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陈亮主委:基于3D成像技术的胸腔镜肺段切除术的研究进展

来源:    时间:2018年03月21日    点击数:    5星

近年来肺段切除术广泛应用于肺部结节的诊断和治疗,对于ⅠA(T1aN0M0)期周围型非小细胞肺癌(non-smallcelllungcancer,NSCLC)的疗效不亚于肺叶切除术[1-3],有利于保护术后肺功能、降低并发症,尤其适用于高龄、心肺功能不全的患者,报道最多的是舌段、固有段、上段、基底段切除[4,5],这类肺段的解剖类似于肺裂融合的肺叶,手术技术类似肺叶切除术。

其他更为精细的肺段切除术(如右上肺单段切除、固有段和基底段分段切除、亚段切除、次亚段切除等)技术复杂[6],要达到完全解剖性肺段切除难度较大,究其原因,主要为肺段解剖复杂、分型和变异较多,在远离肺门的肺实质内辨认分离靶段支气管、血管有相当的难度,其他的技术难点如肺结节的肺段定位归属、段间静脉(intersegmental vein)的保留、肺段间交界的分离、安全切缘的保障等。

三维CT支气管血管成像(three dimensional-computed tomography bronchography and angiography,3D-CTBA)技术重建肺部结节、支气管、血管和段间交界[7-9],可视化肺部解剖结构,通过术前模拟手术、设计手术方案、规划手术路径,可精准切除靶段、降低手术难度、缩短学习曲线。在3D-CTBA导航下可进行超选择性的肺段切除术[10],在确保安全切缘和肿瘤学疗效的前提下,最小化解剖性切除靶段,最大化发挥保留肺段功能,符合肺部疾病的手术原则:最大限度切除病灶,最大限度保留健康肺组织[11]。本文回顾分析相关文献,总结本中心经验,就3D-CTBA成像技术在胸腔镜肺段切除术中的应用及进展进行评述。

一、3D-CTBA成像技术

1. 3D-CTBA的检查方法使用多排螺旋CT,一般使用64层CT以上的机型。患者仰卧,头先进,于肘前静脉插入20~22G的静脉留置针,用高压注射器注入40~60ml非离子型对比剂,随后追加20ml生理盐水,用团注追踪法(bolus tracking)或团注试验法(test bolus)来设定扫描开始的时刻。扫描时准直器厚度为0.6mm或0.625mm,开始扫描时患者按呼吸指令屏住呼吸,以螺旋扫描方式进行扫描,扫描后重建的轴位图像层厚为1mm,重建的卷积核算法为软组织算法,层间距为0.8~1.0mm[12]。

2. 3D-CTBA重建方法重建后的轴位图像载入图像工作站进行图像后处理。CT图像后处理的方式一般有最大密度投影(maximum intensity projection,MIP)、最小密度投影(minimum intensity projection,MinIP)、多平面重建(multiplanar reconstruction,MPR)、表面阴影遮盖法(surface shaded display,SSD)和容积再现法(volume rendering,VR)。在本检查中,常用的重建方法有MPR、MIP、MinIP和VR法。MPR法可以显示肺内病灶与叶间裂的关系,MIP法可以显示病灶与周围血管(肺动脉和肺静脉)之间的关系,MinIP法可以显示气管和支气管树的解剖结构,VR法可以三维显示气管支气管树、肺动脉和肺静脉之间的解剖结构。但是,由于病灶、气管支气管树、肺动脉和肺静脉的密度有差异,因此要完整地三维显示病灶、气管支气管树和肺血管是比较困难的,有时需要用特定的图像后处理软件来进行处理[12]。

现有商用软件难以进行肺血管支气管同期重建,支气管重建效果差。本中心与东软医疗系统有限公司合作,自主研发CT图像的后处理软件“Deep Insight”,可同期进行肺血管、支气管重建,重建时间约3分钟,图像分辨率高,血管成像及动静脉色彩区分使用主光度区分法,支气管、病灶成像使用波平面扩散法,容积再现法完整显示病灶、支气管及血管的关系。

二、术前3D模拟手术

1. 肺结节肺段归属 定位以磨玻璃样(ground glass opacity,GGO)成分为主的肺小结节和位于肺实质深部的结节术中难以触及,定位困难,现有多种肺结节的定位方法,如:CT引导下Hookwire钢丝定位,弹簧圈定位,亚甲蓝注射染色定位[13,14],按照肺表面解剖标志定位等,这些方法在术中有效解决了肺结节在肺实质内部的定位问题,方便术中寻找微小的肺结节,对肺楔形切除术和肺叶切除术而言,这类方法简单实用。

但是上述方法并不能完全解决肺结节的肺段归属定位问题,尤其对处于相邻肺段交界处的结节,普通二维CT难以鉴定结节处于哪个肺段,另外由于肺段解剖分型变异较多,经常出现优势型肺段,容积明显大于正常型,如按照常规解剖思维,容易误判肺结节的肺段归属定位。如未对结节进行准确的肺段归属,贸然实施肺段切除,可能导致错误的肺段切除,即使病灶位于标本内,这样的肺段切除与楔形切除无异。

在3D图像上,根据结节与重建的血管、支气管关系,追根索源,参照肺段血管、支气管相对固定的解剖,判断结节处于哪个肺段,还可以根据结节与重建的肺段间交界面的关系,直观、准确地判断结节的肺段归属定位。

2. 界定安全切缘和确定肺段切除方式 NCCN(2016版)[15]指南推荐意向性肺段切除术手术适应证为:直径≤2cm周围型肺癌至少满足以下一条:①原位腺癌;②CT显示≥50%的GGO成分;③放射监测体积倍增≥400天。妥协性手术适应证为:高龄、多合并症、心肺功能差,不能耐受肺叶切除。必须达到手术切缘≥2cm或大于肿瘤直径。

在3D图像上可虚拟界定肺结节的安全切缘,实现在保证肿瘤学手术要求的前提下,最小化地解剖性切除靶段。在3D-CTBA重建时,重建出肺结节,距离肺结节边缘2cm或者结节直径虚拟出一代表安全切缘的球形[8],被球形累及的所有支气管、血管即为靶段支气管、血管,术中需要离断切除,观察这些解剖结构从属于哪个或哪些肺段,行相应的肺段切除术,如:亚肺段切除、单肺段切除、扩大肺段切除和联合肺段切除等。

如能重建出肺段交界面,测量结节边缘与靶段交界面的距离,根据安全切缘的要求,判断肺段切除的方式。现有3D-CTBA技术进行血管重建效果较好,支气管重建效果影响因素较多,肺段间交界面重建难度较大,部分中心正在探索肺段间交界面重建,已初步实现[9]。

3. 靶段解剖结构的辨认和3D打印 由上述方法确定肺结节的肺段归属定位,界定安全切缘和确定肺段切除方式后,根据肺段支气管、动脉伴行于肺段内部的解剖学特征,即可在3D图像上辨认、标注出靶段支气管、动脉[8,10,16]。肺段静脉行走于段间,收集相邻肺段静脉血,是肺段的天然分界,术中需要保留,误断主要的保留段静脉可导致术后咯血。在3D图像上观察分析行走于靶段和保留段间的段间静脉(intersegmental vein)[16]和进入靶段内的段内静脉(intrasegmental vein),测量肺结节与预计保留的段间静脉的最近距离,根据安全切缘的要求,判断该段间静脉保留与否,靶段切除足够与否,调整手术方案。

国内外均有报道应用3D打印技术指导肺段切除术,将3D-CTBA重建数据输入计算机,利用3D打印机和多种打印材料可打印出3D肺血管、支气管模型[12],可直观地分析肺结节与周围解剖结构的关系,确定靶段血管、支气管和段间静脉。3D打印机和打印材料在国内容易获得,价格并不昂贵,但用于模拟和指导手术实用性并不比3D图像强。目前虚拟现实(virtual real,VR)技术发展迅速,效果远优于3D打印。

4. 术前发现解剖变异 由于肺段支气管、血管的解剖变异繁多,胸腔镜肺段切除术的技术较肺叶切除术更加精细复杂,这些变异对肺叶切除术的影响较小,而对于肺段切除术可能有决定性的影响[6]。如左上肺常见变异“纵隔型舌段动脉”,在固有段或前段切除时,如未辨认清楚,容易误断变异的舌段动脉,导致术后保留的舌段发生动脉性肺梗死。再如右上叶静脉变异:只有中心静脉(central vein,CV)、缺少单独的尖段静脉(V1),V1在尖段支气管(B1)下方汇入位于前段支气管(B3)后下方的CV,在行后段或前段切除时,如误断变异的V1,导致术后保留的尖段出现静脉性肺梗死。

术前3D图像可以清晰显示肺段的解剖结构以及肺段支气管、血管的变异[17],如能在术前发现解剖变异,在术中仔细辨认,防止误断,可提高手术的精确性和安全性。

5. 手术路径规划 我们发现在肺段切除术中,寻找一个合适的突破点,循序渐进地解剖分离段门结构,将明显提高肺段切除术的效率,对于亚段、次亚段切除寻找突破点尤为重要,错误的手术入路将导致手术失败。术前在3D图像上寻找与靶段相关的浅表解剖结构作为标志,常用的是靶段静脉,无浅表静脉的可选择较为浅表的靶段动脉,然后按照由浅入深的原则,计划切断靶段血管、支气管的先后顺序,在图像上加以标注,术中注意辨认。例如,在拟行右上肺前段、尖段的肺段切除及亚段切除时,没有必要游离整个肺门,以肺表面靶段静脉为标记,作为手术最佳切入点,根据3D图像上靶段血管与支气管的深浅关系,依次切断靶段动脉、支气管、段内静脉,保留段间静脉。术前在3D图像上进行手术路径规划,可减少组织损伤、降低手术难度、提高手术精确性。

三、3D-CTBA导航肺段切除术

1. 术中3D图像导航,实时参考 术中将载有3D图像的电脑显示屏至于术者面前,或将重建图像载入iPad[7],将iPad在无菌条件下带至手术台,动态三维翻转图像实时参考。按照手术路径规划,选择最佳手术入路,根据术前模拟手术计划,辨认靶段支气管、动脉、段内静脉,依次解剖分离,保留段间静脉。

2. 肺段血管、支气管的辨认和处理 肺段支气管及血管较细小且变异较多,需要沿支气管及血管根部尽可能向远端仔细分离,观察支气管、血管的走形分布,与3D图像标注的靶段结构进行辨认,达到点对点对应,精准离断。肺段动脉与支气管伴行,术中可以相互参照。靶段支气管辨认困难时,将已知确认的血管作为参照物,按照3D图像上血管、支气管的空间关系,一般都可以准确辨认。在处理肺段静脉时,尽可能只切断段内静脉、保留走行于靶段与邻近肺段之间的段间静脉。在段间静脉确认困难时,尽可能将靶段的各段间静脉向远端分离,在确定段间交界面后连同肺实质一并切断,避免损伤和误断[12,19]。

3. 肺段间交界面的解剖性分离 术中切断靶段动脉、支气管后,膨胀萎陷法确定脏层胸膜的段间交界线[12,19],一般等待10~15分钟,均可显示明显的段间交界面。肺段间交界面的分离方法:①电刀及超声刀切开段间交界面;②直线切割缝合器切开段间交界面;③组合使用电刀、超声刀和直线切割缝合器切开段间交界面。提起靶段支气管、血管远侧残端,沿段间静脉按照膨胀萎陷交界由肺门向肋面用电勾仔细分离段间交界面。沿途切断由段间静脉发出走向靶段内的段内静脉,保留相邻段的段内静脉,解剖性分离段间交界。当分离至所剩肋面的靶段段间肺组织厚度在1~2cm(膨胀状态)时,使用腔镜切割缝合器切割分离剩余的段间肺组织。

如果严格按照肺段间交界分离,很少发生术中及术后漏气。如术中出现分离面漏气,可使用修补材料如奈维覆盖创面,并使用生物蛋白胶喷洒在创面。

4. 安全切缘 待取出靶段标本,须切开标本测量切缘宽度,因为标本是在膨胀状态分离切除的,所以基本和模拟手术一致,如发现切缘不足,达不到安全切缘要求,须扩大手术范围或更改手术方式。严格按照术前手术计划进行的精准肺段切除术,均能确保恶性肺结节的安全切缘,但必须沿段间静脉和膨胀萎陷交界解剖性分离段间肺实质。术前应用3D图像模拟手术时,肺处于膨胀的功能状态,按照安全切缘要求设计手术方案,所以模拟手术是最小安全切缘情况下的肺段切除方式,如未能完全解剖性分离段间肺组织,可能导致靶段肺组织残留,也就是切除的靶段较模拟手术时的靶段小,从而造成切缘不足。

最近日本学者尝试在3D虚拟支气管镜导航下,进行支气管镜下肺结节安全切缘定位染色(Map技术),对确保肺结节周围安全切缘有帮助[20]。

5. 淋巴结采样 对于早期NSCLC患者,术前可以通过多种方法进行严格、精准的术前淋巴结的临床分期,但各项检查均有其局限性,敏感性、特异性均不能达到100%,由于可能存在淋巴结的微转移和跳跃转移,所以部分cT1N0术后升级为pT1N1-2。因此,NCCN指南提出术中应该常规进行纵隔(N2)、肺门(第10组)、叶间(第11组)、肺内(第12组)、段间(第13组)淋巴结采样,并送快速冷冻病理检查,行肺段切除术应确保段间、叶间、肺门、纵隔淋巴结应为阴性。一旦发现有淋巴结转移,对于拟行意向性肺段切除术的患者应该改为肺叶切除术,并行淋巴结清扫[15]。

6. 段门结构验证 靶段切除后,观察段门靶段解剖结构残端和保留段结构,与3D图像进行比较,是否和模拟手术一致,评判手术的精准程度。

四、3D导航胸腔镜解剖性肺段切除术的进展

解剖性肺段切除术的精髓为靶肺段的解剖性切除,包括靶段动脉、静脉、支气管的分别切断,保留段间静脉,段间交界的解剖性分离。解剖性切除的目的是为了完整切除靶段,并且最大程度的使保留肺段发挥功能,这充分满足肺癌手术的要求:最大限度地切除病灶,最大限度地保留肺组织,同样也是符合肺段切除术的初始目的:保护术后肺功能。

目前通用的解剖性肺段切除术的概念仅局限于靶段支气管、动脉的解剖性切除[4,21],对段间静脉的保留和肺段间交界的解剖性分离并无指导意义。肺段与肺叶的解剖关系:若干个不规则锥形结构的肺段拼接成一个肺叶,锥尖为肺段支气管,段间静脉行走于肺段间。本中心探索总结并命名一种按照锥形结构原理自肺叶中分离出肺段的方法—“锥式肺段切除术”,在3D图像导航下达到完全解剖性肺段切除。通过前期研究发现锥式肺段切除术安全可行,可精准切断靶段支气管、动脉、段内静脉,保留段间静脉,解剖性分离段间交界,达到精准的解剖性肺段切除,可确保肺癌结节的安全切缘宽度、减少切缘肺组织的重叠压榨、保持剩余肺段的几何形状。

五、3D-CTBA手术导航的局限性

虽然3D-CTBA重建支气管、血管可直观清晰地观察肺部解剖,但术前的成像与术中的实际解剖仍有差异,有时难以达到一一对应[6]。因为行术前胸部CT检查时,肺处于膨胀的正常功能状态,胸腔镜手术时一般都是单肺通气,术侧肺处于萎陷状态,两种不同状态下肺血管、支气管的走形有差异,需要经验的积累,才能准确地辨认。另外由于目前3D-CTBA重建软件的局限性,直径小于2mm的血管重建成像有困难,在3D图像上可能遗漏部分细小血管,术中出现须谨慎处理。支气管的重建成像和患者肺实质与支气管充气程度密切相关,对比度差的,支气管成像效果不佳,对手术的指导意义降低。

总结

3D-CTBA重建技术不断发展,逐渐进步,现有的重建软件基本满足手术需要,但仍存在不足,有待进一步完善。胸腔镜肺段切除术日臻成熟,应用广泛,完全解剖性切除是发展趋势。在3D重建图像指导下,可达到精准的肺段切除术,减少手术并发症、降低手术难度和缩短学习曲线,对恶性微小肺部结节的治疗中,既可实现安全切缘,又可最小化解剖性切除肺组织,有利于确保肿瘤学疗效和保留更多的健康肺组织。“锥式肺段切除术”理论是完全解剖性肺段切除术的集中体现。

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陈亮,南京医科大学第一附属医院胸外科主任,江苏省医学会胸外科分会候任主任委员,第四届中华医学会胸心血管外科学会胸腔镜学组委员,江苏省医学会胸外科分会胸腔镜学组组长。致力于早期肺癌的外科治疗,完成解剖性肺段切除术500例、肺亚段切除术140例及国际上首两例肺次亚段切除术;在国内、国际上率先提出“三维支气管血管重建(3D-CTBA)指导下精准肺段切除术”这一理念,多次在国际及国内胸外科会议上做专题报告及手术演示,致力于推广精准肺段切除术;与东软公司合作开发了国内首款DeepInsight三维支气管血管重建系统。主持编写国内第一部《全胸腔镜解剖性肺段切除术图谱》。主持或参与国家、省部级以上课题10余项;在国内外期刊发表论文20余篇,荣获科技成果奖10余项,发明专利5项。

 

来源:人民卫生出版社《临床知识》约稿
作者:陈亮,南京医科大学第一附属医院胸外科主任;吴卫兵
编辑:环球医学资讯贾朝娟
 

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