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肺癌小结节定位新技术:3D立体打印辅助定位

来源:肺癌前沿

肺癌小结节定位新技术:3D立体打印辅助定位

如今随着肺癌早期筛查的大范围普及,肺小结节在临床上变得越来越常见,早期手术治疗,是这类患者的首选。然而小结节在术中通过单纯触摸难以准确定位,因此,针对小结节的定位技术的需求是非常迫切的。为此,上海市肺科医院陈昶教授团队最近在Thoracic 上发表了一项利用3D立体打印技术辅助定位的初步研究。自Hideo Kodama 1981年发明3D打印技术后,在医学领域应用广泛。基于此,陈昶教授团队的研究是通过软件行肺部及定位模板重建后利用3D打印技术打印定位模板行肺部小结节经皮穿刺hookwire定位。

模板的设计以及打印

获得患者知情同意后,下载医院影像数据库里面相关患者的CT数据(层厚<1.5mm),利用Bio3D软件处理行胸腔三维重建,并在胸腔立体结构中标注出小结节位置。基于这个3D模型,进一步利用计算机辅助设计软件标注相关解剖标志及设计定位模板,并确保模板可正确的摆放在患者胸壁上。设计完成后,利用FS251P 打印机和尼龙将模型打印出来。此过程中,设计需要大约1小时,打印需要4-6小时,花费为80-100美元。

肺癌小结节定位新技术:3D立体打印辅助定位

实验人群

作者收集了自2016-7-1至2016-9-30因外周型小结节需要行VATS楔形切除术并符合标准的患者。入组标准为:(1)结节最大径小于20mm;(2)如果结节是完全实性的话,结节边缘距离肺表面的最短距离需要大于10mm;(3)为排除骨性结构对经皮穿刺定位的干扰,小结节不能位于肩胛骨与肺重叠区域;(4)为保证安全切除,结节的内援与肺主要动静脉的距离必须大于2cm。

定位方法

手术当天,定位于CT室进行,患者体位正确后,通过辨别相关解剖标志,按之前计划将定位模板正确放置患者胸壁上并通过胶带固定防止滑脱。

肺癌小结节定位新技术:3D立体打印辅助定位

上述步骤完成后,行第一次胸部CT平扫,于进针点朝肺表面方向做一条虚拟线,通过测量该线与结节的距离进行评估3D模板定位法的准确性。基于以前的定位经验,如果误差距离小于20mm,我们认为定位是成功的,然后在局麻下行经皮穿刺并放置hookwire。反之,如果大于20mm,我们认为3D模板定位法失败并按常规行CT引导下hookwire定位。

肺癌小结节定位新技术:3D立体打印辅助定位

定位完成后,行第二次胸部CT平扫以确认最终定位位置以及检查有无气胸和出血,同时,记录下整个操作的时间。(时间为从患者躺到CT扫描机床上开始至第二次CT平扫结束)

肺癌小结节定位新技术:3D立体打印辅助定位

结果

从2016年7月至2016年9月,一共22位患者入组。其中,6位患者因为具有相关手术禁忌症(n=1)、遗失定位模板(n=2)或者手术计划改变(n=3)等原因出组。最终,16位患者总计18个结节进行了3D模板导航定位下的肺楔形切除术。

基线对比方面患者性别比例相差不大,男性患者占44%。中位年龄为57岁,中位BMI指数为22.7(18.0-26.3mm).结节以纯磨玻璃结节为主(12/18)。中位结节最大径为11mm(6-16mm),结节距离肺表面最短距离的中位值是11.5mm(0-29mm)。

肺癌小结节定位新技术:3D立体打印辅助定位

所有结节均定位成功,定位操作时间的中位值是13分钟(10-16分钟),定位误差的中位值是10mm(5-20mm)。其中,BMI指数对定位误差的影响没有统计学意义(Spreaman r=0.07,P= .82)。然后,将中上肺叶的结节定位误差与下肺叶结节的定位误差进行分组比较,影响亦是没有统计学意义(P=0.49)。在定位相关并发症方面,只有两例CT发现的无症状气胸,其余并发症没有。

转入手术室后手术顺利,术中冰冻提示所有的结节的切缘是足够的。术后,18个结节的病理结果分别为非典型腺瘤样增生(n=2)、原位腺癌(n=7)、微浸润腺癌(n=2)、浸润性腺癌(n=3)以及良性结节(n=4)。

小结

如今,肺部小结节行楔形切除术最大的挑战在于定位,特别是那些在肺表面上无胸膜凹陷的结节。往往术中外科医生需要花费相当长的时间去触摸定位小结节,定位失败后往往会导致非计划性的肺段切除、肺叶切除或者中转开胸。根据Suzuki教授的研究结果提示,对于最大径小于10mm且距离肺表面距离大于10mm的结节,无任何定位方法辅助的情况下,VATS术中找到小结节的可能性为0。

因此,各种定位方法如今层出不穷,但传统定位方法各有利弊,目前术前美蓝定位及hookwire定位是应用最为普遍的,尽管定位准确率高,但却有着术前准备复杂化,占用CT室资源,增加患者辐射,潜在气胸血胸等弊端作者所设计的利用3D打印技术的3D模板导航定位法,定位过程简单,效率高,让术前准备简单化。虽然在初步研究中是在CT室完成定位,但随着进一步的研究证明其安全性及准确率后,完全可以在手术室完成定位步骤。

在研究中,研究者们为了准确评估该定位方法的准确性及有效性,所有步骤在CT监督下完成。整个过程只需要进行两次CT扫描及一次细针穿刺,和传统方法的多次CT照射及多次穿刺相比,有效减低患者的辐射量及痛苦。同时,通过CT影像精确测量分析定位误差,这也是第一篇文献报道测量记录定位点与结节中心距离的研究,可以更加直观的显示出定位的精确度。

在研究过程中,研究者们发现有一些因素会影响到定位的精确性。其中最显著的就是患者的呼吸运动。在定位过程中,随着呼吸的变化,实际上与结节相关的胸壁上的准确定位点也是变动的,特别当结节位于下叶的时候。为了减小呼吸造成的误差,定位操作医生是在患者深吸气室行定位穿刺。研究者们认为即使进行了上述步骤减少误差,但是下叶的定位准确度是不如上中叶的。最终对比结果提示没有统计学意义可能是因为这仅仅是一个小样本量。

另一个影响定位准确性的因素是解剖标志的选择,解剖标志关系到定位模板在胸壁上的放置情况。模板设计时是以契合胸廓为标准设计,但因为人类皮肤的复杂性,在实际操作的时候,模板并不能完全契合到患者的胸壁上。然而,结节与解剖标志的距离是基本不变的,所以即使在模板不完全契合的情况下,只要模板与解剖标志的关系与设计时是一致的,那么对精确度的影响是很小的。所以,好的解剖标志的选择,有助于操作时保证一定的精确度。总的来说,在设计以及操作时出现的误差,研究者们从策略和方法上,将之降至最低。

这项研究亦有一些不足之处,如定位时进针深度没有明确,可导致误差偏大;以及所选患者的BMI均为正常值范围,无法得知在高BMI患者中,BMI是否会影响定位准确度。但瑕不掩瑜,这项利用3D技术的模板导航定位法,根据研究结果,在小于2cm的外周小结节中的应用是可行的,以后甚至可以解除经皮定位对CT扫描的依赖。

参考文献

J Thorac Cardiovasc Surg. 2017 Sep 1. pii: S0022-5223(17)31827-5. doi: 10.1016/j.jtcvs.2017.08.065

责任编辑:肿瘤资讯-Ruby

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