引用本文： 张欣宇, 李林倩, 李浩然, 郭强, 闫红丽, 李靖华, 程树杰, 李鹤飞, 张珂, 杨季红, 武建国. 计算机辅助设计修饰3D打印模型用于早期肺癌胸腔镜亚肺叶切除术的回顾性队列研究. 中国胸心血管外科临床杂志, 2024, 31(9): 1266-1273. doi: 10.7507/1007-4848.202212033 复制
对于肿瘤直径≤2 cm，实性成分比>0.5的ⅠA期肺癌患者，与传统肺叶切除术相比，电视辅助胸腔镜手术（video-assisted thoracoscopic surgery，VATS）亚肺叶切除术（包括肺段切除术、肺亚段切除术和联合亚段切除术）可保留更多的肺功能，术后并发症更少、住院时间更短[1]，其在早期肺癌治疗中的应用越来越多。但术者在行VATS亚肺叶切除术时主要通过2D屏幕查看手术视野，缺乏立体视觉和触觉反馈，常导致肺部脉管解剖关系判断失误。因此，术前明确需要切除的肺段及亚段的肺静脉、规划切除肺实质的范围和明确可能存在的变异肺动脉走行可能对手术安全性有显著提升。
传统方法通常是通过患者的术前CT影像确认患者肿瘤所在区域的肺静脉及肺动脉走行，但对于亚肺叶切除，这种方法很难掌握且不精确。目前的新方法是通过3D技术如3D重建技术和3D打印（3D printing，3DP）技术辅助术前规划及术中操作[2-3]，让医生直观了解肿瘤大小及位置。许多研究[4-8]报道了三维可视化（three-dimensional visual，3DV）和3DP模型辅助术前探查肺血管及支气管的效果。但大多数3DV模型依然依托二维屏幕展现，缺乏立体视觉和触觉反馈，而3DP模型又不能像3DV模型可以通过显示、隐藏操作来突出结节以及靶段相关脉管。
计算机辅助设计（computer-aided design，CAD）是指在设计过程中借助计算机软件或其他设备辅助设计的技术的总和，广泛用于各个领域。这项技术能够进行3D建模操作。因此本研究尝试通过CAD在3DP实体模型中加入根部和穿行结构镂空的亚肺叶分隔结构来综合两种模型的优势，打印出相应的CAD修饰的3DP模型，使模型既有立体视觉和触觉反馈又同时具备突出靶区组织结构和观察保护相邻脉管结构的优点，并应用于VATS亚肺叶切除术中，评价其辅助术前规划、术中导航及医患沟通效果。
1 资料与方法
1.1 纳入、排除标准和分组
回顾性纳入2021年11月—2022年8月河北大学附属医院胸外科收治的由同一手术组、同一主刀医生施行亚肺叶切除术的早期肺癌患者，并根据使用的辅助工具，将患者分为3组：3DV组、3DP组和CAD-3DP组。早期肺癌的诊断标准：参照《中华医学会肺癌临床诊疗指南（2018版）》[9]：患者表现出咳嗽、咳痰、咯血症状或无特异性临床表现，经胸部CT等技术证实存在明确病变部位，且TNM分期Ⅰ～Ⅱ期。
亚肺叶切除术病例纳入标准：① CT显示结节最大直径≤2 cm；② 结节磨玻璃成分≥50%；③ 结节性质为恶性；④ 不限年龄、性别；⑤ 术前通过CT或磁共振成像明确诊断排除远处转移，常规心肺功能评估排除手术禁忌；⑥ 结节倍增时间≥400 d，病理为原位腺癌或微浸润性腺癌；⑦ 未行新辅助化疗或放疗。排除标准：① 心肺功能较差或合并其他严重疾病不能耐受手术；② 胸膜广泛转移，广泛胸膜粘连。
1.2 术前3D重建及3D打印
3组患者术前常规行薄层CT血管成像，获得CT影像资料。3DV组术前使用Mimics 23.0及3-matic 15.0软件（Materialise公司，比利时）将患者的CT扫描图像重建为包含肺实质、支气管、肺动脉、肺静脉、肿瘤的3DV模型，并进行术前规划。3DP组和CAD-3DP组均先按3DV组的步骤得到3DV模型，CAD-3DP组还通过mimics软件中的“cut through points”，依照各亚段肺动脉末端以曲面分隔的方法确定亚段间准确边界，在3DV模型基础上加入CAD的根部和穿行结构镂空的亚肺叶分隔结构。然后将STL格式的两组3DV模型导入VoxelDance Additive 3.0预处理软件（VoxelDance公司，中国），在检查和修复后，最后导入J401Pro型号3D打印机（珠海塞纳科技有限公司，中国），分别打印出3DP模型和CAD修饰的3DP模型；见图1。
图1
模型示意图
a：3DV模型；b：3DP模型；c：CAD-3DP模型；实体模型肺实质由透明光敏树脂制成，支气管为黄色，肺动脉为蓝色，肺静脉为红色，结节为绿色，CAD-3DP模型的亚肺叶间分隔结构为白色半透明；3DV：三维可视化；3DP：三维打印；CAD：计算机辅助设计
1.3 术前规划和术前谈话
术者主要通过上述3种辅助工具确认结节位置及其周围的肺动脉和肺静脉，同时测量结节到段间、亚段间静脉的距离，在保证安全手术切缘的情况下，选择能保留更多正常肺组织、对患者预后更好的手术方案，并向患者及家属详细讲述手术方案，沟通病情，解答疑问。
1.4 手术方法
所有患者均采用静脉全身麻醉下双腔气管插管，健侧卧位，单肺通气。首先打开脏层胸膜，解剖叶间裂，然后逐一游离并识别靶区肺动脉和肺静脉，用腔镜切割吻合器钉合离断。靶区支气管分支同样予以腔镜切割吻合器闭合离断。使用膨胀萎陷法确定段间及亚段间边界，然后与辅助手术的模型比较以验证切除范围是否达标，验证后再以腔镜切割吻合器离断段间及亚段间平面。整个手术过程中3组分别使用3DV模型、3DP模型和CAD修饰的3DP模型辅助术中导航。切取标本，冰冻送检术中快速病理。淋巴结采样，若病理结果为阳性，行系统性淋巴结清扫。留置胸腔引流管行闭式引流。
1.5 主要观察指标
收集围术期指标如手术时间、术中出血量、胸腔引流管留置时间、总引流量、术后住院时间以及并发症等。
收集4名手术组医生对3种工具辅助亚肺叶切除术的主观评价，包含术前规划的直观性、难易度和效率，术中导航的有效性和实用性，术前谈话沟通的难易度以及整体满意度。同时收集患者及家属对3种工具的主观评价，包含辅助理解病情和手术的效果，如肿瘤位置、大小和周围脉管，手术步骤和方案选择，术后并发症等，以及整体满意度。评分均采用5分李克特量表法，1～5分分别代表非常不满意、不满意、一般、满意、非常满意。
1.6 统计学分析
采用SPSS 23.0软件进行统计学分析。服从正态分布的计量资料以均数±标准差（
±s）描述，组间比较采用单因素方差分析；计数资料采用频数描述，组间比较采用
2检验。主观评价评分采用Kruskal-Wallis H检验。检验水准α=0.05。
1.7 伦理审查
本研究经河北大学附属医院伦理委员会批准（HDFY-LL-2022-146），纳入的患者及家属对本研究知晓并签署知情同意书。
2 结果
2.1 患者一般资料比较
本研究共纳入22例患者，其中男5例、女17例，年龄32～77（56.95±12.50）岁。3DV组9例，3DP组6例，CAD-3DP组7例。3组患者在性别、年龄、结节直径、吸烟史、合并症（高血压、糖尿病等）等方面差异无统计学意义（P>0.05）；见表1。亚肺叶切除的手术部位及数量见表2。
表1
3组患者的一般资料比较（例/
）
表2
3组患者手术部位（例）
2.2 围术期资料比较
3组患者手术时间、术中出血量、术后第1 d引流量、总引流量、胸腔引流管留置时间、住院时间、术后并发症差异均无统计学意义（P>0.05），3组均无中转开胸病例；见表3。
表3
3组患者的围术期指标比较（例/
）
2.3 主观评价比较
2.3.1 术者主观评价比较
CAD-3DP组在术前规划效率（P=0.025）、直观性（P=0.045）和医患沟通难易度（P=0.034）方面优于3DV组；在整体满意度（P=0.023）、术前规划难易度（P=0.046）和效率（P=0.014）方面优于3DP组；3DV组在术中导航有效性（P=0.042）和实用性（P=0.017）方面优于3DP组；见表4～5。
表4
4名术者对3种辅助工具主观评价的比较（
）
表5
4名术者对3种辅助工具主观评价的两组间比较
2.3.2 患者及家属主观评价比较
在帮助了解肿瘤位置方面，3组差异无统计学意义（P=0.762）。CAD-3DP组在帮助了解肿瘤周围脉管（P=0.016）、手术步骤（P=0.020）、方案选择（P=0.029）和整体满意度（P=0.048）方面优于3DP组；在帮助了解肿瘤大小（P=0.038）方面优于3DV组；3DV组在帮助了解肿瘤周围脉管（P=0.035）和术后并发症（P=0.012）方面优于3DP组；见表6～7。
表6
患者及家属对3种辅助工具主观评价的比较（
）
表7
患者及家属对3种辅助工具主观评价的两组间比较
3 讨论
既往治疗早期肺癌的标准术式是肺叶切除+淋巴结清扫[10]。但目前许多研究[11-13]表明，对于结节直径<2 cm的非小细胞肺癌来说，亚肺叶切除术和肺叶切除术的总生存率和术后并发症发生率差异无统计学意义。因而越来越多的早期肺癌患者选择VATS亚肺叶切除术。
术前计划是手术成功的重要保证，其可帮助降低手术风险并缩短手术室停留时间[14]。Meta分析[15]显示，术前3D肺模拟在失血量、手术时间、术后住院时间和并发症方面可以获得更好的术中和术后结果。而Liu等[16]的研究表明，对于经验丰富的外科医生来说，3DP技术用于制定术前计划在VATS肺段切除术中具有相当优秀的效果，术前3DP模拟评估肺血管和支气管分支模式有利于VATS肺段切除术安全高效地进行。因此本研究中我们将3DV模型、3DP模型及重新优化设计的CAD-3DP模型用于辅助术前规划，并收集术者对3种模型的主观评价来评估3种模型对术前规划的辅助效果，以观察优化设计后的3DP模型对手术的提升作用。结果显示，CAD-3DP组在术前规划难易度和效率上优于3DP组。主要原因是CAD-3DP模型具有根部和亚段间穿行结构镂空的亚肺叶分隔结构，可以直接观察到肿瘤及其周围脉管与各亚肺叶的位置关系，很容易就能看出需要切除哪些肺动脉、肺静脉、肺组织以及如何切除，解决了亚肺叶切除术手术部位动静脉、支气管及亚肺叶分界判断的手术难点。同时，通过CAD设计镂空的段间、亚段间分隔结构可以便捷地观察靶区相邻肺组织中需要保留的脉管结构。因此CAD-3DP模型既突出了切除靶区结构，又兼顾了观察保留相邻脉管结构的功能，在术前规划难易度和效率上优于3DP组。CAD-3DP组在术前规划效率和直观性上优于3DV组，而3DV组在术前规划难易度指标上不低于CAD-3DP组，我们推断可能是由于3DV模型虽然没有亚肺叶分隔结构，但它可通过隐藏、放大、调节透明度等一系列操作突出肿瘤所在亚肺叶的解剖结构，这样也能达到与加入亚肺叶分隔结构类似的效果。但3DV模型的这些操作有一定难度，需要助手分步操作演示，因此术前规划效率低于CAD-3DP模型；同时CAD-3DP模型为实体模型，其规划时直观性比需要通过二维屏幕显示的3DV模型要好。
在VATS术中定位和精确切除肺结节并不容易，传统的定位方法是CT引导下钩线穿刺定位，CT引导下经皮穿刺注射染色剂定位在临床上应用也较多，但注射剂量需要控制，过多会造成荧光在胸腔内弥散进而影响定位，过少则无法定位[17]。Chen等[18]的研究表明，3D重建和3DP技术重建肺肿瘤和解剖肺模型有助于外科医生更准确地定位结节，提高准确性和安全性。因此本研究将3DV和3DP技术应用于术中导航，辅助定位结节。我们发现，3DV术中导航实用性优于3DP和CAD-3DP。通过对术中情况的进一步分析，我们认为，CAD-3DP模型和3DV模型虽然都可以突出显示手术切除部位，但术中主刀医师专注于手术，没有时间通过触摸审视CAD-3DP实体模型来辅助术中导航，因此不能展现实体模型触觉反馈的独特优势。而通过大型二维屏幕在手术台前直接展示的3DV模型反而使术者在手术中更容易准确识别靶区血管及支气管分支，因此更受术者青睐。
尽管术者对CAD-3DP模型辅助术前规划和术中导航的总体评价较高，但3组的围术期指标如手术时间、术中出血量、术后第1 d引流量、总引流量、胸腔引流管留置时间、住院时间等差异均无统计学意义。我们认为这可能是由于22例手术大多为简单节段切除术（如S6段、左肺S1+2段等），不需要过多的规划和技巧，体现不出3种模型的优劣，同时各组病例数过少，导致相关指标数据比较结果可信度不足。我们将继续收集符合纳入标准的病例数据。但从本研究结果可以看出，3组均无患者因术中血管损伤行中转开胸或因切缘不足行扩大切除或肺叶切除。这说明3D技术确实可以减少或避免血管或组织的意外损伤，准确规划手术范围。
此外，有研究[19]表明，使用3DP模型进行术前谈话能让患者更好地了解手术过程和手术风险，在一定程度上有助于降低医患冲突风险。而本研究发现，在医患沟通难易度方面，CAD-3DP组与3DP组、3DP组与3DV组间差异无统计学意义（P>0.05），但CAD-3DP组优于3DV组（P=0.034）。同时CAD-3DP组和3DP组的评分高于3DV组。这说明术者认为在与患者及家属的术前谈话中，CAD-3DP、3DP实体模型的沟通效果比3DV数字模型更好。我们认为这主要是由于患者及家属普遍不具备医学专业知识，对于有实体的CAD-3DP和3DP模型接受度较高，沟通更容易。
进一步研究患者及家属对3种工具的主观评价发现，在帮助了解肿瘤大小方面，3DP模型和CAD-3DP模型差异无统计学意义，但均优于3DV模型。而在帮助了解肿瘤周围脉管方面，3DV模型与CAD-3DP模型差异无统计学意义，且均优于3DP模型。虽然3种模型的肿瘤位置都很明显，但3DP模型和CAD-3DP模型是实体模型，更能直观地展现肿瘤大小，而想要更好地向患者及家属讲解肿瘤所在肺段及周围脉管，有亚肺叶镂空分隔的CAD-3DP模型和能够隐藏其余结构突出手术靶区的3DV模型显著优于普通3DP模型。在帮助患者及家属了解手术相关信息方面，CAD-3DP组与3DV组、3DV组与3DP组间的帮助了解手术步骤和方案选择得分差异无统计学意义，CAD-3DP组优于3DP组。但在帮助了解术后并发症上，3DV组与CAD-3DP组、CAD-3DP组与3DP组间差异无统计学意义，3DV组优于3DP组。虽然这3项手术相关主观评价组间比较上大多数差异不明显，难以看出3种模型的优劣，但从主观评价评分可以发现，患者和家属对CAD-3DP模型辅助了解手术步骤和方案选择最满意，3DV模型次之，3DP模型最差；在帮助了解术后并发症方面，最满意的则是3DV模型，CAD-3DP模型次之，3DP模型最差。我们认为这是由于CAD-3DP模型既具备3DV模型缺乏的真实感，又拥有清晰的亚肺叶边界，为定位手术目标区域提供了实质性帮助，更容易让患者及其家属明白应该切除哪里以及怎样切除；而3DV模型则能通过操作来展示什么情况下会出现哪种并发症，比如隐去支气管只留下肺动脉和肺静脉来展示哪些血管损伤可能导致术后出现咯血。
关于术者和患者对这3种模型辅助效果的整体满意度，CAD-3DP模型最令术者满意，3DV模型次之，3DP模型最差。患者及家属同样认为CAD-3DP模型最令人满意，3DV模型次之，3DP模型最差。这说明术者认同CAD-3DP模型在术前规划和术中导航的效果，患者及家属对CAD-3DP模型也比较满意。
综上所述，本研究提示，与3DV模型及普通3DP模型相比，CAD修饰的3DP模型辅助VATS亚肺叶切除术在术前规划、术中导航、医患沟通方面均有一定优势。因此，使用CAD修饰的3DP模型辅助VATS亚肺叶切除术对医生和患者来说都有意义，有一定的临床应用价值。
利益冲突：无。
作者贡献：张欣宇负责论文设计、初稿撰写；李林倩、李浩然、郭强、杨季红负责论文数据筛选、收集和分析；闫红丽、李靖华、程树杰、李鹤飞负责论文修改；张珂、武建国负责论文审阅。
对于肿瘤直径≤2 cm，实性成分比>0.5的ⅠA期肺癌患者，与传统肺叶切除术相比，电视辅助胸腔镜手术（video-assisted thoracoscopic surgery，VATS）亚肺叶切除术（包括肺段切除术、肺亚段切除术和联合亚段切除术）可保留更多的肺功能，术后并发症更少、住院时间更短[1]，其在早期肺癌治疗中的应用越来越多。但术者在行VATS亚肺叶切除术时主要通过2D屏幕查看手术视野，缺乏立体视觉和触觉反馈，常导致肺部脉管解剖关系判断失误。因此，术前明确需要切除的肺段及亚段的肺静脉、规划切除肺实质的范围和明确可能存在的变异肺动脉走行可能对手术安全性有显著提升。
传统方法通常是通过患者的术前CT影像确认患者肿瘤所在区域的肺静脉及肺动脉走行，但对于亚肺叶切除，这种方法很难掌握且不精确。目前的新方法是通过3D技术如3D重建技术和3D打印（3D printing，3DP）技术辅助术前规划及术中操作[2-3]，让医生直观了解肿瘤大小及位置。许多研究[4-8]报道了三维可视化（three-dimensional visual，3DV）和3DP模型辅助术前探查肺血管及支气管的效果。但大多数3DV模型依然依托二维屏幕展现，缺乏立体视觉和触觉反馈，而3DP模型又不能像3DV模型可以通过显示、隐藏操作来突出结节以及靶段相关脉管。
计算机辅助设计（computer-aided design，CAD）是指在设计过程中借助计算机软件或其他设备辅助设计的技术的总和，广泛用于各个领域。这项技术能够进行3D建模操作。因此本研究尝试通过CAD在3DP实体模型中加入根部和穿行结构镂空的亚肺叶分隔结构来综合两种模型的优势，打印出相应的CAD修饰的3DP模型，使模型既有立体视觉和触觉反馈又同时具备突出靶区组织结构和观察保护相邻脉管结构的优点，并应用于VATS亚肺叶切除术中，评价其辅助术前规划、术中导航及医患沟通效果。
1 资料与方法
1.1 纳入、排除标准和分组
回顾性纳入2021年11月—2022年8月河北大学附属医院胸外科收治的由同一手术组、同一主刀医生施行亚肺叶切除术的早期肺癌患者，并根据使用的辅助工具，将患者分为3组：3DV组、3DP组和CAD-3DP组。早期肺癌的诊断标准：参照《中华医学会肺癌临床诊疗指南（2018版）》[9]：患者表现出咳嗽、咳痰、咯血症状或无特异性临床表现，经胸部CT等技术证实存在明确病变部位，且TNM分期Ⅰ～Ⅱ期。
亚肺叶切除术病例纳入标准：① CT显示结节最大直径≤2 cm；② 结节磨玻璃成分≥50%；③ 结节性质为恶性；④ 不限年龄、性别；⑤ 术前通过CT或磁共振成像明确诊断排除远处转移，常规心肺功能评估排除手术禁忌；⑥ 结节倍增时间≥400 d，病理为原位腺癌或微浸润性腺癌；⑦ 未行新辅助化疗或放疗。排除标准：① 心肺功能较差或合并其他严重疾病不能耐受手术；② 胸膜广泛转移，广泛胸膜粘连。
1.2 术前3D重建及3D打印
3组患者术前常规行薄层CT血管成像，获得CT影像资料。3DV组术前使用Mimics 23.0及3-matic 15.0软件（Materialise公司，比利时）将患者的CT扫描图像重建为包含肺实质、支气管、肺动脉、肺静脉、肿瘤的3DV模型，并进行术前规划。3DP组和CAD-3DP组均先按3DV组的步骤得到3DV模型，CAD-3DP组还通过mimics软件中的“cut through points”，依照各亚段肺动脉末端以曲面分隔的方法确定亚段间准确边界，在3DV模型基础上加入CAD的根部和穿行结构镂空的亚肺叶分隔结构。然后将STL格式的两组3DV模型导入VoxelDance Additive 3.0预处理软件（VoxelDance公司，中国），在检查和修复后，最后导入J401Pro型号3D打印机（珠海塞纳科技有限公司，中国），分别打印出3DP模型和CAD修饰的3DP模型；见图1。
图1
模型示意图
a：3DV模型；b：3DP模型；c：CAD-3DP模型；实体模型肺实质由透明光敏树脂制成，支气管为黄色，肺动脉为蓝色，肺静脉为红色，结节为绿色，CAD-3DP模型的亚肺叶间分隔结构为白色半透明；3DV：三维可视化；3DP：三维打印；CAD：计算机辅助设计
1.3 术前规划和术前谈话
术者主要通过上述3种辅助工具确认结节位置及其周围的肺动脉和肺静脉，同时测量结节到段间、亚段间静脉的距离，在保证安全手术切缘的情况下，选择能保留更多正常肺组织、对患者预后更好的手术方案，并向患者及家属详细讲述手术方案，沟通病情，解答疑问。
1.4 手术方法
所有患者均采用静脉全身麻醉下双腔气管插管，健侧卧位，单肺通气。首先打开脏层胸膜，解剖叶间裂，然后逐一游离并识别靶区肺动脉和肺静脉，用腔镜切割吻合器钉合离断。靶区支气管分支同样予以腔镜切割吻合器闭合离断。使用膨胀萎陷法确定段间及亚段间边界，然后与辅助手术的模型比较以验证切除范围是否达标，验证后再以腔镜切割吻合器离断段间及亚段间平面。整个手术过程中3组分别使用3DV模型、3DP模型和CAD修饰的3DP模型辅助术中导航。切取标本，冰冻送检术中快速病理。淋巴结采样，若病理结果为阳性，行系统性淋巴结清扫。留置胸腔引流管行闭式引流。
1.5 主要观察指标
收集围术期指标如手术时间、术中出血量、胸腔引流管留置时间、总引流量、术后住院时间以及并发症等。
收集4名手术组医生对3种工具辅助亚肺叶切除术的主观评价，包含术前规划的直观性、难易度和效率，术中导航的有效性和实用性，术前谈话沟通的难易度以及整体满意度。同时收集患者及家属对3种工具的主观评价，包含辅助理解病情和手术的效果，如肿瘤位置、大小和周围脉管，手术步骤和方案选择，术后并发症等，以及整体满意度。评分均采用5分李克特量表法，1～5分分别代表非常不满意、不满意、一般、满意、非常满意。
1.6 统计学分析
采用SPSS 23.0软件进行统计学分析。服从正态分布的计量资料以均数±标准差（±s）描述，组间比较采用单因素方差分析；计数资料采用频数描述，组间比较采用2检验。主观评价评分采用Kruskal-Wallis H检验。检验水准α=0.05。
1.7 伦理审查
本研究经河北大学附属医院伦理委员会批准（HDFY-LL-2022-146），纳入的患者及家属对本研究知晓并签署知情同意书。
2 结果
2.1 患者一般资料比较
本研究共纳入22例患者，其中男5例、女17例，年龄32～77（56.95±12.50）岁。3DV组9例，3DP组6例，CAD-3DP组7例。3组患者在性别、年龄、结节直径、吸烟史、合并症（高血压、糖尿病等）等方面差异无统计学意义（P>0.05）；见表1。亚肺叶切除的手术部位及数量见表2。
表1
3组患者的一般资料比较（例/）
表2
3组患者手术部位（例）
2.2 围术期资料比较
3组患者手术时间、术中出血量、术后第1 d引流量、总引流量、胸腔引流管留置时间、住院时间、术后并发症差异均无统计学意义（P>0.05），3组均无中转开胸病例；见表3。
表3
3组患者的围术期指标比较（例/）
2.3 主观评价比较
2.3.1 术者主观评价比较
CAD-3DP组在术前规划效率（P=0.025）、直观性（P=0.045）和医患沟通难易度（P=0.034）方面优于3DV组；在整体满意度（P=0.023）、术前规划难易度（P=0.046）和效率（P=0.014）方面优于3DP组；3DV组在术中导航有效性（P=0.042）和实用性（P=0.017）方面优于3DP组；见表4～5。
表4
4名术者对3种辅助工具主观评价的比较（）
表5
4名术者对3种辅助工具主观评价的两组间比较
2.3.2 患者及家属主观评价比较
在帮助了解肿瘤位置方面，3组差异无统计学意义（P=0.762）。CAD-3DP组在帮助了解肿瘤周围脉管（P=0.016）、手术步骤（P=0.020）、方案选择（P=0.029）和整体满意度（P=0.048）方面优于3DP组；在帮助了解肿瘤大小（P=0.038）方面优于3DV组；3DV组在帮助了解肿瘤周围脉管（P=0.035）和术后并发症（P=0.012）方面优于3DP组；见表6～7。
表6
患者及家属对3种辅助工具主观评价的比较（）
表7
患者及家属对3种辅助工具主观评价的两组间比较
3 讨论
既往治疗早期肺癌的标准术式是肺叶切除+淋巴结清扫[10]。但目前许多研究[11-13]表明，对于结节直径<2 cm的非小细胞肺癌来说，亚肺叶切除术和肺叶切除术的总生存率和术后并发症发生率差异无统计学意义。因而越来越多的早期肺癌患者选择VATS亚肺叶切除术。
术前计划是手术成功的重要保证，其可帮助降低手术风险并缩短手术室停留时间[14]。Meta分析[15]显示，术前3D肺模拟在失血量、手术时间、术后住院时间和并发症方面可以获得更好的术中和术后结果。而Liu等[16]的研究表明，对于经验丰富的外科医生来说，3DP技术用于制定术前计划在VATS肺段切除术中具有相当优秀的效果，术前3DP模拟评估肺血管和支气管分支模式有利于VATS肺段切除术安全高效地进行。因此本研究中我们将3DV模型、3DP模型及重新优化设计的CAD-3DP模型用于辅助术前规划，并收集术者对3种模型的主观评价来评估3种模型对术前规划的辅助效果，以观察优化设计后的3DP模型对手术的提升作用。结果显示，CAD-3DP组在术前规划难易度和效率上优于3DP组。主要原因是CAD-3DP模型具有根部和亚段间穿行结构镂空的亚肺叶分隔结构，可以直接观察到肿瘤及其周围脉管与各亚肺叶的位置关系，很容易就能看出需要切除哪些肺动脉、肺静脉、肺组织以及如何切除，解决了亚肺叶切除术手术部位动静脉、支气管及亚肺叶分界判断的手术难点。同时，通过CAD设计镂空的段间、亚段间分隔结构可以便捷地观察靶区相邻肺组织中需要保留的脉管结构。因此CAD-3DP模型既突出了切除靶区结构，又兼顾了观察保留相邻脉管结构的功能，在术前规划难易度和效率上优于3DP组。CAD-3DP组在术前规划效率和直观性上优于3DV组，而3DV组在术前规划难易度指标上不低于CAD-3DP组，我们推断可能是由于3DV模型虽然没有亚肺叶分隔结构，但它可通过隐藏、放大、调节透明度等一系列操作突出肿瘤所在亚肺叶的解剖结构，这样也能达到与加入亚肺叶分隔结构类似的效果。但3DV模型的这些操作有一定难度，需要助手分步操作演示，因此术前规划效率低于CAD-3DP模型；同时CAD-3DP模型为实体模型，其规划时直观性比需要通过二维屏幕显示的3DV模型要好。
在VATS术中定位和精确切除肺结节并不容易，传统的定位方法是CT引导下钩线穿刺定位，CT引导下经皮穿刺注射染色剂定位在临床上应用也较多，但注射剂量需要控制，过多会造成荧光在胸腔内弥散进而影响定位，过少则无法定位[17]。Chen等[18]的研究表明，3D重建和3DP技术重建肺肿瘤和解剖肺模型有助于外科医生更准确地定位结节，提高准确性和安全性。因此本研究将3DV和3DP技术应用于术中导航，辅助定位结节。我们发现，3DV术中导航实用性优于3DP和CAD-3DP。通过对术中情况的进一步分析，我们认为，CAD-3DP模型和3DV模型虽然都可以突出显示手术切除部位，但术中主刀医师专注于手术，没有时间通过触摸审视CAD-3DP实体模型来辅助术中导航，因此不能展现实体模型触觉反馈的独特优势。而通过大型二维屏幕在手术台前直接展示的3DV模型反而使术者在手术中更容易准确识别靶区血管及支气管分支，因此更受术者青睐。
尽管术者对CAD-3DP模型辅助术前规划和术中导航的总体评价较高，但3组的围术期指标如手术时间、术中出血量、术后第1 d引流量、总引流量、胸腔引流管留置时间、住院时间等差异均无统计学意义。我们认为这可能是由于22例手术大多为简单节段切除术（如S6段、左肺S1+2段等），不需要过多的规划和技巧，体现不出3种模型的优劣，同时各组病例数过少，导致相关指标数据比较结果可信度不足。我们将继续收集符合纳入标准的病例数据。但从本研究结果可以看出，3组均无患者因术中血管损伤行中转开胸或因切缘不足行扩大切除或肺叶切除。这说明3D技术确实可以减少或避免血管或组织的意外损伤，准确规划手术范围。
此外，有研究[19]表明，使用3DP模型进行术前谈话能让患者更好地了解手术过程和手术风险，在一定程度上有助于降低医患冲突风险。而本研究发现，在医患沟通难易度方面，CAD-3DP组与3DP组、3DP组与3DV组间差异无统计学意义（P>0.05），但CAD-3DP组优于3DV组（P=0.034）。同时CAD-3DP组和3DP组的评分高于3DV组。这说明术者认为在与患者及家属的术前谈话中，CAD-3DP、3DP实体模型的沟通效果比3DV数字模型更好。我们认为这主要是由于患者及家属普遍不具备医学专业知识，对于有实体的CAD-3DP和3DP模型接受度较高，沟通更容易。
进一步研究患者及家属对3种工具的主观评价发现，在帮助了解肿瘤大小方面，3DP模型和CAD-3DP模型差异无统计学意义，但均优于3DV模型。而在帮助了解肿瘤周围脉管方面，3DV模型与CAD-3DP模型差异无统计学意义，且均优于3DP模型。虽然3种模型的肿瘤位置都很明显，但3DP模型和CAD-3DP模型是实体模型，更能直观地展现肿瘤大小，而想要更好地向患者及家属讲解肿瘤所在肺段及周围脉管，有亚肺叶镂空分隔的CAD-3DP模型和能够隐藏其余结构突出手术靶区的3DV模型显著优于普通3DP模型。在帮助患者及家属了解手术相关信息方面，CAD-3DP组与3DV组、3DV组与3DP组间的帮助了解手术步骤和方案选择得分差异无统计学意义，CAD-3DP组优于3DP组。但在帮助了解术后并发症上，3DV组与CAD-3DP组、CAD-3DP组与3DP组间差异无统计学意义，3DV组优于3DP组。虽然这3项手术相关主观评价组间比较上大多数差异不明显，难以看出3种模型的优劣，但从主观评价评分可以发现，患者和家属对CAD-3DP模型辅助了解手术步骤和方案选择最满意，3DV模型次之，3DP模型最差；在帮助了解术后并发症方面，最满意的则是3DV模型，CAD-3DP模型次之，3DP模型最差。我们认为这是由于CAD-3DP模型既具备3DV模型缺乏的真实感，又拥有清晰的亚肺叶边界，为定位手术目标区域提供了实质性帮助，更容易让患者及其家属明白应该切除哪里以及怎样切除；而3DV模型则能通过操作来展示什么情况下会出现哪种并发症，比如隐去支气管只留下肺动脉和肺静脉来展示哪些血管损伤可能导致术后出现咯血。
关于术者和患者对这3种模型辅助效果的整体满意度，CAD-3DP模型最令术者满意，3DV模型次之，3DP模型最差。患者及家属同样认为CAD-3DP模型最令人满意，3DV模型次之，3DP模型最差。这说明术者认同CAD-3DP模型在术前规划和术中导航的效果，患者及家属对CAD-3DP模型也比较满意。
综上所述，本研究提示，与3DV模型及普通3DP模型相比，CAD修饰的3DP模型辅助VATS亚肺叶切除术在术前规划、术中导航、医患沟通方面均有一定优势。因此，使用CAD修饰的3DP模型辅助VATS亚肺叶切除术对医生和患者来说都有意义，有一定的临床应用价值。
利益冲突：无。
作者贡献：张欣宇负责论文设计、初稿撰写；李林倩、李浩然、郭强、杨季红负责论文数据筛选、收集和分析；闫红丽、李靖华、程树杰、李鹤飞负责论文修改；张珂、武建国负责论文审阅。
