精準(zhǔn)外科時代3 D可視化技術(shù)在肝癌切除術(shù)中的應(yīng)用價值

張光亞，金鑫，王治偉，高王軍

安康市中心醫(yī)院普外科，陜西安康725000

肝癌是目前世界上病死率最高的惡性腫瘤之一，肝切除術(shù)是原發(fā)性肝癌的主要治療方法。由于肝內(nèi)血管、膽管分支復(fù)雜且多變異以及肝腫瘤與大血管關(guān)系密切，使得肝癌手術(shù)難度大、風(fēng)險高。隨著科技的不斷進(jìn)步，包括影像學(xué)、數(shù)字外科等新技術(shù)的興起，外科實(shí)踐的確定性得到了顯著提升，有可能實(shí)現(xiàn)病灶清除、臟器保護(hù)和損傷控制這3個要素的平衡，從而最終實(shí)現(xiàn)外科治療的優(yōu)化。精準(zhǔn)外科這一新型外科范式的核心理念和科學(xué)內(nèi)涵是立足于手術(shù)安全性、治療有效性、干預(yù)微創(chuàng)化和合理效費(fèi)比4個維度的交集上，給予恰當(dāng)?shù)母深A(yù)，獲取病灶清除、臟器保護(hù)和損傷控制3個外科要素的最大公約數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)外科實(shí)踐最優(yōu)化和患者獲益最大化的終極目標(biāo)。隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，3D可視化與醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的相互融合使肝癌的早期診斷和治療有了明顯進(jìn)步。本研究探討了精準(zhǔn)外科時代3D可視化技術(shù)在肝癌切除術(shù)中的應(yīng)用價值，現(xiàn)報道如下。

1 對象與方法

1.1 研究對象

選取2017年6月至2019年6月于安康市中心醫(yī)院接受治療的100例原發(fā)性肝癌患者。納入標(biāo)準(zhǔn)：①經(jīng)病理檢查確診為原發(fā)性肝癌；②符合原發(fā)性肝癌切除術(shù)適應(yīng)證；③首次確診，未接受過手術(shù)或放化療治療；④Child-Pugh分級為A或B級；⑤臨床資料完整。排除標(biāo)準(zhǔn)：①以往接受過腹部手術(shù)；②具有肝臟切除史；③合并其他惡性腫瘤或其他重大疾??；④肝癌細(xì)胞已發(fā)生遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移；⑤近3個月內(nèi)發(fā)生過呼吸道大出血和嚴(yán)重感染等疾病。采用隨機(jī)數(shù)字表法將患者分為3D組和常規(guī)組，每組50例，3D組患者實(shí)施3D可視化技術(shù)輔助肝癌切除術(shù)，常規(guī)組患者實(shí)施常規(guī)肝癌切除術(shù)。兩組患者的性別、年齡、肝炎病史、合并疾病情況等基線特征比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（

P

﹥0.05）（表1），具有可比性。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會審核通過，所有患者及家屬均對本研究知情并簽署知情同意書。

表1 兩組患者的基線特征

1.2 治療方法

1.2.1 術(shù)前評估及手術(shù)規(guī)劃常規(guī)組：手術(shù)前對患者的身體機(jī)能進(jìn)行檢查，檢查項(xiàng)目主要包括肝功能指標(biāo)、凝血功能指標(biāo)、心肺功能指標(biāo)、上腹部增強(qiáng)CT等。測定肝功能指標(biāo)的主要目的是對肝臟的儲備功能進(jìn)行評估，肝臟切除術(shù)后對剩余肝臟體積的計算與評估需借助術(shù)前CT檢查，通過CT檢查以及術(shù)中主刀醫(yī)師對患者肝臟實(shí)際癌變情況和病變體積進(jìn)行大致目測，選擇切除體積。術(shù)前規(guī)劃的制訂主要是通過觀察患者的術(shù)前CT圖像，憑借術(shù)者的臨床經(jīng)驗(yàn)及空間想象力進(jìn)行大致估測，再結(jié)合術(shù)中情況臨時調(diào)整。

3D組：手術(shù)前對患者的身體機(jī)能進(jìn)行檢查，在常規(guī)檢查的基礎(chǔ)上另增加以下檢查步驟。第一步，對患者進(jìn)行個體化三維可視化建模，即先對患者進(jìn)行上腹部增強(qiáng)CT掃描，掃描設(shè)備及參數(shù)如下：管電流250 mAs，管電壓120 kV，層厚和層間隔均為0.625 mm，雙筒高壓注射器勻速注射濃度較高（300～500 mg/ml）的非離子型碘對比劑，掃描時相包括平掃、動脈期、門脈期、靜脈期及延遲期。掃描完成后，重建和探測器準(zhǔn)直寬度、層厚度相同的薄層圖像，16層CT層厚為1.000～1.500 mm，層間隔為0.800～1.000 mm，64層CT層厚為0.500～0.625 mm，層間隔為0.400～0.500 mm。將CT掃描圖像以DICOM格式保存后導(dǎo)入三維人體可視化成像系統(tǒng)進(jìn)行重建，將薄層CT數(shù)據(jù)導(dǎo)入腹部醫(yī)學(xué)圖像三維可視化系統(tǒng)（medical imaging three dimensional visual system，MI-3DVS）進(jìn)行肝臟實(shí)體、管道系統(tǒng)及腫瘤的三維可視化，通過旋轉(zhuǎn)、放大及透明化操作，在三維可視化模型上對肝動脈、肝靜脈、膽管系統(tǒng)的走行、是否存在變異、管道與腫瘤的空間關(guān)系進(jìn)行觀察分析。第二步，對患者的肝臟進(jìn)行個體化分段，根據(jù)患者體內(nèi)肝靜脈及門靜脈的脈絡(luò)及行走方向，利用MI-3DVS對患者的肝臟進(jìn)行個體化分段，對患者肝臟中腫瘤的位置進(jìn)行精確定位。第三步，定位完成后對患者進(jìn)行手術(shù)規(guī)劃，根據(jù)患者肝組織中肝癌細(xì)胞的位置以及動脈和靜脈管的關(guān)系，在3D可視化模型中進(jìn)行預(yù)切線的劃定，并進(jìn)行反復(fù)模擬，確保切除病變組織的同時，盡可能多地保留正常肝組織，在此操作原則下，確定采取3D可視化技術(shù)切取的最合理的肝面積。第四步，在模擬演練達(dá)到要求后進(jìn)行仿真手術(shù)的演練，即將STL格式的三維重建文件導(dǎo)入虛擬手術(shù)器械仿真系統(tǒng)中，開始進(jìn)行手術(shù)前的仿真練習(xí)手術(shù)，并明確、清晰地認(rèn)識和了解手術(shù)中必須隔離和切斷及可以保留的管道、需要放棄或者保護(hù)的肝段及切緣等信息，便于手術(shù)中指導(dǎo)醫(yī)師進(jìn)行操作，避免因術(shù)中操作不當(dāng)導(dǎo)致的損傷。

1.2.2 術(shù)中操作常規(guī)組：實(shí)施常規(guī)肝癌切除術(shù)，切除范圍主要依據(jù)對人體解剖的生理認(rèn)知及主刀醫(yī)師的臨床經(jīng)驗(yàn)確定，切除肝癌組織的邊界需要距離正常肝組織≥1.5 mm，且根據(jù)切除組織的范圍及大小，需要采用超聲刀離斷肝實(shí)質(zhì)，配合電灼、結(jié)扎、縫扎等臨床縫合方法，仔細(xì)處理肝組織的血管管道結(jié)構(gòu)。

3D組：實(shí)施3D可視化技術(shù)輔助肝癌切除術(shù)，即肝癌切除術(shù)前需要詳細(xì)分析患者肝臟的3D可視化模型，確定即將要切除的肝組織，并將設(shè)計的肝組織模型帶到手術(shù)室，作為手術(shù)過程中的參考模型，進(jìn)一步對患者的肝切除面及肝內(nèi)脈管位置和走形進(jìn)行定位，充分確定術(shù)中情況與3D可視化模型相互匹配后，離斷較大的管道系統(tǒng)，開始手術(shù)操作。

常規(guī)組與3D組在手術(shù)實(shí)施過程中均采用相同型號的超聲刀離斷肝實(shí)質(zhì)，且由同組醫(yī)師進(jìn)行操作。

1.3 觀察指標(biāo)

1.3.1 手術(shù)情況比較兩組患者的手術(shù)情況，包括術(shù)中出血量、肝門阻斷時間、手術(shù)時間、實(shí)際切除肝體積。

1.3.2 肝功能指標(biāo)分別于術(shù)后第1天、第3天、第5天抽取兩組患者的空腹靜脈血5 ml，置于抗凝管中，4000 r/min離心8 min，取上清液，檢測丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶（alanine aminotransferase，ALT）、天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶（aspartate aminotransferase，AST）水平。

1.3.3 肝功能損傷程度分別于術(shù)后第3天、第7天、第10天、第14天抽取兩組患者的空腹靜脈血3 ml，置于抗凝管中，血液采集2 h內(nèi)檢測凝血酶原時間和總膽紅素水平，同時監(jiān)測肝性腦病、腹腔積液等術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生情況，以此評定術(shù)后肝功能損傷程度。依據(jù)總膽紅素水平評分：0分，總膽紅素水平為3.4～17.1 μmol/L；1 分，17.1 μmol/L﹤總膽紅素水平≤34.2 μmol/L；2分，34.2 μmol/L﹤總膽紅素水平≤51.3 μmol/L；3分，總膽紅素水平﹥51.3 μmol/L。依據(jù)凝血酶原時間（prothrombin time，PT）延長時間評分：0分，PT延長時間﹤3 s；1分，3 s≤PT延長時間﹤4 s；2分，4 s≤PT延長時間≤6 s；3分，PT延長時間﹥6 s。依據(jù)腹腔積液評分：0分，無腹腔積液；1分，僅有少量腹腔積液；2分，腹腔積液處于中等程度；3分，大量腹腔積液。依據(jù)肝性腦病評分：0分，無肝性腦病；1分，肝性腦病處于Ⅰ～Ⅱ期；2分，肝性腦病處于Ⅲ～Ⅳ期。各個指標(biāo)的評分相加，0分為無損傷，1～2分為輕度損傷，3～4分為中度損傷，﹥4分則為重度損傷。

1.3.4 術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生情況比較兩組患者的術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生情況，主要包括切口感染、肺不張、肺部感染、腸梗阻、腹腔積液、胸腔積液、膽漏、單器官衰竭。

1.3.5 術(shù)后 1年生存及復(fù)發(fā)情況采用電話或門診方式對患者進(jìn)行隨訪，患者出院后半年內(nèi)每個月隨訪1次，半年后每3個月隨訪1次。隨訪內(nèi)容主要包括甲胎蛋白檢測、上腹部CT或MRI檢查等。記錄兩組患者的1年生存及復(fù)發(fā)情況。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1 手術(shù)情況的比較

3D組患者的術(shù)中出血量明顯少于常規(guī)組，肝門阻斷時間和手術(shù)時間均明顯短于常規(guī)組，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（

P

﹤0.01）。兩組患者的實(shí)際切除肝體積比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（

P

﹥0.05）。（表2）

表2 兩組患者手術(shù)情況的比較

2.2 肝功能指標(biāo)的比較

術(shù)后第1天、第3天、第5天，3D組患者的ALT和AST水平均低于常規(guī)組，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（

P

﹤0.05）。（表3）

表3 術(shù)后不同時間點(diǎn)兩組患者肝功能指標(biāo)的比較（U/L，± s）

2.3 肝功能損傷程度的比較

3D組患者的肝功能損傷程度明顯小于常規(guī)組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（

Z

=29.899，

P

﹤0.01）。（表4）

表4 兩組患者的肝功能損傷程度[ n（%）]

2.4 術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生情況的比較

3D組患者的術(shù)后并發(fā)癥總發(fā)生率為18.0%（9/50），明顯低于常規(guī)組的56.0%（28/50），差異有統(tǒng)計學(xué)意義（

χ

=15.487，

P

﹤0.01）。（表5）

表5 兩組患者的術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生情況[ n（%）]

2.5 生存及復(fù)發(fā)情況的比較

3D組患者的1年生存率高于常規(guī)組，1年復(fù)發(fā)率低于常規(guī)組，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（

P

﹤0.05）。（表6）

表6 兩組患者生存及復(fù)發(fā)情況的比較[ n（%）]

3 討論

精準(zhǔn)外科是以對患者病情的精確評估和預(yù)后的準(zhǔn)確判斷為基礎(chǔ)，依據(jù)循證醫(yī)學(xué)法則，結(jié)合患者需求與醫(yī)者經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行最優(yōu)化的臨床決策，繼而通過高精度、高效度和可控性手術(shù)作業(yè)及圍手術(shù)期處理實(shí)現(xiàn)預(yù)期的治療目標(biāo)。肝癌切除術(shù)的3D可視化技術(shù)是將CT或MRI二維影像數(shù)據(jù)進(jìn)行重建，然后轉(zhuǎn)化為數(shù)字化三維可視化肝模型。這種技術(shù)便于直觀、全方位地進(jìn)行肝實(shí)質(zhì)、脈管系統(tǒng)及目標(biāo)病灶的信息采集，清晰、透明地呈現(xiàn)各管道、病灶及組織的空間位置、毗鄰關(guān)系等，解決了CT、MRI圖像模糊、不穩(wěn)定、抽象的問題。更為重要的是3D可視化技術(shù)可根據(jù)病灶切除的需要，對各個部位進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、縮放、切割、拖拽、隱藏等操作，將計算機(jī)技術(shù)、醫(yī)學(xué)成像技術(shù)及圖像處理技術(shù)結(jié)合，劃定手術(shù)切除線，建立切除平面，自動計算切除病灶體積、殘余肝體積及標(biāo)準(zhǔn)全肝體積，評估切除的可行性和風(fēng)險。

本研究采用3D可視化技術(shù)對患者的三維影像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使目標(biāo)病灶、肝內(nèi)膽管、肝靜脈、肝動脈、門靜脈等結(jié)構(gòu)重建成像，依靠三維成像圖分析其分支走形、空間位置，確定各脈管的支配區(qū)域；應(yīng)用虛擬手術(shù)功能，劃定手術(shù)切除線，沿最小損傷、最大獲益的路徑切除病灶，且自動評估切除的可行性與風(fēng)險。本研究對患者的術(shù)前基線特征進(jìn)行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩組患者的性別、年齡、肝炎病史、合并疾病情況、肝功能指標(biāo)等比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（

P

﹥0.05），表明本研究具有可操作性。本研究結(jié)果顯示，3D組患者的術(shù)中出血量明顯少于常規(guī)組，肝門阻斷時間和手術(shù)時間均明顯短于常規(guī)組，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（

P

﹤0.01）。兩組患者的實(shí)際切除肝體積比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（

P

﹥0.05）；術(shù)后第1天、第3天、第5天，3D組患者的ALT和AST水平均低于常規(guī)組，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（

P

﹤0.05）；3D組患者的肝功能損傷程度明顯小于常規(guī)組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（

P

﹤0.01）。說明將3D可視化技術(shù)應(yīng)用于肝癌切除術(shù)中能夠有效減輕對機(jī)體造成的損傷，減少術(shù)中出血量，縮短肝門阻斷時間和手術(shù)時間，增加了手術(shù)的安全性。分析原因主要是3D可視化技術(shù)能夠全方面地對病變部位和大小、全肝體積、殘肝體積等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行評定，同時又結(jié)合術(shù)前其他資料，進(jìn)一步提高了術(shù)前評估的準(zhǔn)確性，同時也由于3D模型能夠清晰直觀地顯示肝組織的解剖結(jié)構(gòu)，使肝臟的脈絡(luò)管及病變部位清晰地呈現(xiàn)，有利于精準(zhǔn)切除方案的制訂與實(shí)施。本研究結(jié)果與Fang等的研究結(jié)果一致，均表明3D可視化技術(shù)能夠有效地提高肝癌切除術(shù)的準(zhǔn)確度。本研究結(jié)果還顯示，3D組患者的術(shù)后并發(fā)癥總發(fā)生率明顯低于常規(guī)組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（

P

﹤0.01），3D組的并發(fā)癥種類和發(fā)病人數(shù)均少于常規(guī)組；3D組患者的1年生存率高于常規(guī)組，1年復(fù)發(fā)率低于常規(guī)組，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（

P

﹤0.05）。表明將3D可視化技術(shù)應(yīng)用于肝癌切除術(shù)中可以有效降低術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率，提高生存率，降低復(fù)發(fā)率，與Kawaguchi等研究結(jié)果相符，通過3D可視化技術(shù)構(gòu)建模型對患者病變部位進(jìn)行精確定位，進(jìn)一步提高了手術(shù)的可操作性與精準(zhǔn)度。本研究通過3D可視化技術(shù)對患者的肝臟進(jìn)行建模，通過術(shù)前精確評估、完善手術(shù)規(guī)劃以及反復(fù)進(jìn)行虛擬手術(shù)練習(xí)，并將構(gòu)建的3D可視化模型帶入手術(shù)室指導(dǎo)手術(shù)，使手術(shù)操作的精準(zhǔn)度得到有效提升，從而有效降低了術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率，延長了患者的生存時間。

綜上所述，將3D可視化技術(shù)應(yīng)用于肝癌切除術(shù)中能夠有效減輕患者肝組織的損傷程度，減少術(shù)后并發(fā)癥，延長患者的生存時間，具有良好的應(yīng)用價值。