以血管為軸心的巨塊型肝臟腫瘤三維可視化術(shù)前規(guī)劃和診療

方馳華 趙東 曾思略

肝臟部位巨塊型的惡性腫瘤主要來源于肝細(xì)胞性肝癌或肝內(nèi)膽管細(xì)胞癌。近年來，巨塊型肝臟腫瘤手術(shù)的安全性不斷提高，這不僅源于日益精湛的手術(shù)操作技術(shù)，而且得益于日益先進的術(shù)前評估手段。在臨床工作中，腫瘤的大小并不是影響腫瘤可切除性和手術(shù)安全性的重要因素，而是腫瘤所涉及到的重要血管，包括門靜脈、肝靜脈及下腔靜脈等。傳統(tǒng)的術(shù)前評估主要依賴CT或MRI影像資料，外科醫(yī)師只能憑借經(jīng)驗對二維圖像進行抽象的三維認(rèn)識，術(shù)前很難做出準(zhǔn)確的手術(shù)規(guī)劃[1]。數(shù)字醫(yī)學(xué)的發(fā)展為其提供了新的診療方式，三維可視化技術(shù)改變了疾病傳統(tǒng)的二維診治模式。近年來，它在CT、MRI等影像學(xué)檢查獲得器官和病變信息的基礎(chǔ)上有了更進一步的發(fā)展，從三維可視化、3D打印，進一步轉(zhuǎn)化為虛擬現(xiàn)實(virtual reality, VR)模型，獲得更為直觀、立體、準(zhǔn)確的腫瘤與周圍重要血管的解剖信息，在手術(shù)中結(jié)合吲哚菁綠(indocyanine green,ICG)分子熒光影像技術(shù)，為術(shù)前規(guī)劃和診療發(fā)揮重要作用[2]，實現(xiàn)了巨塊型肝臟腫瘤解剖性、功能性、根治性的手術(shù)治療。

一、傳統(tǒng)影像學(xué)在巨塊型肝臟腫瘤診治的局限

肝臟腫瘤由于起病隱匿，早期往往癥狀不明顯，就診時腫瘤多數(shù)已經(jīng)生長巨大。巨塊型肝臟腫瘤由于其體積巨大，常壓迫、侵犯肝內(nèi)血管，使手術(shù)難度增大，手術(shù)風(fēng)險增加。傳統(tǒng)的CT和MRI影像學(xué)檢查僅能提供二維平面圖像，無法直觀、立體地顯示腫瘤與周圍重要脈管的解剖關(guān)系；難以準(zhǔn)確測算標(biāo)準(zhǔn)肝臟體積及剩余肝臟體積(future liver remnant,FLR)，難以為術(shù)前規(guī)劃提供更多有效的信息；無法術(shù)中導(dǎo)航，精確界定腫瘤邊界指導(dǎo)解剖性肝切除術(shù)。

二、以血管為軸心的巨塊型肝臟腫瘤三維可視化術(shù)前規(guī)劃和診療的研究及應(yīng)用

近十年來，隨著數(shù)字醫(yī)學(xué)這門新興交叉學(xué)科的迅猛發(fā)展，三維可視化技術(shù)使得巨塊型肝臟腫瘤的診斷由傳統(tǒng)影像學(xué)二維平面的診治模式向三維立體模式跨越式轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)了從過去“摸著石頭過河”到如今“看著石頭過河”。臨床醫(yī)師運用三維可視化技術(shù)為巨塊型肝臟腫瘤進行以血管為軸心的分型及術(shù)前規(guī)劃，術(shù)中結(jié)合ICG分子熒光影像技術(shù)界定腫瘤邊界、確定肝切除界線及偵測微小癌灶，從而導(dǎo)航巨塊型肝臟腫瘤解剖性、功能性、根治性的手術(shù)治療。

1.以血管為軸心巨塊型肝臟腫瘤分型及手術(shù)規(guī)劃 巨塊型肝臟腫瘤體積巨大，常常鄰近第一、二、三肝門區(qū)域，主要累及的血管包括門靜脈左支、門靜脈右支；肝右靜脈、肝中靜脈、肝左靜脈；肝右動脈、肝左動脈及下腔靜脈等。根據(jù)腫瘤所在部位、腫瘤累及的血管、血管被壓迫或侵犯程度進行分型及手術(shù)規(guī)劃。

以血管為軸心的巨塊型肝臟腫瘤三維可視化分型可分為6型。①Ⅰ型：腫瘤涉及門靜脈。Ⅰa 型：腫瘤涉及門靜脈右支；Ⅰb型：腫瘤涉及門靜脈左支。②Ⅱ型：腫瘤涉及肝靜脈。Ⅱa型：腫瘤涉及肝右靜脈；Ⅱb型：腫瘤涉及肝中靜脈；Ⅱc型：腫瘤涉及肝左靜脈。③Ⅲ型：腫瘤涉及肝動脈。Ⅲa型：腫瘤涉及肝右動脈；Ⅲb型：腫瘤涉及肝左動脈；④Ⅳ型：腫瘤涉及下腔靜脈。⑤Ⅴ型：腫瘤涉及腹主動脈。⑥Ⅵ型：其他情況，腫瘤侵犯多條血管。

根據(jù)腫瘤侵犯血管程度分為4級，分別為：0級：腫瘤未壓迫血管；1級：腫瘤壓迫但未侵犯血管；2級：腫瘤侵犯血管但未中斷；3級：腫瘤侵犯血管，導(dǎo)致血管連續(xù)性中斷。

因此，采用以血管為軸心的三維可視化分型和分級，精確測量腫瘤與相鄰重要血管的距離，分析兩者之間的關(guān)系以及有無血管變異，能夠更加合理制定手術(shù)方案，減少術(shù)中醫(yī)源性血管損傷。肝臟脈管系統(tǒng)變異率高，MI-3DVS三維重建肝內(nèi)血管分支可達3～4級水平，術(shù)者可根據(jù)門靜脈變異情況制定個體化肝切除平面，最大限度保留正常肝臟組織，降低術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率；肝靜脈如回流不暢，術(shù)后容易導(dǎo)致肝淤血、肝衰竭，維持足夠靜脈引流能降低術(shù)后肝功能不全發(fā)生率，術(shù)前充分了解肝靜脈走行及變異情況對降低術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率有重要意義[3]。

2.三維可視化肝臟分段及體積計算 對于巨塊型肝臟腫瘤術(shù)前評估能否行手術(shù)切除，不可回避的問題即腫瘤所涉及肝段以及標(biāo)準(zhǔn)肝臟體積和剩余肝臟體積的計算。傳統(tǒng)的方法是運用肝臟體積計算公式及基于CT、MRI的二維平面的體積測算。MI-3DVS是以Couinaud分段理論為基礎(chǔ)，通過計算機圖像分割技術(shù)將肝臟、腫瘤和血管劃分出來，按照血流拓?fù)涞姆椒?，自動提取門靜脈的中心線，建立血管樹模型?；陂T靜脈和肝靜脈的血流拓?fù)鋵W(xué)關(guān)系，每個肝段都有其獨立的門靜脈供血和肝靜脈回流血管，無論門靜脈、肝靜脈是否變異，均可進行自動個體化肝臟分段，并用基于體素的原理通過三維重建算法，實現(xiàn)肝臟任意肝段及任意門靜脈分支流域的體積計算。它可以直觀、清晰、任意角度地顯示肝段的解剖位置，以及門靜脈、肝靜脈、肝動脈的走向。醫(yī)生可以根據(jù)需要調(diào)整三維可視化模型各個肝臟分段，結(jié)合肝臟個體化解剖特征，模擬多個肝臟切除平面離斷血管，優(yōu)化手術(shù)入路。研究證實，三維可視化技術(shù)測量的肝臟體積結(jié)果與實際肝臟體積是相符合的[4]。利用三維重建技術(shù)對大肝癌病人進行手術(shù)規(guī)劃，其研究結(jié)果顯示三維重建技術(shù)在保障大肝癌病人手術(shù)安全性方面發(fā)揮了重要作用[5]。

3.VR在巨塊型肝臟腫瘤診療中的應(yīng)用 VR技術(shù)是一種能夠創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機仿真技術(shù)，它利用計算機生成特定模擬場景，是一種實現(xiàn)多源信息融合的、交互式的三維動態(tài)視景技術(shù)。將三維可視化模型導(dǎo)入高質(zhì)量開發(fā)引擎進行VR建模，操作者通過佩戴頭戴式VR眼鏡及使用操作手柄在虛擬場景中移動目標(biāo)解剖結(jié)構(gòu)，對VR模型進行更深入地判讀分析。這種沉浸式的人機交互模式真實展現(xiàn)了前期三維可視化研究的立體感和空間感，結(jié)合以血管為軸心巨塊型肝臟腫瘤三維可視化分型及分級，對腫瘤與周圍血管解剖關(guān)系及血管的侵犯程度做出精確的術(shù)前評估和手術(shù)指導(dǎo)。

隨著計算機技術(shù)及數(shù)字醫(yī)學(xué)的發(fā)展，VR、混合現(xiàn)實(mixed reality, MR)、增強現(xiàn)實(augmented reality，AR)技術(shù)逐漸開始應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。在外科領(lǐng)域尚處于起步階段，仍有很大的發(fā)展空間及應(yīng)用前景，目前已有報道應(yīng)用于外科醫(yī)師基本技能的培訓(xùn)及簡單的手術(shù)操作[6-8]，對于模擬復(fù)雜性手術(shù)操作及在人機交互過程提供更為逼真的力學(xué)、觸覺反饋虛擬現(xiàn)實技術(shù)還有待進一步發(fā)展。

4.3D打印技術(shù)在巨塊型肝臟腫瘤術(shù)前規(guī)劃的應(yīng)用 近幾年，3D打印技術(shù)發(fā)展迅速，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域已廣泛應(yīng)用[9-11]。3D打印實現(xiàn)了三維可視化影像平面模式向三維可視化物理立體模型的跨越式轉(zhuǎn)變。對于巨塊型肝臟腫瘤病人，手術(shù)難度大，解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，術(shù)前通過3D打印模型進行評估可以提高手術(shù)安全性[10]。借助3D打印模型，結(jié)合以血管為軸心三維可視化分型，外科醫(yī)生術(shù)前可以從多角度觀察腫瘤與周圍重要血管之間的關(guān)系及判斷兩者空間距離，在實物上進行術(shù)前規(guī)劃、模擬手術(shù)；也可以在術(shù)中實時的多方位、多角度觀察病變的實物模型，利用實物模型帶來更多解剖結(jié)構(gòu)的深度信息和空間真實感，指導(dǎo)精準(zhǔn)手術(shù)操作。

三、ICG分子熒光成像技術(shù)導(dǎo)航肝切除術(shù)

自Ishizawa等[12]首次使用ICG分子熒光成像技術(shù)指導(dǎo)肝切除術(shù)以來，該技術(shù)作為一種細(xì)胞功能水平的輔助工具，在肝臟腫瘤診斷和手術(shù)導(dǎo)航中的應(yīng)用越來越廣泛[13-17]。計算機輔助聯(lián)合 ICG分子熒光影像技術(shù)可以從肝臟組織三維的形態(tài)解剖和細(xì)胞功能水平指導(dǎo)肝臟腫瘤的診斷及手術(shù)導(dǎo)航，臨床應(yīng)用證明其有獨特的精準(zhǔn)診療價值。對于巨大的肝臟腫瘤，通過術(shù)中使用ICG分子熒光影像技術(shù)，可以實時對腫瘤進行定位與邊界界定，確定肝切除范圍、偵測肝斷面有無殘余病灶及有無膽漏發(fā)生[18]。ICG分子熒光影像技術(shù)與術(shù)前三維可視化、虛擬現(xiàn)實、3D打印及術(shù)中快速病理檢查進行一致性驗證，確保手術(shù)有的放矢，從而實現(xiàn)巨塊型肝臟腫瘤病人解剖性、功能性、根治性肝切除術(shù)，改善病人預(yù)后。

目前，ICG靶向光學(xué)分子影像探針對于疾病診斷和治療的研究與應(yīng)用已經(jīng)得到越來越多的關(guān)注[19]，隨著臨床實踐和技術(shù)創(chuàng)新的不斷深入發(fā)展，該項技術(shù)亦將不斷完善，為肝臟腫瘤的精準(zhǔn)診療展示良好的應(yīng)用前景。但是，ICG分子熒光技術(shù)目前也有一定的局限性：一是對深部結(jié)節(jié)的低靈敏度。由于近紅外光透過人體組織的能力有限，ICG發(fā)出的熒光信號僅能穿透10 mm 以內(nèi)的肝臟實質(zhì)[20]；二是肝臟結(jié)節(jié)的高假陽性率[21]，特別是有肝硬化背景的病人，肝臟腫瘤組織與其余肝組織的熒光對比度下降，檢測敏感度將進一步降低。因此，ICG靶向光學(xué)分子影像探針在臨床實踐的應(yīng)用仍有待進一步探究。

四、結(jié)語

巨塊型肝臟腫瘤手術(shù)治療難度大，腫瘤與周圍血管關(guān)系復(fù)雜密切，術(shù)后并發(fā)癥多。術(shù)前精確的手術(shù)規(guī)劃，能有效提高手術(shù)成功率、降低手術(shù)并發(fā)癥。數(shù)字醫(yī)學(xué)技術(shù)近十年來蓬勃發(fā)展，以三維可視化、虛擬現(xiàn)實、3D打印等技術(shù)為代表的數(shù)字醫(yī)學(xué)技術(shù)正在改變傳統(tǒng)巨大肝臟腫瘤的診療模式，從而提高手術(shù)決策水平，降低手術(shù)風(fēng)險。