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肺结节定位方式研究进展.pdf
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1、文章编号:1671-7104(2024)02-0192-07肺结节定位方式研究进展【作者】王江南,严卫亚,丁学兵南京医科大学附属苏州医院胸外科,苏州市,215000【摘要】随着低剂量螺旋CT的普及和CT分辨率的提高,肺结节尤其是较小的肺结节的检出率明显提高。罹患恶性肿瘤的风险随着肺结节的增大而增加,对此,临床常选择手术切除,而电视辅助胸腔镜手术(video-assistedthoracoscopicsurgery,VATS)是首选的外科手术方式。肺结节精准定位是VATS成功的关键,也是当前胸外科医生面临的重要问题。目前,较为常用的定位手段有CT引导下经皮穿刺定位、支气管镜引导下定位、术中超声定
2、位、增强现实和3D打印辅助定位等。该文综述近年肺结节定位方法的研究进展、优缺点等,以期为临床应用和后续发展提供借鉴。【关键词】肺结节;电视辅助胸腔镜手术;定位【中图分类号】R197.32;TH77【文献标志码】Adoi:10.12455/j.issn.1671-7104.230226Research Progress on Localization of Pulmonary Nodules【Authors 】WANGJiangnan,YANWeiya,DINGXuebingDepartmentofThoracicSurgery,SuzhouHospitalAffiliatedofNanjing
3、MedicalUniversity,Suzhou,215000【Abstract 】Withthewidespreadadoptionoflow-dosecomputedtomography(LDCT)andadvancementsincomputedtomography image resolution,the detection rate of pulmonary nodules,especially smaller ones,hassignificantly improved.The risk of developing malignant tumors increases with t
4、he pulmonary nodulediameter.Video-assistedthoracoscopicsurgery(VATS)standsoutasthepreferredsurgicalmethod.TheaccuratelocalizationofpulmonarynodulesiscrucialforthesuccessofVATSandremainsasignificantchallengeforthoracicsurgeons.Currently,commonlyemployedlocalizationmethodsincludeCT-guidedpercutaneous
5、positioning,bronchoscope-guided positioning,intraoperative ultrasound positioning,augmentedreality(AR),and3Dprint-assistedpositioning.Thisreviewexploresrecentresearchprogress,highlightsthestrengthsandweaknessesofvariouspulmonarynodulelocalizationmethods.Theaimistoprovidevaluableinsightsforclinicalap
6、plicationsandguidefuturedevelopmentsinthisfield.【Key words】pulmonarynodules,video-assistedthoracoscopicsurgery,localization0引言引言肺结节(pulmonarynodule,PN)指肺内直径3cm的类圆形或者不规则形状的病灶,影像学表现为单发或多发,边界清晰或不清晰的密度增高的阴影1。随着低剂量计算机断层扫描(low-dosecomputedtomography,LDCT)的普及和分辨率的提高,肺结节尤其是较小肺结节的检出率明显提高,而随着结节最大直径增大,恶性肿瘤风险也随
7、之增加2。外科手术是治疗高风险肺结节的有效方式,其中电视辅助胸腔镜手术(video-assistedthoracoscopicsurgery,VATS)因创伤小,愈合快、并发症少、住院时间短等优势成为治疗肺结节的首选外科手术方式。体积小、密度低、位置深的肺结节在术中难以定位,无法准确定位这些结节会导致较高的开胸手术转化率3。因此,肺结节的术前定位对于指导准确的VATS至关重要。肺结节定位可根据需求、现有的水平和器械设施、手术阶段(术前、术中)等,因时制宜选择不同的定位方式。根据定位引导措施,本研究综述了几种常见的肺结节定位方式,以期为临床工作提供借鉴。1CT引导下经皮穿刺定位引导下经皮穿刺定位
8、CT引导下定位是常见的定位方式,该方法利用CT引导,在术前对病灶进行穿刺定位,术中可通过定位标记物快速准确地找到目标结节。具体步收稿日期:2023-04-17作者简介:王江南,E-mail:通信作者:丁学兵,E-mail:ChineseJournalofMedicalInstrumentation2024年48卷第2期综合评述192骤包括:术前CT扫描确定病变位置;皮肤表面放置辅助定位物,使用带激光定位装置的CT机器扫描;经辅助定位物和定位激光确定穿刺点、穿刺角度和深度;经皮穿刺将定位材料置于结节处;再次CT扫描确定定位材料与目标结节相对位置;术中寻找定位物,准确定位目标结节。因为各层次医院均
9、具备定位需要的CT设备,且该法原理简单、成本低、操作便捷,因此适用性较广。1.1Hook-wire定位Hook-wire定位钩是末端带有单个或者多个倒钩的细长金属丝,其外部套有穿刺定位针,被用于胸腔镜手术下肺结节定位。穿刺定位针经CT引导至预定位置后,释放定位钩,前端倒钩可锚定肺组织,另一端则固定于胸壁外,于术中引导术者切除病灶(见图1)。该方法成功率高达90%以上,定位所需时间较短4-5。并发症主要为气胸、肺出血、脱钩、移位、胸痛等,大多数患者无需特殊处理。严重并发症如胸膜反应、气体栓塞、断钩残留、肿瘤细胞穿刺道种植、心脏呼吸骤停等极为少见。WANG等6指出,Hook-wire定位的总并发症
10、发生率高达40.9%,远高于弹簧圈定位。这与Hook-wire结构和定位方式密切相关。Hook-wire定位钩将肺组织和胸壁刚性连接,患者活动或者呼吸运动过程中牵拉定位钩可能导致患者疼痛、定位钩移位或者脱落,可通过避免深呼吸、剧烈咳嗽和大幅度活动减少定位钩的移位、脱位和组织损伤。此外,还可对定位钩进行改进,通过增加定位钩的数量增强其锚定能力,减少脱钩;将全金属丝结构的定位钩丝改进为金属钩前端加弹性线尾端,避免定位钩与胸壁刚性连接导致的牵拉疼痛、肺组织撕裂、脱钩移位等并发症。术中还可根据肺表面的穿刺伤口和肺结节的相对位置来判断切除的范围,对脱钩移位进行补救7。穿刺导致的并发症大多数表现为少量气胸
11、和针道出血,无需特殊处理,不会造成严重后果。在多结节同期定位和肩胛骨遮挡的结节定位中,Hook-wire表现出明显缺陷。多数患者需要改变体位来完成多结节的定位,肩胛骨遮挡时则需改变肩胛骨位置来完成定位。体位改变的过程中可能会导致先插入的定位针被牵拉移位,定位后肩胛骨移动也可能导致定位钩牵拉,出现脱钩、肺撕破致气胸出血等现象,此时选择其他方式定位可能更有优势。1.2微弹簧圈定位弹簧圈由铂金属丝制成,长度可依需选择8。经CT引导穿刺释放微弹簧圈,使其远端置于肺组织内,近端释放于肺表面,待微弹簧圈盘曲锚定达到固定效果(见图2),该方法较Hook-wire定位更复杂,耗时更长。微弹簧圈材质柔软、包裹有
12、促凝作用的纤维丝9,能够有效堵塞穿刺通道,相比于Hook-wire定位,其气胸、肺出血发生率更低6。其材质为铂金属丝,对人体安全,且定位后不会限制患者活动,因此定位-手术间期较长8,可更好协调病房、手术室、放射科室的工作安排。HWANG等10研究发现,弹簧圈定位相较于Hook-wire定位,定位脱落发生率更低,疼痛发生概率更小,患者体验更佳。1.3液体标记物定位1.3.1有色染料定位有色染料定位是指经CT引导,将有色染料注射至目标结节周围进行标记,术中可直接通过颜色标记寻找病灶进行切除(见图3)。经肋间注射液体定位标记物于目标结节(绿色)旁;接排黄色表示液体定位标记物(有色染料、医用胶水、吲哚
13、菁绿等)图3液体标记物定位Fig.3Schematicdiagramofliquidmarkingmaterialpositioning亚甲蓝是最常用的染料,其价格便宜、操作简单、无需特殊的器械。LIN等11对388例患者进行亚甲蓝染色定位,成功率高达98%,但有2例由于染料扩散引起定位不清导致失败。有色染料存在Hook-wire定位钩经肋间穿刺定位至目标结节(绿色)周围,倒钩锚定于肺组织表面图1Hook-wire定位示意Fig.1SchematicdiagramofHook-wirepositioning黑色线条表示金属弹簧圈一半位于目标结节(绿色)旁肺组织内,另一半盘曲在肺表面图2微弹簧圈
14、定位示意Fig.2SchematicdiagramofmicrocoilpositioningChineseJournalofMedicalInstrumentation2024年48卷第2期综合评述193观察穿透性差的问题,在注射深度较深时,可能在肺表面难以观察,导致定位失败。KUBO等12使用术前CT引导仅标记不穿刺,术中再同体位穿刺的办法,不仅可以避免染料快速扩散导致定位不清,还可减少气胸、肋间动脉出血等风险,故在多结节定位、深度位置结节定位及小结节定位上展现出优越性。其他有色染料定位同样面临染料快速扩散导致定位不清、在色素沉着肺表面辨识不清、染料过敏以及穿刺相关并发症等风险,甚至某些染
15、料定位价格较其他方式更贵13。也有研究者将其他材料和有色染料结合,如Hook-wire和亚甲蓝14、医用胶水结合亚甲蓝15等,在不明显增加操作复杂程度的前提下,结合2种定位的特点,达到更好的定位效果。1.3.2医用胶水定位医用胶水是对人体无害的生物胶水,广泛应用于医学领域各个方面。其主要成分是氰基丙烯酸酯,当它与阴离子(包括体液、组织液、血液等)接触后在室温下即可快速形成坚固结节。因此可在CT引导下注射至目标结节周围形成硬结,便于术中触摸定位。医用胶水价格便宜、定位操作方便,且可以极大增加定位-手术间期,根据WANG等16的报道,定位后48h内完成手术即可。IMPERATORI等17更是报道了
16、定位60d后进行手术仍可见定位物体无脱落、移位的病例。对于穿刺定位常见的出血、气胸风险,医用胶水可快速凝固,封闭穿刺道,在漏气和出血的预防中表现良好。但是医用胶水具有刺激性气味,在注入肺组织尤其是注射深度较深时,可能导致患者刺激性咳嗽16,且当其被注射到胸膜表面或者近胸膜表面时,可能由于胶水和胸膜之间的摩擦导致疼痛18,这些缺点在适当处理后可以克服,不影响定位和手术。对于严重的并发症(如气体栓塞、胸膜反应等),在定位时严格遵守操作规则且充分麻醉能起到一定预防作用。1.3.3吲哚菁绿定位吲哚菁绿是一种近红外荧光染料,在外部光源刺激下会发出波长约830nm的近红外光,可用专业设备探测。吲哚菁绿成像
17、作为一种灵敏度高、特异性强的荧光成像方法,被广泛应用于各个系统疾病的诊断和治疗。相较于有色染料易扩散、注射太深难以观察的缺陷,吲哚菁绿具有更长的留存时间19(最长6d后仍可检查到)和更强的穿透性20。在LI等19的研究中,主要并发症气胸和出血的概率分别为5.9%和6.8%。而在王冲等21的研究中,气胸的概率为17.6%,高于LI等19的研究,但这些气胸均无须干预。注射定位材料的注射深度和注射量明显影响定位的准确性。因此,WU等22认为注射深度1cm,注射量为0.40.5mL吲哚菁绿(25mg/mL)时成像效果最好。作为非特异性的显像剂,吲哚菁绿尚不能特异性指示肺结节。近年来,可以标记体内癌组织
18、的荧光探针正在研发之中,虽然目前尚不能应用于临床,但前景可期23。1.3.4其他液体材料定位除有色染料、医用胶水、吲哚菁绿等常见液体定位材料外,碘剂、放射性液体材料等也可应用于肺结节的定位。碘油24和钡剂25黏稠度较高,不透X射线,在体内留存时间较长,因此可作为液体定位材料注射定位。但是碘油和钡剂都需在术中透视,增加了患者辐射暴露风险,还可能导致肺部炎症和水肿。加之目前层出不穷的新材料或新定位方式,利用碘油或者钡剂进行定位并无突出优势,将来可能面临淘汰风险。放射性示踪剂在肺结节的定位应用主要是锝99,在CT引导下将其注射在目标结节附近,再利用特制探头于术中寻找病灶26。气胸、出血和液体扩散是主
19、要风险,虽然其在定位后可留存至第2天26,但该定位方法受材料、设备及价格等影响,没有成为主流定位方式。其他放射性材料(如I125)也面临相同问题27。直接静脉注射或者靶血管注射放射性分子探针,利用肿瘤细胞的高摄入或者特异性摄入特点,再于术中使用手持式探测器寻找,可能是另一种精准定位恶性结节的方式28。2支气管镜引导下定位支气管镜引导下定位2.1电磁导航支气管镜引导下定位电磁导航支气管镜(electromagneticnavigationbronchoscope,ENB)引导下定位利用专业导航系统软件重建薄层CT三维图像,规划经支气管至目标结节的穿刺定位路径。患者全身麻醉后使用导航系统软件和体外
20、电磁定位板引导磁导航探针进入极细的支气管,实时跟随计划路径定位至病灶周围。在病灶周围通过注射液体定位材料或者放置定位标记物完成对目标肺结节的定位(见图4)。支气管镜经自然腔道到达肺结节附近,可显著减少定位并发症的发生率29,且不受肩胛骨或者肋骨遮挡影响。但是,面对支气管畸形、堵塞等结构异常问题,定位可能失败30。ENB引导下定位可选择有色染料、近红外荧光染料、微线圈等作为定位标记材料,存在液体扩散、染色不清楚、金属定位物残留等风险,也可获得长定位-手术间期31等优势。但就目前的报道而言,ENB引导下定位未见严重并发症,经支气管穿刺定位较经皮穿刺定位并发症少,安全性更高32,且对ChineseJ
21、ournalofMedicalInstrumentation2024年48卷第2期综合评述194于某些特殊位置的肺结节,ENB引导下定位有明显的优势。但是考虑该定位方法复杂、技术和设备要求高以及定位价格高,目前并不利于临床推广。A图4电磁导航引导定位示意29Fig.4Schematicdiagramofelectromagneticnavigationguidanceandpositioning292.2虚拟支气管镜导航定位虚 拟 支 气 管 镜 导 航(virtual bronchoscopicnavigation,VBN)定位的基础是螺旋CT数据构建的三维虚拟的支气管镜、支气管路线以及超细
22、支气管镜33。通过软件构建的三维虚拟影像引导支气管镜到达目标位置,注射定位标记物完成定位(见图5)。单独使用VBN难以准确引导定位病灶完成活检或定位,因此通常与其他支气管镜技术联合,如VBN联合CT、VBN联合X线透视和VBN联合径向支气管超声(radialendobronchialultrasound,r-EBUS)34。VBN的另外一种应用方式为虚拟肺图定位(virtualassistedlungmapping,VAL-MAP)。在VBN引导下于病灶周围注射多处带色染料,然后利用计算机对三维虚拟图像上的多个标记进行可视化定位,为术中寻找结节位置和制订手术切除方案导航35。目前VBN主要应用
23、于肺部病灶活检,其对器械、人员等各方面的要求较高,在肺结节定位上的报道较少,需要更多研究验证。MiddleBasalB6B8B9B10B8bB8aB8aiiB8aiB8aii B8aii yB8aii xB8aii 图5显示器所示虚拟支气管图像33Fig.5Virtualbronchialimagedisplayedonthemonitor332.3机器人支气管导航定位目前,机器人辅助支气管镜(roboticassistedbronchoscopy,RAB)是较新的定位方式,随着机器人手术的发展而出现。每个机器人辅助平台都配有独特的测绘软件、导航制导技术(电磁导航36或形状传感技术37),能够
24、在定位和活检期间轻松与r-EBUS和/或透视结合。在详细的远端气道绘图38和机器人支气管镜导管外径小型化的条件下,其导管允许进入更多肺周的远端气道。机器人技术可以提供远端气管解剖定位的实时反馈,提高导航成功率,这是传统支气管镜无法实现的。RAB的其他关键优势还有可实现远端尖端控制和良好的稳定性,能够在远端360激活动用器械尖端。在人类遗体上的PRECISION-1研究表明,与ENB和r-EBUS相比,机器人支气管镜对周围肺结节的定位率更高39,但目前尚无RAB在真实手术中的应用报道。3术中超声定位术中超声定位术中超声(intraoperativeultrasonography,IU)定位利用肺
25、结节和周围肺组织的密度差别,通过它们的回声进行辨别,患者无任何辐射暴露。KONDO等40完成了53例患者的肺结节术中超声定位,HOU等41对纯磨玻璃结节的定位准确率为90%,对混合磨玻璃结节的定位准确率为100%。所有的研究均未产生并发症。使用IU定位需要腔内超声探头及相关设备,要求术侧肺充分塌陷,否则会影响操作结果42。因此对肺气肿等疾病患者,IU定位效果可能并不理想。IU作为术中定位方式,在多项研究中表现出了优秀的安全性,可以作为其他定位方式的有效补救措施。4增强现实或增强现实或3D打印辅助定位打印辅助定位增强现实(augmentedreality,AR)是新兴技术。通过精确计算摄像机视频
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