基于CT掃描的肝臟三維可視化系統(tǒng)在精準肝臟外科中的應用進展

鐘平勇，張 宇，楊洪吉，，3△

(1.西南醫(yī)科大學，四川 瀘州 646000；2.四川省醫(yī)學科學院·四川省人民醫(yī)院器官移植中心，四川 成都 610072；3.電子科技大學醫(yī)學院，四川 成都 610000)

△通訊作者

基于CT掃描的肝臟三維可視化系統(tǒng)在精準肝臟外科中的應用進展

鐘平勇1，張 宇2，楊洪吉1，2，3△

(1.西南醫(yī)科大學，四川 瀘州 646000；2.四川省醫(yī)學科學院·四川省人民醫(yī)院器官移植中心，四川 成都 610072；3.電子科技大學醫(yī)學院，四川 成都 610000)

精準肝臟外科具有豐富的哲學內涵，是一種全新的肝臟外科理念和技術體系，旨在追求徹底清除目標病灶的同時，追求患者利益的最大化；精準肝切除的創(chuàng)新理念必須依托當前高度發(fā)達的現(xiàn)代科學技術的支撐才能轉化為現(xiàn)實[1]。近年來，由于現(xiàn)代多排CT(multidetector CT，MDCT)掃描技術的發(fā)展及肝臟三維可視化技術的進步，衍生出肝臟虛擬切除、手術規(guī)劃及術中導航等新技術，形成了可由臨床醫(yī)師操作的計算機輔助手術規(guī)劃系統(tǒng)，并在臨床工作中逐漸得到廣泛應用[2]。

1 肝臟三維可視化系統(tǒng)在精準肝臟外科的臨床應用研究

肝臟三維可視化系統(tǒng)建立的可視化肝臟結構模型，透視化顯示肝內脈管系統(tǒng)的完整走行及其分支分布，精確地顯示病灶與肝內脈管系統(tǒng)的立體空間位置關系，并可任意旋轉觀察、移動、切割，測量相應數(shù)據，提供二維圖像難以顯示的區(qū)域，并以其精確、逼真、生動的圖像特點深受外科醫(yī)師青睞而被廣泛應用于指導肝臟外科手術[3]。

1.1 在術前評估中的應用 以往在肝臟疾病診療的過程中，主要通過CT/MRI等二維圖像資料獲取信息，無法顯示肝臟立體結構，尤其是病灶與脈管的空間結構關系。而通過計算機輔助系統(tǒng)構建出全面、客觀、逼真的肝臟結構及病灶信息，可指導我們對病灶情況的判斷，避免手術的盲目性，盡可能地降低手術風險[3，4]。據統(tǒng)計，肝癌術后肝衰竭的發(fā)生率為1.2%～32%[4]。當前，把殘肝體積測量列為術前評估肝臟儲備功能的一種常規(guī)方法，而利用CT的三維重建技術，可在任意切線下計算腫瘤切除后殘肝體積，有助于可切除性的評估[5]。林科燦等[6]對76例肝癌患者進行模擬肝臟手術規(guī)劃系統(tǒng)測量的虛擬切除體積，與術中實際切除體積呈顯著正相關，誤差率僅為6.1%；經量化肝功能指標并采用Logistic回歸分析及ROC曲線分析顯示剩余肝臟體積比(殘肝體積/標準化肝臟體積)是重度肝功能損害的獨立預測因素，有效預測術后肝功能損害的風險。因此，3D評估和手術計劃更應當成為當前肝臟外科的常規(guī)術前準備。

1.2 在肝癌中的應用 手術切除是目前肝癌公認的首選治療方法。在亞太地區(qū)，肝癌往往合并肝炎、肝硬化，且與肝內脈管密切相關，尤其是巨大肝癌，擠壓或浸潤周圍組織致肝內解剖變異，手術難度極高。三維可視化系統(tǒng)可顯示肝臟3D空間結構，分析體積，設計最佳切面，預演肝切除術，采取預防措施，減少術中出血，降低了術中并發(fā)癥發(fā)生的風險[7]。姜春林等[8]回顧分析34例巨大肝癌患者，在模擬切除與實際切除的肝臟體積和手術切緣距離上模擬值與實際值相關性較好，顯示了三維手術模擬系統(tǒng)在巨大肝癌精準肝切除的術前評估中起到重要的輔助作用。鐘小虎等[9]的對照研究表明，模擬手術規(guī)劃組術中出血量與肝門阻斷的時間明顯少于對照組。有學者[10]將規(guī)劃系統(tǒng)中三維重建技術模塊應用于中晚期肝癌大小和周圍血管情況的顯像，為介入治療提供準確的依據。蘇琳等[11]應用3D可視化技術研究了16例嬰幼兒復雜肝腫瘤的精準肝切除術，顯示了更佳的精準、安全、有效。

1.3 在肝門部膽管癌中的應用 肝門部膽管癌占肝外膽道惡性腫瘤的60%～70%，且發(fā)病率呈逐年上升趨勢[12]，根治性切除是長期存活的唯一出路。由于肝門部膽管癌具有高侵襲性，手術極具挑戰(zhàn)性。手術需要了解腫瘤與血管、膽道及肝臟等的關系。CT具有顯示腫瘤侵犯血管及肝臟情況的優(yōu)勢，MRCP能夠顯示整體膽管樹，但對肝動脈是否受侵檢查準確性不高[13，14]。計算機輔助手術規(guī)劃系統(tǒng)能將CT二維圖像重建成三維可視化結構，清晰地顯示立體的肝臟血管及擴張肝內外膽道，尤其是真實反映腫瘤的毗鄰關系及浸潤程度，而且可提高肝門部膽管癌的早期診斷率，同時對于預測手術切緣陰性的準確率高達94.4%[15]。Nanashima等[16]的研究顯示，39例膽管惡性腫瘤患者的膽道3D灌注成像，其三維融合圖像顯示腫瘤侵犯的范圍相當于常規(guī)造影的效果。楊世忠等[17]回顧分析15例復雜肝門部膽管癌患者的臨床資料表明，三維方法評估門靜脈和肝動脈受累的敏感度、特異度和準確率分別為 100.0%、72.7%、72.7%與100.0%、78.6%、78.6%。曾寧等[18]前瞻性研究13例肝門部膽管癌患者進行三維可視化重建，對比術前與術中肝門膽管癌的分型、模擬手術方式與實際手術方式，研究顯示術前三維重建對腫瘤分型診斷準確率 100%，模擬手術與實際手術方式符合率為85%，因此三維可視化重建可對患者進行準確的術前評估和手術規(guī)劃。

1.4 在肝膽管結石中的應用 肝內膽道變異較為常見，伴有膽道結石膽管炎時，加重肝內血管及膽管的扭曲變異，增加圍手術期并發(fā)癥，盡管纖維膽道鏡已普遍使用，膽道術后殘石率仍高達21%[19]。肝臟三維可視化系統(tǒng)的應用可降低術后殘石率。范應方等[20]應用54例肝膽管結石病患者的肝臟64排螺旋CT掃描原始數(shù)據，進行肝臟及膽道三維重建，研究表明該系統(tǒng)除能精確顯示膽道病變形態(tài)、肝內膽管結石的部位、大小及數(shù)量外，仿真手術方案與實際手術的符合率為94%，全組術后結石殘留率僅為6%，證實該手術規(guī)劃系統(tǒng)在肝膽管結石病中具有一定的應用價值。方馳華等[21]成功構建肝膽管結石三維可視化診治平臺，對112例肝膽管結石患者的CT數(shù)據進行分析，用于肝膽管結石臨床診斷分型及指導精準手術治療，使總手術殘石率<3%、并發(fā)癥發(fā)生率<5.6%、術后結石復發(fā)率<2.4%。

1.5 在肝移植中的應用 肝移植術的技術難點在于血管處理，尤其是解剖第二、三肝門時意外出血、空氣栓塞；血管吻合的關鍵是管徑相近，長度適中?；铙w肝移植中，原則上受體最少需要原標準肝體積的40%，供體至少要保留原肝體積的35%[22]?；贑T掃描重建的肝模型可提供肝移植供受體的脈管、肝臟外形和體積等解剖方面完整的匹配信息。Schroeder等[23]首先報道了應用三維評估的方法將肝臟大小不匹配或管道結構有變異的102例供體捐獻者從肝移植候選者中排除。隨后，肝臟三維可視化開始應用于評估親體肝移植術后肝臟再生和靜脈灌注、引流等情況。Kayashima等[24]觀察13例左肝親體移植后肝移植再生及肝靜脈側支循環(huán)形成情況。此外，何翼彪等[25]報道了應用數(shù)字化三維重建技術指導21例終末期肝泡型包蟲病患者的治療，其中行離體肝切除自體肝移植15例，活體肝移植6例，提高了手術的精準性和成功率，顯示出良好的療效。自此，三維可視化在肝移植尤其是親體肝移植中得到全面應用。

1.6 在外科教學和手術訓練中的應用 3D可視化肝臟模型提供立體、透視化的解剖圖像，肝臟的大小形態(tài)及其內部脈管結構，肝段的劃分等均可在三維模型中顯示講解，生動形象，易于理解和醫(yī)患溝通。3D模型的出現(xiàn)及虛擬手術仿真軟件的應用如Liversim，借助于力反饋系統(tǒng)可獲得手感反饋，并展現(xiàn)真實術中肝臟變形[26]。日本已經建立起了3D虛擬肝切除仿真中心，開展培訓教學[27]。這種方法既解決了年輕醫(yī)生在醫(yī)學資源短缺、醫(yī)患關系緊張大環(huán)境下無手術訓練困局，又減少了動物使用，也避免了違背醫(yī)學倫理之嫌，著實值得提倡。

1.7 3D醫(yī)學打印助力三維可視化系統(tǒng)的發(fā)展 3D打印技術作為一種新興的快速成型技術，廣泛應用于航空航天、各種模具加工等領域?；贑T掃描數(shù)據重建得到的三維模型圖像信息通過3D打印機生成一定比例的實物模型，給予觸覺上的真實感。做出的病例模型，可展現(xiàn)在患者及其家屬眼前，使醫(yī)患溝通簡單易行；同樣也使晦澀圖文醫(yī)學教學更加生動靈活。方馳華等[21]在肝膽管結石三維可視化診治平臺的基礎上，將模型圖像以STL格式文件保存，選取感興趣的脈管、病灶等導入相關3D打印軟件建模處理后，成功打印了可視化3D物理模型，指導治療復發(fā)性、復雜性肝膽管結石。Fang等[27]結合應用肝臟3D打印精確指導22例肝臟腫瘤的診治。試設想，肝臟三維重建模型結合3D打印技術，輔以生物組織工程技術，“打印出”具有生命活性的肝臟，解決當今肝源嚴重缺乏的困境，是多么令人振奮。但目前3D打印與三維技術結合應用中存在技術制約，且價格昂貴，難以推廣普及，有待于技術的進一步發(fā)展。

2 展望

三維可視化系統(tǒng)處于快速發(fā)展時期，并在精準肝臟外科中得到廣泛應用。雖然三維可視化系統(tǒng)存在部分重建信息丟失造成圖像不夠精確，耗時較長及專業(yè)軟件價格昂貴等缺點，但隨著數(shù)字醫(yī)學技術的不斷進步，三維可視化系統(tǒng)聯(lián)合計算機輔助手術的應用必將把肝臟外科的精準度推上更高水平。

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Progress application of 3D visualization system based on CT scanning in liver surgery

ZHONG Ping-yong1，ZHANG Yu2，YANG Hong-ji1，2，3

2015-11-23；

2015-12-30)