流管留置時間、術后住院時間、術后肺漏氣發生率。
1.6 統計學分析
本研究數據資料均納入 SPSS 26.0 統計學軟件分析。符合正態分布或近似正態分布的計量資料用均數±標準差（±s）描述，組間比較采用獨立樣本t檢驗；偏態分布計量資料采用中位數（上下四分位數）［M（P25，P75）］描述，組間比較采用 Wilcoxon 檢驗；計數資料采用例數及構成比表示，組間比較采用χ2檢驗或Fisher確切概率法。P≤0.05為差異有統計學意義。
1.7 倫理審查
本研究已通過江蘇大學附屬人民醫院倫理審查委員會審批，批準編號為：K-20230082-W。
2 結果
2.1 一般臨床資料
本研究共納入59例患者，觀察組37例，其中男21例、女16例，年齡25～79（56.5±10.8）歲，結節直徑為6～20（10.7±4.2）mm；對照組22例，其中男8例、女14例，年齡42～77（59.4±10.8）歲，結節直徑5～19（12.1±3.5）mm，兩組差異無統計學意義（P＞0.05）；見表1。
表1
兩組患者一般臨床資料比較［例（%）/］
2.2 圍手術期結果
兩組患者均順利完成手術，無中轉開胸，無圍手術期死亡病例。觀察組手術時間、術中出血量和術前穿刺定位率優于對照組，差異有統計學意義（P＜0.05）。兩組胸腔引流管放置時間、胸腔引流量、術中閉合器釘倉使用個數、術后住院時間、術后肺漏氣發生率差異無統計學意義（P＞0.05）；見表2。
表2
兩組患者圍手術期臨床指標比較［例（%）//M（P25，P75）］
3 討論
肺癌目前在全球范圍內發病率仍居高不下，其死亡率也居惡性腫瘤前列。近些年隨著對肺磨玻璃結節研究的深入，大量早期肺癌被檢出[5]。早期肺癌的治療手段多樣，如立體定向放療（stereotactic body radiotherapy，SBRT）、肺結節消融、胸腔鏡手術治療等，但手術治療仍然是目前肺癌治療的主要手段。有研究[6]表明，以GGO為主要成分的肺結節手術效果較好，5年生存率接近100%。上世紀60年代至今肺葉切除+淋巴結清掃被認為是早期非小細胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）治療的標準術式[7]。但以GGO為主的NSCLC與傳統肺癌有著截然不同的生物學特點，早期肺癌的標準術式是否需要優化，亞肺葉切除能否取代肺葉切除需要進一步探討。為此，21世紀初，為探索早期NSCLC的最佳手術方式，日本臨床腫瘤協作組（Japan Clinical Oncology Group，JCOG）攜手西日本胸部腫瘤協作組（West Japan Oncology Group，WJOG）開展了著名的JCOG系列研究。JCOG 0802研究[2]結果顯示，對于腫瘤直徑≤2 cm，腫瘤實性成分占比>0.5的外周型ⅠA期NSCLC患者行肺段切除術后5年總生存率顯著高于行肺葉切除術的患者（94.3% vs. 91.1%）。因此越來越多的胸腔鏡下肺段切除手術被應用于臨床治療早期肺癌，但肺段及亞段解剖復雜，血管變異多[8-9]，在缺乏3D重建的前提下術中常難以確定需要離斷的靶段血管，也會因血管變異導致出血。同時GGO在肺組織中常常難以準確定位，相當一部分患者術前需要行CT引導下的有創定位[10]。因此術前三維計算機斷層掃描支氣管血管成像（three-dimensional computed tomography bronchography and angiography，3D-CTBA）不僅可以重建支氣管、肺血管3D圖像，及時發現血管和支氣管變異，做到心中有數，同時還能重建結節及肺組織，以不同的顏色標識出來，更直觀立體地觀察結節位置，減少不必要的術前有創定位[11-13]。3D重建技術也可幫助臨床醫生更好地學習肺解剖以及同行之間的學術交流。
本研究使用Mimics軟件對患者進行3D重建，結果提示可有效縮短手術時間，減少術中出血量，降低術前結節穿刺定位率。Mimics是一款高度整合且易用的3D圖像生成及編輯處理軟件，它能輸入各種掃描數據（CT、磁共振成像），建立3D模型并進行編輯，臨床上常被應用于骨科、血管外科、影像科等臨床科室，同時也可進行肺部血管、心臟大血管的3D重建。本研究通過Mimics軟件行3D重建后可以非常直觀地觀察靶段肺組織的動脈、靜脈和支氣管，及時發現變異，并通過安全切緣球的建立明確需要離斷的動靜脈及支氣管，制定手術入路和手術規劃。同時利用移動設備，由助手在手術時實時調整觀察，這樣可以更精準更快地處理目標血管。對照組由于缺少3D重建技術的指導，2例患者因為血管變異而無法完成原定手術方案，其中1例由RS1b+RS2擴大為RS1+2切除，1例由RS8+9擴大為RS7+8+9+10切除。此外肺血管的精準離斷也可縮短段間平面顯露時間，切除的肺組織范圍更符合術前規劃。因此在3D-CTBA指導下觀察組手術時間更短，更不容易出現因血管變異而導致不必要出血的情況。此外，Mimics可以重建肺組織和結節，術者能夠通過360°旋轉、透明化等操作進一步明確結節所在位置，形成一個直觀立體圖像，并通過切緣安全球的建立明確目標靶段能否完整切除結節，這樣可以避免不必要的術前穿刺定位，減少有創操作，減輕患者痛苦。國內外均有研究[14-16]得到相似的臨床效果。
綜上所述，術前使用Mimics軟件行3D-CTBA指導胸腔鏡下肺段切除術可以縮短手術時間，減少術中出血量，降低術前穿刺定位率，值得臨床推廣。但本研究存在一定局限性，樣本量較小，存在一定偏差，后續需要大樣本及多中心臨床試驗進一步研究。
利益沖突：無。
作者貢獻：李爽負責論文設計，實施研究，撰寫論文；朱靜峰、施益軍負責數據收集與整理；孫揚永、呂本博、劉建超負責統計學分析；丁國文負責論文修改。
