三維重建技術(shù)在肝臟體積測(cè)量中的臨床應(yīng)用

賀愛，徐鈞

(1.山西醫(yī)科大學(xué)，山西 太原 030001；2.山西省腫瘤醫(yī)院，山西 太原 030013)

三維重建技術(shù)在肝臟體積測(cè)量中的臨床應(yīng)用

賀愛1，徐鈞2*

(1.山西醫(yī)科大學(xué)，山西 太原 030001；2.山西省腫瘤醫(yī)院，山西 太原 030013)

隨著現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)學(xué)科、循證醫(yī)學(xué)、人文醫(yī)學(xué)的發(fā)展興起，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與醫(yī)學(xué)結(jié)合出現(xiàn)的數(shù)字醫(yī)學(xué)，推動(dòng)著傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)外科模式向現(xiàn)代精準(zhǔn)外科模式的轉(zhuǎn)變。肝臟外科憑借現(xiàn)代先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)跨入了精準(zhǔn)肝切除的時(shí)代[1-2]。通過使用數(shù)字化外科技術(shù)，可以將個(gè)體的肝臟CT斷層圖像數(shù)據(jù)重建成三維立體化的肝臟模型，從而對(duì)肝臟內(nèi)部復(fù)雜的解剖結(jié)構(gòu)和發(fā)生病變部位的形態(tài)有所認(rèn)識(shí)，并且可以對(duì)肝臟體積進(jìn)行準(zhǔn)確的定量分析。肝臟體積大小可反映肝臟實(shí)質(zhì)細(xì)胞容量的變化，從而間接反映肝臟血流灌注和代謝能力，在國(guó)外已被視為與Child-pugh分級(jí)同等重要的肝臟儲(chǔ)備功能指標(biāo)[3]。因此，精確的肝臟體積測(cè)量對(duì)安全實(shí)施肝臟外科手術(shù)、防止術(shù)后肝衰竭并發(fā)癥的發(fā)生起著至關(guān)重要的作用。

1 肝臟體積測(cè)量

1.1 肝臟體積測(cè)量的方法

目前常用的測(cè)量方法包括水測(cè)法、B超、單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像術(shù)(SPECT)、CT和MRI等，而臨床多采用水測(cè)法和CT測(cè)量法。眾多的研究指出，水測(cè)法盡管被公認(rèn)為是測(cè)量肝體積的“金標(biāo)準(zhǔn)”，但只能用于離體肝體積的測(cè)量，導(dǎo)致了其對(duì)活體肝體積測(cè)量的局限。近年來(lái)，多層螺旋CT的傳統(tǒng)手工測(cè)量法和計(jì)算機(jī)三維重建法均已被臨床普遍認(rèn)為是可以準(zhǔn)確測(cè)量活體肝臟體積的方法[4]。傳統(tǒng)的測(cè)量方法復(fù)雜、粗糙、工作量大，受醫(yī)師的主觀影響大，而通過計(jì)算機(jī)三維軟件可以較為快速準(zhǔn)確地計(jì)算出各個(gè)感興趣肝臟區(qū)段的體積，還可通過虛擬肝切除手術(shù)的模擬實(shí)施，為正確估計(jì)肝切除量及防止術(shù)后肝功能衰竭提供一種安全有效的評(píng)估方法。有研究指出[5]，Heymsfield、Mos先后分別應(yīng)用傳統(tǒng)CT測(cè)量法與水測(cè)法測(cè)量肝實(shí)際體積，結(jié)果顯示兩種方法對(duì)肝體積的測(cè)量值相差小于5%。Schiano等[6]通過對(duì)579 例肝移植患者的研究表明，術(shù)前CT測(cè)量的實(shí)際肝體積與術(shù)后水測(cè)法測(cè)得的體積相差無(wú)幾。Saito等[7]采用CT三維重建法，對(duì)72 例行肝切除術(shù)的患者進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)術(shù)前CT三維技術(shù)測(cè)得的預(yù)計(jì)肝切除體積與術(shù)中實(shí)際切除的肝體積平均差值為9.3 mL。Itoh等[8]對(duì)304 例實(shí)施肝切除的患者術(shù)前使用三維重建軟件Zio M900(Ziosoft，日本)測(cè)量肝體積，最后手術(shù)零死亡。為了進(jìn)一步研究CT三維重建法測(cè)量肝體積的準(zhǔn)確性，國(guó)外學(xué)者通過傳統(tǒng)CT計(jì)算法與ScoutTM三維分析軟件得出的肝臟體積進(jìn)行比較，結(jié)果兩者計(jì)算的體積均與相應(yīng)肝臟重量有著明顯的相關(guān)性，P≤0.0 001，而通過ScoutTM三維分析出的肝臟體積準(zhǔn)確性有明顯提高[9]。我國(guó)方馳華等[10]應(yīng)用三維模擬軟件對(duì)CT薄層掃描的圖像進(jìn)行重建，軟件自動(dòng)計(jì)算出全肝體積、預(yù)切除肝體積及剩余肝體積，經(jīng)研究證實(shí)其預(yù)切除肝體積與實(shí)際切除結(jié)果比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，具有相關(guān)性。姜春林等[11]對(duì)34 例行精準(zhǔn)肝切除手術(shù)的巨大肝癌患者，術(shù)前應(yīng)用計(jì)算機(jī)三維模擬軟件規(guī)劃手術(shù)方案及計(jì)算肝體積，得出結(jié)論為使用三維重建技術(shù)計(jì)算出的預(yù)切除肝體積與實(shí)際切除肝臟體積比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，兩者高度相關(guān) (r= 0.961，0.923)；應(yīng)用三維重建軟件制定的手術(shù)切緣距離與實(shí)際手術(shù)過程中的切緣距離高度吻合。林科燦等[12]利用肝臟手術(shù)規(guī)劃系統(tǒng)軟件 Liv1.0計(jì)算出的腫瘤所在肝段體積結(jié)果與實(shí)際手術(shù)切除的標(biāo)本體積幾乎一致，為后續(xù)手術(shù)方案的制訂實(shí)施提供了強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐。由此可見，CT三維重建法肝體積的估算較傳統(tǒng)CT測(cè)量法更為精確。因此，越來(lái)越多的國(guó)外及國(guó)內(nèi)學(xué)者認(rèn)為，基于CT的三維重建技術(shù)可以精確地測(cè)量肝體積，減少了術(shù)中出血及術(shù)后病死率的發(fā)生。

1.2 肝臟體積計(jì)算公式

肝體積存在個(gè)體化及人種間的差異，相關(guān)國(guó)外文獻(xiàn)可見肝標(biāo)準(zhǔn)體積公式[13-15]：第一，基于德國(guó)人群的標(biāo)準(zhǔn)肝體積(SLV)公式：SLV(mL)=1 072.8×體表面積(BSA)-345.7；第二，基于美國(guó)人群的標(biāo)準(zhǔn)肝體積公式：SLV(mL)= 6×體質(zhì)量(BW)+4×Age+350；第三，基于日本人群的標(biāo)準(zhǔn)肝體積公式：

SLV(mL)=706.2×BSA+2.4。由于我國(guó)人民自身因素的原因，上述體積公式不完全適用，為此國(guó)內(nèi)大量的研究者對(duì)肝體積公式進(jìn)行研究，黎一鳴等[16]根據(jù)體表面積推導(dǎo)出我國(guó)正常人群標(biāo)準(zhǔn)肝臟體積公式為：SLV(cm3)=613×BSA(m2)+162.8，BSA=0.071×身高(BH)+0.0133×BW-0.1971。王茂春等[17]研究得出的公式為SLV(cm3)= 12.745×BH(cm)-879.24，SLV(cm3)=10.298×BW(kg)+550.02，SLV(cm3)=570.1×BSA(m2)+168.8。BSA(m2)=0.007×BH(cm)+0.0133×BW(kg)-0.1971。李富貴等[18]通過對(duì)成人右半肝活體移植(不包括肝中靜脈)供體的臨床資料進(jìn)行回顧性分析，得出實(shí)際的全肝體積的計(jì)算公式為：SLV(cm3)=11.508×BW(kg)+334.024。因其研究的差異以及無(wú)法預(yù)估的準(zhǔn)確度及誤差，肝體積計(jì)算的公式尚無(wú)明確統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 肝體積變化率與肝瞬時(shí)彈性值的關(guān)系

研究顯示基于CT的三維重建法測(cè)量的肝體積值與肝實(shí)際體積測(cè)定值非常接近，說明三維重建法具有良好的準(zhǔn)確度，在臨床工作中可被廣泛用于估算實(shí)際肝體積。而肝體積受體表面積、體重、身高等自身因素的影響以及個(gè)體間的差異，導(dǎo)致肝體積的絕對(duì)值難以量化比較，故有學(xué)者提出肝體積變化率這一指標(biāo)，更能準(zhǔn)確反映患者肝細(xì)胞容量變化情況[19]。肝體積變化率(R)=(標(biāo)準(zhǔn)肝體積測(cè)定值-病肝體積CT測(cè)量值)/標(biāo)準(zhǔn)肝體積測(cè)定值×100%。然而單純地依靠肝體積變化率來(lái)評(píng)估肝硬化患者肝儲(chǔ)備功能并不確切，因此有研究提出測(cè)定肝組織彈性值并結(jié)合肝體積變化率來(lái)較為確切地評(píng)估患者有功能單位的肝細(xì)胞數(shù)目[19-20]。

2 三維重建法精確測(cè)量的肝體積與肝功能儲(chǔ)備之間的關(guān)系

2011年董家鴻等[4]提出的專家共識(shí)中指出，肝體積是評(píng)估肝儲(chǔ)備功能的主要方法之一，通過肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞數(shù)目的變化與結(jié)構(gòu)的完整性來(lái)反映肝臟的功能儲(chǔ)備情況。正常肝臟其有功能的實(shí)質(zhì)細(xì)胞數(shù)目與體積大小成正比，當(dāng)肝臟發(fā)生病變時(shí)，實(shí)質(zhì)細(xì)胞數(shù)目的減少與結(jié)構(gòu)的破壞導(dǎo)致肝儲(chǔ)備功能的降低[21]。因此，正確測(cè)量肝臟體積和計(jì)算肝臟實(shí)質(zhì)切除率具有重要的臨床意義，對(duì)于肝切除手術(shù)的安全實(shí)施至關(guān)重要。以前對(duì)剩余肝臟體積的評(píng)估是根據(jù)術(shù)前CT或MRI等影像粗略估算和術(shù)中對(duì)肝臟實(shí)體體積的大體目測(cè)，而基于CT的三維重建影像技術(shù)，可以把肝體積的測(cè)量細(xì)化到肝葉，甚至精確到每一個(gè)可見的供血區(qū)段。我國(guó)是乙肝大國(guó)，大多數(shù)肝癌患者通常都合并有不同程度的肝硬化，而肝硬化會(huì)導(dǎo)致肝體積的變化，因此術(shù)前準(zhǔn)確測(cè)量肝體積，確定其安全切除量，對(duì)防止術(shù)后肝功能的不足顯得非常重要[22]。廖錦元和黃仲奎[23]研究顯示除尾狀葉外，肝硬化患者組與正常組之間其余的各肝葉體積和各肝葉占全肝體積百分比都有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，并且隨著肝硬化分級(jí)的增加，肝右葉和肝方葉逐級(jí)縮小，左肝外葉逐級(jí)增大，全肝體積縮小，而尾狀葉變化不大。黎一鳴等[24]使用CT對(duì)肝臟體積進(jìn)行測(cè)量研究顯示，肝Child-Pugh功能分級(jí)越差，病變肝臟的平均體積就越小。研究中為了定量評(píng)估肝體積變化的情況，引用了體積變化率(R)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)R值的大小與患者術(shù)后發(fā)生嚴(yán)重并發(fā)癥相關(guān)，當(dāng)R≥20%時(shí)，術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率為7%，當(dāng)R≤40%時(shí)，術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率可高達(dá)75%。因此將術(shù)前肝功能Child-Pugh分級(jí)與CT測(cè)量的肝體積結(jié)合起來(lái)，評(píng)估病變肝臟的儲(chǔ)備功能，有利于正確選擇合理的外科術(shù)式和手術(shù)時(shí)機(jī)，降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，提高療效。在肝功能儲(chǔ)備功能研究的最新進(jìn)展中，Tong等[25]研究肝臟體積變化與肝功能之間的關(guān)系證實(shí)：經(jīng)CT測(cè)得的肝體積與經(jīng)體表面積換算得出的標(biāo)準(zhǔn)肝體積的比值<83.9%，則表明預(yù)后不良；當(dāng)CT計(jì)算的剩余肝臟體積與體表面積的比值<250 mL/m2時(shí)，術(shù)后出現(xiàn)肝衰竭的風(fēng)險(xiǎn)將顯著增大。先進(jìn)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的應(yīng)用，尤其是應(yīng)用CT三維重建技術(shù)評(píng)估肝臟儲(chǔ)備功能已成為發(fā)展趨勢(shì)。CT灌注成像與三維重建法聯(lián)合應(yīng)用測(cè)量肝體積，通過肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞數(shù)量及其功能，可較為客觀地評(píng)價(jià)不同肝功能Child-Pugh分級(jí)的肝臟儲(chǔ)備功能。賈晶等[26]采用肝血流量與不同病變的肝體積(LV)相結(jié)合所得的體積-灌注綜合指數(shù) (VBPI)這一指標(biāo)對(duì)肝儲(chǔ)備功能進(jìn)行量化評(píng)估，得出隨著肝纖維化程度的增加，各肝葉體積變化的同時(shí)引起了肝臟血流量灌注的減少，肝功能儲(chǔ)備降低。

3 三維重建法精確測(cè)量肝體積與肝切除剩余安全量的關(guān)系

研究顯示CT三維重建法測(cè)量的肝體積能較為精確地反映肝臟的實(shí)際體積。肝體積及肝實(shí)質(zhì)切除率的精確計(jì)算結(jié)合肝臟儲(chǔ)備功能的量化評(píng)估，對(duì)于選擇合理安全的外科術(shù)式和確定肝切除剩余安全量具有重要的意義。肝臟切除限量是通過剩余肝體積占全肝體積的比值來(lái)設(shè)定。蘇黎世大學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)中認(rèn)定[4]，正常肝實(shí)質(zhì)患者，剩余肝體積占全肝實(shí)質(zhì)體積30%的肝切除量是安全的；對(duì)于肝功能代償良好且不伴門靜脈高壓癥、Child-Pugh A級(jí)的肝硬化患者來(lái)說，剩余肝體積不小于全部肝實(shí)質(zhì)體積50%的肝切除量也是安全的。但也有研究指出，不同病變情況下的肝體積，其功能儲(chǔ)備不同，相同級(jí)別下的肝臟儲(chǔ)備功能差異大，顯然根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)是不全面的。日本學(xué)者M(jìn)izuguchi等[27]應(yīng)用吲哚氰綠15min滯留率(ICGR15) 的研究顯示，其可以對(duì)肝癌的切除最大范圍做出預(yù)測(cè)：ICGR15<10%，可以行4個(gè)肝 段切除，ICGR15 10%～19%，可以行2～3個(gè)肝 段切除，ICGR15 20%～29%，只能行單個(gè)肝段切除，ICGR15 30%～39%，僅能行腫瘤楔形切除術(shù)，ICGR15≥40%，只能行腫瘤剜除術(shù)，禁止行肝段切除。近年來(lái)，三維重建軟件的應(yīng)用，對(duì)肝臟體積測(cè)量的準(zhǔn)確性提高，對(duì)極量肝切除的研究越來(lái)越多。陳中等[28]回顧性分析7 年間手術(shù)治療的69 例巨大原發(fā)性肝癌患者的臨床資料，綜合分析評(píng)估巨大肝癌肝切除的術(shù)前肝功能、肝儲(chǔ)備功能、肝切除量、殘肝體積等指標(biāo)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)全組術(shù)前肝儲(chǔ)備功能ICGR15均≤15%，術(shù)前估計(jì)解剖性肝切除量在50%～70%，對(duì)43 例患者實(shí)施了根治性切除治療，26 例患者行姑息性切除治療。切除術(shù)后1個(gè)月內(nèi)死亡3 例，手術(shù)病死率為4.4%，術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率為27.5%，經(jīng)治療后均順利恢復(fù)出院。盡管計(jì)算機(jī)三維重建技術(shù)可以對(duì)肝體積精確測(cè)量，為肝切除安全限量及適當(dāng)?shù)母吻谐秶峁┝丝煽恳罁?jù)，但是，個(gè)體間的差異導(dǎo)致肝切除剩余量及安全線的不確定性，因此肝切除安全限量仍存在爭(zhēng)議，需進(jìn)一步研究。

4 前景與展望

綜上所述，肝體積的精確測(cè)量為肝臟手術(shù)安全實(shí)施提供依據(jù)?；贑T的三維重建能夠準(zhǔn)確測(cè)量全肝體積、預(yù)切除體積及剩余肝體積，并對(duì)肝內(nèi)多管道系統(tǒng)進(jìn)行重建，給肝臟外科醫(yī)生在術(shù)前制訂手術(shù)方案提供了參考[29]，盡可能準(zhǔn)確地評(píng)估術(shù)后肝儲(chǔ)備功能，提高手術(shù)成功率，降低術(shù)后嚴(yán)重并發(fā)癥的發(fā)生。我國(guó)自主研發(fā)的3D+醫(yī)學(xué)影像可視化處理系統(tǒng)正逐步應(yīng)用于臨床，因此準(zhǔn)確測(cè)量肝體積對(duì)肝臟腫瘤行精準(zhǔn)肝切除，具有明顯的臨床指導(dǎo)價(jià)值。

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2016-11-17

(本文編輯：張榮梅)

賀愛 (1989— )，女，山西省太原市人，在讀碩士。研究方向：普通外科學(xué)。

*本文通訊作者：徐鈞