醫(yī)學(xué)影像技術(shù)在肝臟虛擬手術(shù)的應(yīng)用

閆建平綜述，黃 樞審校

(本文編輯:黃攸生)

肝臟是人體的重要器官，具有多套管道系統(tǒng)，是解剖結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜的實(shí)質(zhì)性器官，其代謝活動十分復(fù)雜，具有重要的功能，是腫瘤好發(fā)的主要器官之一。肝臟手術(shù)一直被認(rèn)為是很困難的［1］。該器官內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和變異性，增加了手術(shù)時間及并發(fā)癥的發(fā)生率。由于肝臟復(fù)雜的解剖結(jié)構(gòu)，制定精準(zhǔn)的肝臟手術(shù)計劃很困難，這就要求外科醫(yī)生對肝臟的解剖結(jié)構(gòu)充分掌握，手術(shù)方案依賴于對肝內(nèi)血管樹和腫瘤三維空間關(guān)系的精確把握。而醫(yī)學(xué)影像技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展使之成為可能。肝臟虛擬手術(shù)系統(tǒng)主要包括以下幾方面。

1 數(shù)字化虛擬肝對原位肝移植手術(shù)的指導(dǎo)價值

肝移植手術(shù)復(fù)雜，肝動脈的變異率較高，可達(dá)20% ～50%［2］，故肝臟移植手術(shù)的實(shí)施較復(fù)雜。肝臟的血供是防止膽道并發(fā)癥的必要條件，移植物的存活也需要有肝臟豐富的血液供應(yīng)。1985年Bismuth等［3］為1例慢性肝病患者成功實(shí)施了臨床首例輔助性部分原位肝移植。虛擬外科手術(shù)系統(tǒng)的使用，令醫(yī)務(wù)工作者較真實(shí)地對各種肝臟臨床手術(shù)的實(shí)際情況進(jìn)行體驗(yàn)，從中學(xué)習(xí)如何應(yīng)對各種突發(fā)情況，包括肝臟血管變異，大出血等，使年輕醫(yī)生實(shí)施手術(shù)的風(fēng)險降低。這對臨床的教學(xué)意義重大，可以讓實(shí)習(xí)生在虛擬系統(tǒng)內(nèi)親自動手［4］。

2 數(shù)字化虛擬肝應(yīng)用于腹腔鏡下肝臟切除手術(shù)

在肝臟外科，由于腹腔鏡器械設(shè)備的不斷更新，腔鏡手術(shù)技巧的不斷提高，腹腔鏡手術(shù)已擴(kuò)展到肝臟部分切除直至目前的肝葉解剖性切除。但是，大多數(shù)原發(fā)性肝癌的患者存在慢性肝損害現(xiàn)象［5］，受損的肝功能限制了手術(shù)切除肝組織的體積。應(yīng)用數(shù)字化虛擬肝技術(shù)，可在術(shù)前明確肝靜脈、門靜脈和腫瘤血管的分布以及相互關(guān)系，有利于減少術(shù)中切肝時的出血量。此外，運(yùn)用數(shù)字化虛擬肝系統(tǒng)可進(jìn)行反復(fù)術(shù)前模擬仿真，顯示各種預(yù)切除方案的肝斷面及殘肝體積、需切除或保留的肝內(nèi)管道，從而選擇既能完整切除腫瘤又能保留足夠殘肝體積的最優(yōu)手術(shù)切除方案［6］，最大程度減少術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生，準(zhǔn)確預(yù)測術(shù)后發(fā)生肝功能衰竭的可能性，提高手術(shù)的成功率。

3 數(shù)字化虛擬肝對門靜脈栓塞術(shù)的指導(dǎo)價值

在肝臟移植尚不能普及的今天，手術(shù)切除是目前治療肝癌的最有效方法。但是術(shù)后殘肝體積(future liver remnant，F(xiàn)LR)過少則是造成術(shù)后肝功能衰竭等并發(fā)癥的重要因素，限制了肝癌手術(shù)的進(jìn)行［7］。對于預(yù)切除肝體積和預(yù)留肝體積等，國外有免費(fèi)軟件和可供教學(xué)的網(wǎng)站［8-9］，數(shù)字化虛擬肝有助于在三維空間上對門靜脈進(jìn)行直觀、準(zhǔn)確地劃分，準(zhǔn)確測定肝體積有助于門靜脈栓塞術(shù)后肝切除時機(jī)的選擇，從而最大限度地減少術(shù)后肝功能衰竭的發(fā)生，更加有利于術(shù)后患者的恢復(fù)，體現(xiàn)了數(shù)字化虛擬肝技術(shù)對門靜脈栓塞術(shù)的指導(dǎo)價值。虛擬手術(shù)具有可交互操作、可預(yù)測、可重復(fù)等優(yōu)點(diǎn)，且在手術(shù)之前可預(yù)先模擬其手術(shù)過程，預(yù)測在真實(shí)手術(shù)過程中可能出現(xiàn)的復(fù)雜及險要情況。該系統(tǒng)有助于完整地保留殘肝、血管及重要結(jié)構(gòu)的完整性，最大程度地減少術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生率，提高手術(shù)成功率。該系統(tǒng)通過測定擬切除肝臟的體積、殘余肝臟的體積、功能性肝臟的體積，完整地保留殘肝、血管及其重要結(jié)構(gòu)，最大程度地減少術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生率，預(yù)測術(shù)后發(fā)生肝功能衰竭的風(fēng)險性，從而提高肝臟手術(shù)的成功率［10］。

精準(zhǔn)肝臟虛擬手術(shù)主要依靠三維影像技術(shù)及虛擬手術(shù)系統(tǒng)。三維圖像可視化重建技術(shù)又被稱為非損傷性立體解剖，其利用計算機(jī)圖像處理技術(shù)對二維切面圖像進(jìn)行分析和處理實(shí)現(xiàn)了對人體器官、軟組織和病變組織的分割提取、三維重建和三維圖像的顯示，不需對二維圖像進(jìn)行綜合想象，對肝臟、管道系統(tǒng)的分支走形及病灶的空間位置信息的顯示更加直觀、準(zhǔn)確?？奢o助外科醫(yī)生對病變區(qū)域進(jìn)行分析，為手術(shù)方案設(shè)計提供了準(zhǔn)確的個體化信息，大大提高了診斷的準(zhǔn)確性和可靠性，比二維斷層圖像的臨床應(yīng)用價值更高。三維可視化重建基礎(chǔ)上的虛擬手術(shù)技術(shù)是肝臟外科手術(shù)有效的輔助工具之一，這對制定合理的手術(shù)預(yù)案具有重要的臨床價值［11］。2004年起我們進(jìn)行中國女性一號數(shù)字化虛擬肝臟三維重建及虛擬手術(shù)研究并得到了令人滿意的結(jié)果，為今后數(shù)字化虛擬肝臟及虛擬各種肝臟手術(shù)的研究做了積極探索［12］。這些方法主要是利用CT進(jìn)行三維重建，先進(jìn)的螺旋CT帶有三維軟件和重建功能，對收集的二維圖像通過計算機(jī)處理重建出三維圖像，對疾病的診斷和手術(shù)方案的制訂具有一定的指導(dǎo)作用。三維圖像可供外科醫(yī)生對肝臟進(jìn)行多方位、多角度的觀察，有利于肝臟正確分段、肝內(nèi)病變術(shù)前定位和肝內(nèi)血管變異情況的觀察，降低手術(shù)的風(fēng)險［13-16］。文獻(xiàn)報道應(yīng)用三維腫瘤治療系統(tǒng)同樣是提高放療的精確定位和安全性的方法［17］，說明三維影像技術(shù)具有精確定位和精確引導(dǎo)的作用。

三維超聲具有更加準(zhǔn)確、直觀的特點(diǎn)［18］，尤其是三維斷層超聲模式可根據(jù)實(shí)際需要任意調(diào)整最小層間距［19-20］，更加有利于分層及準(zhǔn)確定位，對于肝臟的病變有更加準(zhǔn)確的定位。三維超聲能提供許多二維超聲不能提供的信息［21-22］。可根據(jù)肝臟腫瘤內(nèi)部血管的走形及空間位置關(guān)系進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，從不同角度觀察手術(shù)區(qū)域，同時能從二維超聲不易得到的冠狀切面進(jìn)行觀察，提高了手術(shù)的精確性。超聲造影可以作為評估肝癌治療療效的可靠方法［23］，可評估虛擬各種肝臟手術(shù)的效果。醫(yī)生可借助術(shù)前進(jìn)行超聲影像技術(shù)的檢查，制定最佳手術(shù)路徑、切除肝段的大小、阻斷肝內(nèi)管道的預(yù)案，達(dá)到減小手術(shù)損傷、預(yù)測治療效果的目的。由于CT價格昂貴且對人體產(chǎn)生輻射，雖然現(xiàn)在的防輻射技術(shù)有所提高，但是仍不適宜為外科醫(yī)生常用的手術(shù)方法。相比較之下，三維超聲具有無輻射的特點(diǎn)，可以反復(fù)操作，且其對血流具有較高的敏感性，更加有利于定位時趨避血管。在肝臟虛擬手術(shù)應(yīng)用中，是一種具有廣泛發(fā)展前景的方法。

4 開展醫(yī)學(xué)影像技術(shù)在肝臟虛擬手術(shù)的展望

通過醫(yī)學(xué)影像技術(shù)在肝臟虛擬手術(shù)的應(yīng)用，可以在手術(shù)前進(jìn)行肝臟手術(shù)規(guī)劃，起到減小組織損傷的目的，經(jīng)三維重建的肝臟腫瘤虛擬手術(shù)系統(tǒng)免去了臨床醫(yī)生復(fù)雜的圖形綜合空間想象過程，可以直觀、清晰、任意角度地顯示肝臟各段的解剖及肝內(nèi)管道系統(tǒng)的走行，以及肝臟病灶的定位及大小，提高了定性、定位診斷的準(zhǔn)確性和可靠性，可望為臨床制定精確的手術(shù)方案提供個體化的信息。

［1］Lamade W，Glombitza G，F(xiàn)ischer L，etal.The impact of 3-dimensional reconstructions on operation planning in liver surgery［J］.Arch Surg，2000，135(11):1256-1261.

［2］鄭樹森，徐 驍.肝移植手術(shù)中供肝動脈變異與肝動脈重建［J］. 中華外科雜志，2005，43(21):1367.

［3］Bismuth H，Houssin D.Hepatic transplantation in children.Facilitation by the use of an adult liver reduced by hepatectomy［J］.Chirurgie，1985，111(2):124-131.

［4］方馳華，吳東波，黃燕鵬，等.螺旋CT掃描數(shù)據(jù)的虛擬輔助性部分原位肝移植手術(shù)［J］.中國普外基礎(chǔ)與臨床雜志.2008，15(10):729-732.

［5］Befeler AS，Di Bisceglie AM.Hepatocellular carcinoma:diagnosis and treatment［J］.Gastroenterology，2002，122(6):1609-1619.

［6］魏東慶，劉景豐.虛擬可視化肝臟的研究和臨床應(yīng)用現(xiàn)狀［J］.肝膽外科雜志，2011，19(3):238-239.

［7］Mise Y，Hasegawa K，Satou S，etal.Venous reconstruction based on virtual liver resection to avoid congestion in the liver remnant［J］.Br JSurg，2011，98(12):1742-1751.

［8］vander Vorst JR，van Dam RM，van Stiphout RS，etal.Virtual liver resection and volumetric analysis of the future liver remnant using open source image processing software［J］.World JSurg，2010，34(10):2426-2433.

［9］Sboarina A，F(xiàn)oroni RI，Minicozzi A，etal.Software for hepatic vessel classification:feasibility study for virtual surgery［J］.Int JComput Assist Radiol Surg，2010，5(1):39-48.

［10］Wigmore SJ，Redhead DN，Yan XJ，etal.Virtual Hepatic resection using three-dimensional Reconstruction of helical computed tomography angioport ograms［J］.Ann Surg，2001，233(2):221-226.

［11］范毓東，周代全，王成波，等.肝臟外科中的虛擬手術(shù)方案設(shè)計［J］. 消化外科，2005，4(5):336-340.

［12］方馳華，周五一，黃立偉.虛擬中國人女性一號肝臟圖像三維重建和虛擬手術(shù)的切割［J］.中華外科雜志，2005，43(11):748-752.

［13］Jurgaitis J，Paskonis M，Pivoriunas J，etal.The comparison of2 dimensional with 3-dimensional hepatic visualization in the clinical hepatic anatomy education ［J］.Medicina(Kaunas)，2008，44(6):428-438.

［14］Ueno S，Sakoda M，Kurahara H，etal.Preoperative segmentation of the liver，based on 3D CT images，facilitates laparoscopic atomic hepatic resection f or small nodular hepatocellular carcinoma in patients with cirrhosis［J］.Hepatogastroenterology，2010，57(101):807-812.

［15］Radtke A，Sotiropoulos GC，Molmenti EP，etal.Computer assisted surgery planning for complex liver resections:when is ithelpful?A single center experience over an 8 year period［J］.Ann Surg，2010，252(5):876-883.

［16］Fujimoto J，Yamanaka J.Liver resection and transplantation using a novel 3D hepatectomy simulation system［J］.Adv Med Sci，2006，51:7-14.

［17］周誠種，聞炳基，夏炎春，等.三維適形放療聯(lián)合奧沙利鉑化療治療肝轉(zhuǎn)移癌的臨床觀察［J］.東南國防醫(yī)藥，2011，13(1):45-47.

［18］黃 樞，閆建平.2種超聲顯像技術(shù)在診斷胎兒畸形中的價值［J］. 醫(yī)學(xué)研究生學(xué)報，2010，23(7):729-732.

［19］Devore GR，Polanko B.Tomographic ultrasound imaging of the fetal heart［J］.JUltrasound Med，2005，24(12):1685-1696.

［20］Duric N，Littrup P，Babkin A，etal.Development of ultrasound tomography for breast imaging:technical Assessment［J］.Med Phys，2005，32(5):1375-1386.

［21］Luo W，Numata K，Morimoto M，etal.Clinical utility of contrastenhanced three-dimensional ultrasound imaging with Sonazoid:findings on hepatocellular carcinoma lesions［J］.Eur J Radiol，2009，2(3):425-431.

［22］Hirche C，Hünerbein M.Image navigated resection of liver segments［J］.Praxis，2009，98(11):589-595.

［23］司 芩，黃省稀，張華華，等.超聲造影在肝癌非手術(shù)治療中的應(yīng)用價值［J］. 東南國防醫(yī)藥，2009，11(1):14-16