引用本文： 張欣宇, 李林倩, 李浩然, 郭強, 閆紅麗, 李靖華, 程樹杰, 李鶴飛, 張珂, 楊季紅, 武建國. 計算機輔助設計修飾3D打印模型用于早期肺癌胸腔鏡亞肺葉切除術的回顧性隊列研究. 中國胸心血管外科臨床雜志, 2024, 31(9): 1266-1273. doi: 10.7507/1007-4848.202212033 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
對于腫瘤直徑≤2 cm，實性成分比>0.5的ⅠA期肺癌患者，與傳統肺葉切除術相比，電視輔助胸腔鏡手術（video-assisted thoracoscopic surgery，VATS）亞肺葉切除術（包括肺段切除術、肺亞段切除術和聯合亞段切除術）可保留更多的肺功能，術后并發癥更少、住院時間更短[1]，其在早期肺癌治療中的應用越來越多。但術者在行VATS亞肺葉切除術時主要通過2D屏幕查看手術視野，缺乏立體視覺和觸覺反饋，常導致肺部脈管解剖關系判斷失誤。因此，術前明確需要切除的肺段及亞段的肺靜脈、規劃切除肺實質的范圍和明確可能存在的變異肺動脈走行可能對手術安全性有顯著提升。
傳統方法通常是通過患者的術前CT影像確認患者腫瘤所在區域的肺靜脈及肺動脈走行，但對于亞肺葉切除，這種方法很難掌握且不精確。目前的新方法是通過3D技術如3D重建技術和3D打印（3D printing，3DP）技術輔助術前規劃及術中操作[2-3]，讓醫生直觀了解腫瘤大小及位置。許多研究[4-8]報道了三維可視化（three-dimensional visual，3DV）和3DP模型輔助術前探查肺血管及支氣管的效果。但大多數3DV模型依然依托二維屏幕展現，缺乏立體視覺和觸覺反饋，而3DP模型又不能像3DV模型可以通過顯示、隱藏操作來突出結節以及靶段相關脈管。
計算機輔助設計（computer-aided design，CAD）是指在設計過程中借助計算機軟件或其他設備輔助設計的技術的總和，廣泛用于各個領域。這項技術能夠進行3D建模操作。因此本研究嘗試通過CAD在3DP實體模型中加入根部和穿行結構鏤空的亞肺葉分隔結構來綜合兩種模型的優勢，打印出相應的CAD修飾的3DP模型，使模型既有立體視覺和觸覺反饋又同時具備突出靶區組織結構和觀察保護相鄰脈管結構的優點，并應用于VATS亞肺葉切除術中，評價其輔助術前規劃、術中導航及醫患溝通效果。
1 資料與方法
1.1 納入、排除標準和分組
回顧性納入2021年11月—2022年8月河北大學附屬醫院胸外科收治的由同一手術組、同一主刀醫生施行亞肺葉切除術的早期肺癌患者，并根據使用的輔助工具，將患者分為3組：3DV組、3DP組和CAD-3DP組。早期肺癌的診斷標準：參照《中華醫學會肺癌臨床診療指南（2018版）》[9]：患者表現出咳嗽、咳痰、咯血癥狀或無特異性臨床表現，經胸部CT等技術證實存在明確病變部位，且TNM分期Ⅰ～Ⅱ期。
亞肺葉切除術病例納入標準：① CT顯示結節最大直徑≤2 cm；② 結節磨玻璃成分≥50%；③ 結節性質為惡性；④ 不限年齡、性別；⑤ 術前通過CT或磁共振成像明確診斷排除遠處轉移，常規心肺功能評估排除手術禁忌；⑥ 結節倍增時間≥400 d，病理為原位腺癌或微浸潤性腺癌；⑦ 未行新輔助化療或放療。排除標準：① 心肺功能較差或合并其他嚴重疾病不能耐受手術；② 胸膜廣泛轉移，廣泛胸膜粘連。
1.2 術前3D重建及3D打印
3組患者術前常規行薄層CT血管成像，獲得CT影像資料。3DV組術前使用Mimics 23.0及3-matic 15.0軟件（Materialise公司，比利時）將患者的CT掃描圖像重建為包含肺實質、支氣管、肺動脈、肺靜脈、腫瘤的3DV模型，并進行術前規劃。3DP組和CAD-3DP組均先按3DV組的步驟得到3DV模型，CAD-3DP組還通過mimics軟件中的“cut through points”，依照各亞段肺動脈末端以曲面分隔的方法確定亞段間準確邊界，在3DV模型基礎上加入CAD的根部和穿行結構鏤空的亞肺葉分隔結構。然后將STL格式的兩組3DV模型導入VoxelDance Additive 3.0預處理軟件（VoxelDance公司，中國），在檢查和修復后，最后導入J401Pro型號3D打印機（珠海塞納科技有限公司，中國），分別打印出3DP模型和CAD修飾的3DP模型；見圖1。
圖1
模型示意圖
a：3DV模型；b：3DP模型；c：CAD-3DP模型；實體模型肺實質由透明光敏樹脂制成，支氣管為黃色，肺動脈為藍色，肺靜脈為紅色，結節為綠色，CAD-3DP模型的亞肺葉間分隔結構為白色半透明；3DV：三維可視化；3DP：三維打印；CAD：計算機輔助設計
1.3 術前規劃和術前談話
術者主要通過上述3種輔助工具確認結節位置及其周圍的肺動脈和肺靜脈，同時測量結節到段間、亞段間靜脈的距離，在保證安全手術切緣的情況下，選擇能保留更多正常肺組織、對患者預后更好的手術方案，并向患者及家屬詳細講述手術方案，溝通病情，解答疑問。
1.4 手術方法
所有患者均采用靜脈全身麻醉下雙腔氣管插管，健側臥位，單肺通氣。首先打開臟層胸膜，解剖葉間裂，然后逐一游離并識別靶區肺動脈和肺靜脈，用腔鏡切割吻合器釘合離斷。靶區支氣管分支同樣予以腔鏡切割吻合器閉合離斷。使用膨脹萎陷法確定段間及亞段間邊界，然后與輔助手術的模型比較以驗證切除范圍是否達標，驗證后再以腔鏡切割吻合器離斷段間及亞段間平面。整個手術過程中3組分別使用3DV模型、3DP模型和CAD修飾的3DP模型輔助術中導航。切取標本，冰凍送檢術中快速病理。淋巴結采樣，若病理結果為陽性，行系統性淋巴結清掃。留置胸腔引流管行閉式引流。
1.5 主要觀察指標
收集圍術期指標如手術時間、術中出血量、胸腔引流管留置時間、總引流量、術后住院時間以及并發癥等。
收集4名手術組醫生對3種工具輔助亞肺葉切除術的主觀評價，包含術前規劃的直觀性、難易度和效率，術中導航的有效性和實用性，術前談話溝通的難易度以及整體滿意度。同時收集患者及家屬對3種工具的主觀評價，包含輔助理解病情和手術的效果，如腫瘤位置、大小和周圍脈管，手術步驟和方案選擇，術后并發癥等，以及整體滿意度。評分均采用5分李克特量表法，1～5分分別代表非常不滿意、不滿意、一般、滿意、非常滿意。
1.6 統計學分析
采用SPSS 23.0軟件進行統計學分析。服從正態分布的計量資料以均數±標準差（
±s）描述，組間比較采用單因素方差分析；計數資料采用頻數描述，組間比較采用
2檢驗。主觀評價評分采用Kruskal-Wallis H檢驗。檢驗水準α=0.05。
1.7 倫理審查
本研究經河北大學附屬醫院倫理委員會批準（HDFY-LL-2022-146），納入的患者及家屬對本研究知曉并簽署知情同意書。
2 結果
2.1 患者一般資料比較
本研究共納入22例患者，其中男5例、女17例，年齡32～77（56.95±12.50）歲。3DV組9例，3DP組6例，CAD-3DP組7例。3組患者在性別、年齡、結節直徑、吸煙史、合并癥（高血壓、糖尿病等）等方面差異無統計學意義（P>0.05）；見表1。亞肺葉切除的手術部位及數量見表2。
表1
3組患者的一般資料比較（例/
）
表2
3組患者手術部位（例）
2.2 圍術期資料比較
3組患者手術時間、術中出血量、術后第1 d引流量、總引流量、胸腔引流管留置時間、住院時間、術后并發癥差異均無統計學意義（P>0.05），3組均無中轉開胸病例；見表3。
表3
3組患者的圍術期指標比較（例/
）
2.3 主觀評價比較
2.3.1 術者主觀評價比較
CAD-3DP組在術前規劃效率（P=0.025）、直觀性（P=0.045）和醫患溝通難易度（P=0.034）方面優于3DV組；在整體滿意度（P=0.023）、術前規劃難易度（P=0.046）和效率（P=0.014）方面優于3DP組；3DV組在術中導航有效性（P=0.042）和實用性（P=0.017）方面優于3DP組；見表4～5。
表4
4名術者對3種輔助工具主觀評價的比較（
）
表5
4名術者對3種輔助工具主觀評價的兩組間比較
2.3.2 患者及家屬主觀評價比較
在幫助了解腫瘤位置方面，3組差異無統計學意義（P=0.762）。CAD-3DP組在幫助了解腫瘤周圍脈管（P=0.016）、手術步驟（P=0.020）、方案選擇（P=0.029）和整體滿意度（P=0.048）方面優于3DP組；在幫助了解腫瘤大小（P=0.038）方面優于3DV組；3DV組在幫助了解腫瘤周圍脈管（P=0.035）和術后并發癥（P=0.012）方面優于3DP組；見表6～7。
表6
患者及家屬對3種輔助工具主觀評價的比較（
）
表7
患者及家屬對3種輔助工具主觀評價的兩組間比較
3 討論
既往治療早期肺癌的標準術式是肺葉切除+淋巴結清掃[10]。但目前許多研究[11-13]表明，對于結節直徑<2 cm的非小細胞肺癌來說，亞肺葉切除術和肺葉切除術的總生存率和術后并發癥發生率差異無統計學意義。因而越來越多的早期肺癌患者選擇VATS亞肺葉切除術。
術前計劃是手術成功的重要保證，其可幫助降低手術風險并縮短手術室停留時間[14]。Meta分析[15]顯示，術前3D肺模擬在失血量、手術時間、術后住院時間和并發癥方面可以獲得更好的術中和術后結果。而Liu等[16]的研究表明，對于經驗豐富的外科醫生來說，3DP技術用于制定術前計劃在VATS肺段切除術中具有相當優秀的效果，術前3DP模擬評估肺血管和支氣管分支模式有利于VATS肺段切除術安全高效地進行。因此本研究中我們將3DV模型、3DP模型及重新優化設計的CAD-3DP模型用于輔助術前規劃，并收集術者對3種模型的主觀評價來評估3種模型對術前規劃的輔助效果，以觀察優化設計后的3DP模型對手術的提升作用。結果顯示，CAD-3DP組在術前規劃難易度和效率上優于3DP組。主要原因是CAD-3DP模型具有根部和亞段間穿行結構鏤空的亞肺葉分隔結構，可以直接觀察到腫瘤及其周圍脈管與各亞肺葉的位置關系，很容易就能看出需要切除哪些肺動脈、肺靜脈、肺組織以及如何切除，解決了亞肺葉切除術手術部位動靜脈、支氣管及亞肺葉分界判斷的手術難點。同時，通過CAD設計鏤空的段間、亞段間分隔結構可以便捷地觀察靶區相鄰肺組織中需要保留的脈管結構。因此CAD-3DP模型既突出了切除靶區結構，又兼顧了觀察保留相鄰脈管結構的功能，在術前規劃難易度和效率上優于3DP組。CAD-3DP組在術前規劃效率和直觀性上優于3DV組，而3DV組在術前規劃難易度指標上不低于CAD-3DP組，我們推斷可能是由于3DV模型雖然沒有亞肺葉分隔結構，但它可通過隱藏、放大、調節透明度等一系列操作突出腫瘤所在亞肺葉的解剖結構，這樣也能達到與加入亞肺葉分隔結構類似的效果。但3DV模型的這些操作有一定難度，需要助手分步操作演示，因此術前規劃效率低于CAD-3DP模型；同時CAD-3DP模型為實體模型，其規劃時直觀性比需要通過二維屏幕顯示的3DV模型要好。
在VATS術中定位和精確切除肺結節并不容易，傳統的定位方法是CT引導下鉤線穿刺定位，CT引導下經皮穿刺注射染色劑定位在臨床上應用也較多，但注射劑量需要控制，過多會造成熒光在胸腔內彌散進而影響定位，過少則無法定位[17]。Chen等[18]的研究表明，3D重建和3DP技術重建肺腫瘤和解剖肺模型有助于外科醫生更準確地定位結節，提高準確性和安全性。因此本研究將3DV和3DP技術應用于術中導航，輔助定位結節。我們發現，3DV術中導航實用性優于3DP和CAD-3DP。通過對術中情況的進一步分析，我們認為，CAD-3DP模型和3DV模型雖然都可以突出顯示手術切除部位，但術中主刀醫師專注于手術，沒有時間通過觸摸審視CAD-3DP實體模型來輔助術中導航，因此不能展現實體模型觸覺反饋的獨特優勢。而通過大型二維屏幕在手術臺前直接展示的3DV模型反而使術者在手術中更容易準確識別靶區血管及支氣管分支，因此更受術者青睞。
盡管術者對CAD-3DP模型輔助術前規劃和術中導航的總體評價較高，但3組的圍術期指標如手術時間、術中出血量、術后第1 d引流量、總引流量、胸腔引流管留置時間、住院時間等差異均無統計學意義。我們認為這可能是由于22例手術大多為簡單節段切除術（如S6段、左肺S1+2段等），不需要過多的規劃和技巧，體現不出3種模型的優劣，同時各組病例數過少，導致相關指標數據比較結果可信度不足。我們將繼續收集符合納入標準的病例數據。但從本研究結果可以看出，3組均無患者因術中血管損傷行中轉開胸或因切緣不足行擴大切除或肺葉切除。這說明3D技術確實可以減少或避免血管或組織的意外損傷，準確規劃手術范圍。
此外，有研究[19]表明，使用3DP模型進行術前談話能讓患者更好地了解手術過程和手術風險，在一定程度上有助于降低醫患沖突風險。而本研究發現，在醫患溝通難易度方面，CAD-3DP組與3DP組、3DP組與3DV組間差異無統計學意義（P>0.05），但CAD-3DP組優于3DV組（P=0.034）。同時CAD-3DP組和3DP組的評分高于3DV組。這說明術者認為在與患者及家屬的術前談話中，CAD-3DP、3DP實體模型的溝通效果比3DV數字模型更好。我們認為這主要是由于患者及家屬普遍不具備醫學專業知識，對于有實體的CAD-3DP和3DP模型接受度較高，溝通更容易。
進一步研究患者及家屬對3種工具的主觀評價發現，在幫助了解腫瘤大小方面，3DP模型和CAD-3DP模型差異無統計學意義，但均優于3DV模型。而在幫助了解腫瘤周圍脈管方面，3DV模型與CAD-3DP模型差異無統計學意義，且均優于3DP模型。雖然3種模型的腫瘤位置都很明顯，但3DP模型和CAD-3DP模型是實體模型，更能直觀地展現腫瘤大小，而想要更好地向患者及家屬講解腫瘤所在肺段及周圍脈管，有亞肺葉鏤空分隔的CAD-3DP模型和能夠隱藏其余結構突出手術靶區的3DV模型顯著優于普通3DP模型。在幫助患者及家屬了解手術相關信息方面，CAD-3DP組與3DV組、3DV組與3DP組間的幫助了解手術步驟和方案選擇得分差異無統計學意義，CAD-3DP組優于3DP組。但在幫助了解術后并發癥上，3DV組與CAD-3DP組、CAD-3DP組與3DP組間差異無統計學意義，3DV組優于3DP組。雖然這3項手術相關主觀評價組間比較上大多數差異不明顯，難以看出3種模型的優劣，但從主觀評價評分可以發現，患者和家屬對CAD-3DP模型輔助了解手術步驟和方案選擇最滿意，3DV模型次之，3DP模型最差；在幫助了解術后并發癥方面，最滿意的則是3DV模型，CAD-3DP模型次之，3DP模型最差。我們認為這是由于CAD-3DP模型既具備3DV模型缺乏的真實感，又擁有清晰的亞肺葉邊界，為定位手術目標區域提供了實質性幫助，更容易讓患者及其家屬明白應該切除哪里以及怎樣切除；而3DV模型則能通過操作來展示什么情況下會出現哪種并發癥，比如隱去支氣管只留下肺動脈和肺靜脈來展示哪些血管損傷可能導致術后出現咯血。
關于術者和患者對這3種模型輔助效果的整體滿意度，CAD-3DP模型最令術者滿意，3DV模型次之，3DP模型最差。患者及家屬同樣認為CAD-3DP模型最令人滿意，3DV模型次之，3DP模型最差。這說明術者認同CAD-3DP模型在術前規劃和術中導航的效果，患者及家屬對CAD-3DP模型也比較滿意。
綜上所述，本研究提示，與3DV模型及普通3DP模型相比，CAD修飾的3DP模型輔助VATS亞肺葉切除術在術前規劃、術中導航、醫患溝通方面均有一定優勢。因此，使用CAD修飾的3DP模型輔助VATS亞肺葉切除術對醫生和患者來說都有意義，有一定的臨床應用價值。
利益沖突：無。
作者貢獻：張欣宇負責論文設計、初稿撰寫；李林倩、李浩然、郭強、楊季紅負責論文數據篩選、收集和分析；閆紅麗、李靖華、程樹杰、李鶴飛負責論文修改；張珂、武建國負責論文審閱。
對于腫瘤直徑≤2 cm，實性成分比>0.5的ⅠA期肺癌患者，與傳統肺葉切除術相比，電視輔助胸腔鏡手術（video-assisted thoracoscopic surgery，VATS）亞肺葉切除術（包括肺段切除術、肺亞段切除術和聯合亞段切除術）可保留更多的肺功能，術后并發癥更少、住院時間更短[1]，其在早期肺癌治療中的應用越來越多。但術者在行VATS亞肺葉切除術時主要通過2D屏幕查看手術視野，缺乏立體視覺和觸覺反饋，常導致肺部脈管解剖關系判斷失誤。因此，術前明確需要切除的肺段及亞段的肺靜脈、規劃切除肺實質的范圍和明確可能存在的變異肺動脈走行可能對手術安全性有顯著提升。
傳統方法通常是通過患者的術前CT影像確認患者腫瘤所在區域的肺靜脈及肺動脈走行，但對于亞肺葉切除，這種方法很難掌握且不精確。目前的新方法是通過3D技術如3D重建技術和3D打印（3D printing，3DP）技術輔助術前規劃及術中操作[2-3]，讓醫生直觀了解腫瘤大小及位置。許多研究[4-8]報道了三維可視化（three-dimensional visual，3DV）和3DP模型輔助術前探查肺血管及支氣管的效果。但大多數3DV模型依然依托二維屏幕展現，缺乏立體視覺和觸覺反饋，而3DP模型又不能像3DV模型可以通過顯示、隱藏操作來突出結節以及靶段相關脈管。
計算機輔助設計（computer-aided design，CAD）是指在設計過程中借助計算機軟件或其他設備輔助設計的技術的總和，廣泛用于各個領域。這項技術能夠進行3D建模操作。因此本研究嘗試通過CAD在3DP實體模型中加入根部和穿行結構鏤空的亞肺葉分隔結構來綜合兩種模型的優勢，打印出相應的CAD修飾的3DP模型，使模型既有立體視覺和觸覺反饋又同時具備突出靶區組織結構和觀察保護相鄰脈管結構的優點，并應用于VATS亞肺葉切除術中，評價其輔助術前規劃、術中導航及醫患溝通效果。
1 資料與方法
1.1 納入、排除標準和分組
回顧性納入2021年11月—2022年8月河北大學附屬醫院胸外科收治的由同一手術組、同一主刀醫生施行亞肺葉切除術的早期肺癌患者，并根據使用的輔助工具，將患者分為3組：3DV組、3DP組和CAD-3DP組。早期肺癌的診斷標準：參照《中華醫學會肺癌臨床診療指南（2018版）》[9]：患者表現出咳嗽、咳痰、咯血癥狀或無特異性臨床表現，經胸部CT等技術證實存在明確病變部位，且TNM分期Ⅰ～Ⅱ期。
亞肺葉切除術病例納入標準：① CT顯示結節最大直徑≤2 cm；② 結節磨玻璃成分≥50%；③ 結節性質為惡性；④ 不限年齡、性別；⑤ 術前通過CT或磁共振成像明確診斷排除遠處轉移，常規心肺功能評估排除手術禁忌；⑥ 結節倍增時間≥400 d，病理為原位腺癌或微浸潤性腺癌；⑦ 未行新輔助化療或放療。排除標準：① 心肺功能較差或合并其他嚴重疾病不能耐受手術；② 胸膜廣泛轉移，廣泛胸膜粘連。
1.2 術前3D重建及3D打印
3組患者術前常規行薄層CT血管成像，獲得CT影像資料。3DV組術前使用Mimics 23.0及3-matic 15.0軟件（Materialise公司，比利時）將患者的CT掃描圖像重建為包含肺實質、支氣管、肺動脈、肺靜脈、腫瘤的3DV模型，并進行術前規劃。3DP組和CAD-3DP組均先按3DV組的步驟得到3DV模型，CAD-3DP組還通過mimics軟件中的“cut through points”，依照各亞段肺動脈末端以曲面分隔的方法確定亞段間準確邊界，在3DV模型基礎上加入CAD的根部和穿行結構鏤空的亞肺葉分隔結構。然后將STL格式的兩組3DV模型導入VoxelDance Additive 3.0預處理軟件（VoxelDance公司，中國），在檢查和修復后，最后導入J401Pro型號3D打印機（珠海塞納科技有限公司，中國），分別打印出3DP模型和CAD修飾的3DP模型；見圖1。
圖1
模型示意圖
a：3DV模型；b：3DP模型；c：CAD-3DP模型；實體模型肺實質由透明光敏樹脂制成，支氣管為黃色，肺動脈為藍色，肺靜脈為紅色，結節為綠色，CAD-3DP模型的亞肺葉間分隔結構為白色半透明；3DV：三維可視化；3DP：三維打印；CAD：計算機輔助設計
1.3 術前規劃和術前談話
術者主要通過上述3種輔助工具確認結節位置及其周圍的肺動脈和肺靜脈，同時測量結節到段間、亞段間靜脈的距離，在保證安全手術切緣的情況下，選擇能保留更多正常肺組織、對患者預后更好的手術方案，并向患者及家屬詳細講述手術方案，溝通病情，解答疑問。
1.4 手術方法
所有患者均采用靜脈全身麻醉下雙腔氣管插管，健側臥位，單肺通氣。首先打開臟層胸膜，解剖葉間裂，然后逐一游離并識別靶區肺動脈和肺靜脈，用腔鏡切割吻合器釘合離斷。靶區支氣管分支同樣予以腔鏡切割吻合器閉合離斷。使用膨脹萎陷法確定段間及亞段間邊界，然后與輔助手術的模型比較以驗證切除范圍是否達標，驗證后再以腔鏡切割吻合器離斷段間及亞段間平面。整個手術過程中3組分別使用3DV模型、3DP模型和CAD修飾的3DP模型輔助術中導航。切取標本，冰凍送檢術中快速病理。淋巴結采樣，若病理結果為陽性，行系統性淋巴結清掃。留置胸腔引流管行閉式引流。
1.5 主要觀察指標
收集圍術期指標如手術時間、術中出血量、胸腔引流管留置時間、總引流量、術后住院時間以及并發癥等。
收集4名手術組醫生對3種工具輔助亞肺葉切除術的主觀評價，包含術前規劃的直觀性、難易度和效率，術中導航的有效性和實用性，術前談話溝通的難易度以及整體滿意度。同時收集患者及家屬對3種工具的主觀評價，包含輔助理解病情和手術的效果，如腫瘤位置、大小和周圍脈管，手術步驟和方案選擇，術后并發癥等，以及整體滿意度。評分均采用5分李克特量表法，1～5分分別代表非常不滿意、不滿意、一般、滿意、非常滿意。
1.6 統計學分析
采用SPSS 23.0軟件進行統計學分析。服從正態分布的計量資料以均數±標準差（±s）描述，組間比較采用單因素方差分析；計數資料采用頻數描述，組間比較采用2檢驗。主觀評價評分采用Kruskal-Wallis H檢驗。檢驗水準α=0.05。
1.7 倫理審查
本研究經河北大學附屬醫院倫理委員會批準（HDFY-LL-2022-146），納入的患者及家屬對本研究知曉并簽署知情同意書。
2 結果
2.1 患者一般資料比較
本研究共納入22例患者，其中男5例、女17例，年齡32～77（56.95±12.50）歲。3DV組9例，3DP組6例，CAD-3DP組7例。3組患者在性別、年齡、結節直徑、吸煙史、合并癥（高血壓、糖尿病等）等方面差異無統計學意義（P>0.05）；見表1。亞肺葉切除的手術部位及數量見表2。
表1
3組患者的一般資料比較（例/）
表2
3組患者手術部位（例）
2.2 圍術期資料比較
3組患者手術時間、術中出血量、術后第1 d引流量、總引流量、胸腔引流管留置時間、住院時間、術后并發癥差異均無統計學意義（P>0.05），3組均無中轉開胸病例；見表3。
表3
3組患者的圍術期指標比較（例/）
2.3 主觀評價比較
2.3.1 術者主觀評價比較
CAD-3DP組在術前規劃效率（P=0.025）、直觀性（P=0.045）和醫患溝通難易度（P=0.034）方面優于3DV組；在整體滿意度（P=0.023）、術前規劃難易度（P=0.046）和效率（P=0.014）方面優于3DP組；3DV組在術中導航有效性（P=0.042）和實用性（P=0.017）方面優于3DP組；見表4～5。
表4
4名術者對3種輔助工具主觀評價的比較（）
表5
4名術者對3種輔助工具主觀評價的兩組間比較
2.3.2 患者及家屬主觀評價比較
在幫助了解腫瘤位置方面，3組差異無統計學意義（P=0.762）。CAD-3DP組在幫助了解腫瘤周圍脈管（P=0.016）、手術步驟（P=0.020）、方案選擇（P=0.029）和整體滿意度（P=0.048）方面優于3DP組；在幫助了解腫瘤大小（P=0.038）方面優于3DV組；3DV組在幫助了解腫瘤周圍脈管（P=0.035）和術后并發癥（P=0.012）方面優于3DP組；見表6～7。
表6
患者及家屬對3種輔助工具主觀評價的比較（）
表7
患者及家屬對3種輔助工具主觀評價的兩組間比較
3 討論
既往治療早期肺癌的標準術式是肺葉切除+淋巴結清掃[10]。但目前許多研究[11-13]表明，對于結節直徑<2 cm的非小細胞肺癌來說，亞肺葉切除術和肺葉切除術的總生存率和術后并發癥發生率差異無統計學意義。因而越來越多的早期肺癌患者選擇VATS亞肺葉切除術。
術前計劃是手術成功的重要保證，其可幫助降低手術風險并縮短手術室停留時間[14]。Meta分析[15]顯示，術前3D肺模擬在失血量、手術時間、術后住院時間和并發癥方面可以獲得更好的術中和術后結果。而Liu等[16]的研究表明，對于經驗豐富的外科醫生來說，3DP技術用于制定術前計劃在VATS肺段切除術中具有相當優秀的效果，術前3DP模擬評估肺血管和支氣管分支模式有利于VATS肺段切除術安全高效地進行。因此本研究中我們將3DV模型、3DP模型及重新優化設計的CAD-3DP模型用于輔助術前規劃，并收集術者對3種模型的主觀評價來評估3種模型對術前規劃的輔助效果，以觀察優化設計后的3DP模型對手術的提升作用。結果顯示，CAD-3DP組在術前規劃難易度和效率上優于3DP組。主要原因是CAD-3DP模型具有根部和亞段間穿行結構鏤空的亞肺葉分隔結構，可以直接觀察到腫瘤及其周圍脈管與各亞肺葉的位置關系，很容易就能看出需要切除哪些肺動脈、肺靜脈、肺組織以及如何切除，解決了亞肺葉切除術手術部位動靜脈、支氣管及亞肺葉分界判斷的手術難點。同時，通過CAD設計鏤空的段間、亞段間分隔結構可以便捷地觀察靶區相鄰肺組織中需要保留的脈管結構。因此CAD-3DP模型既突出了切除靶區結構，又兼顧了觀察保留相鄰脈管結構的功能，在術前規劃難易度和效率上優于3DP組。CAD-3DP組在術前規劃效率和直觀性上優于3DV組，而3DV組在術前規劃難易度指標上不低于CAD-3DP組，我們推斷可能是由于3DV模型雖然沒有亞肺葉分隔結構，但它可通過隱藏、放大、調節透明度等一系列操作突出腫瘤所在亞肺葉的解剖結構，這樣也能達到與加入亞肺葉分隔結構類似的效果。但3DV模型的這些操作有一定難度，需要助手分步操作演示，因此術前規劃效率低于CAD-3DP模型；同時CAD-3DP模型為實體模型，其規劃時直觀性比需要通過二維屏幕顯示的3DV模型要好。
在VATS術中定位和精確切除肺結節并不容易，傳統的定位方法是CT引導下鉤線穿刺定位，CT引導下經皮穿刺注射染色劑定位在臨床上應用也較多，但注射劑量需要控制，過多會造成熒光在胸腔內彌散進而影響定位，過少則無法定位[17]。Chen等[18]的研究表明，3D重建和3DP技術重建肺腫瘤和解剖肺模型有助于外科醫生更準確地定位結節，提高準確性和安全性。因此本研究將3DV和3DP技術應用于術中導航，輔助定位結節。我們發現，3DV術中導航實用性優于3DP和CAD-3DP。通過對術中情況的進一步分析，我們認為，CAD-3DP模型和3DV模型雖然都可以突出顯示手術切除部位，但術中主刀醫師專注于手術，沒有時間通過觸摸審視CAD-3DP實體模型來輔助術中導航，因此不能展現實體模型觸覺反饋的獨特優勢。而通過大型二維屏幕在手術臺前直接展示的3DV模型反而使術者在手術中更容易準確識別靶區血管及支氣管分支，因此更受術者青睞。
盡管術者對CAD-3DP模型輔助術前規劃和術中導航的總體評價較高，但3組的圍術期指標如手術時間、術中出血量、術后第1 d引流量、總引流量、胸腔引流管留置時間、住院時間等差異均無統計學意義。我們認為這可能是由于22例手術大多為簡單節段切除術（如S6段、左肺S1+2段等），不需要過多的規劃和技巧，體現不出3種模型的優劣，同時各組病例數過少，導致相關指標數據比較結果可信度不足。我們將繼續收集符合納入標準的病例數據。但從本研究結果可以看出，3組均無患者因術中血管損傷行中轉開胸或因切緣不足行擴大切除或肺葉切除。這說明3D技術確實可以減少或避免血管或組織的意外損傷，準確規劃手術范圍。
此外，有研究[19]表明，使用3DP模型進行術前談話能讓患者更好地了解手術過程和手術風險，在一定程度上有助于降低醫患沖突風險。而本研究發現，在醫患溝通難易度方面，CAD-3DP組與3DP組、3DP組與3DV組間差異無統計學意義（P>0.05），但CAD-3DP組優于3DV組（P=0.034）。同時CAD-3DP組和3DP組的評分高于3DV組。這說明術者認為在與患者及家屬的術前談話中，CAD-3DP、3DP實體模型的溝通效果比3DV數字模型更好。我們認為這主要是由于患者及家屬普遍不具備醫學專業知識，對于有實體的CAD-3DP和3DP模型接受度較高，溝通更容易。
進一步研究患者及家屬對3種工具的主觀評價發現，在幫助了解腫瘤大小方面，3DP模型和CAD-3DP模型差異無統計學意義，但均優于3DV模型。而在幫助了解腫瘤周圍脈管方面，3DV模型與CAD-3DP模型差異無統計學意義，且均優于3DP模型。雖然3種模型的腫瘤位置都很明顯，但3DP模型和CAD-3DP模型是實體模型，更能直觀地展現腫瘤大小，而想要更好地向患者及家屬講解腫瘤所在肺段及周圍脈管，有亞肺葉鏤空分隔的CAD-3DP模型和能夠隱藏其余結構突出手術靶區的3DV模型顯著優于普通3DP模型。在幫助患者及家屬了解手術相關信息方面，CAD-3DP組與3DV組、3DV組與3DP組間的幫助了解手術步驟和方案選擇得分差異無統計學意義，CAD-3DP組優于3DP組。但在幫助了解術后并發癥上，3DV組與CAD-3DP組、CAD-3DP組與3DP組間差異無統計學意義，3DV組優于3DP組。雖然這3項手術相關主觀評價組間比較上大多數差異不明顯，難以看出3種模型的優劣，但從主觀評價評分可以發現，患者和家屬對CAD-3DP模型輔助了解手術步驟和方案選擇最滿意，3DV模型次之，3DP模型最差；在幫助了解術后并發癥方面，最滿意的則是3DV模型，CAD-3DP模型次之，3DP模型最差。我們認為這是由于CAD-3DP模型既具備3DV模型缺乏的真實感，又擁有清晰的亞肺葉邊界，為定位手術目標區域提供了實質性幫助，更容易讓患者及其家屬明白應該切除哪里以及怎樣切除；而3DV模型則能通過操作來展示什么情況下會出現哪種并發癥，比如隱去支氣管只留下肺動脈和肺靜脈來展示哪些血管損傷可能導致術后出現咯血。
關于術者和患者對這3種模型輔助效果的整體滿意度，CAD-3DP模型最令術者滿意，3DV模型次之，3DP模型最差。患者及家屬同樣認為CAD-3DP模型最令人滿意，3DV模型次之，3DP模型最差。這說明術者認同CAD-3DP模型在術前規劃和術中導航的效果，患者及家屬對CAD-3DP模型也比較滿意。
綜上所述，本研究提示，與3DV模型及普通3DP模型相比，CAD修飾的3DP模型輔助VATS亞肺葉切除術在術前規劃、術中導航、醫患溝通方面均有一定優勢。因此，使用CAD修飾的3DP模型輔助VATS亞肺葉切除術對醫生和患者來說都有意義，有一定的臨床應用價值。
利益沖突：無。
作者貢獻：張欣宇負責論文設計、初稿撰寫；李林倩、李浩然、郭強、楊季紅負責論文數據篩選、收集和分析；閆紅麗、李靖華、程樹杰、李鶴飛負責論文修改；張珂、武建國負責論文審閱。
