精準(zhǔn)肝臟解剖的研究進(jìn)展

謝干，周海濤，鄭四鳴

作者單位： 315010 寧波，寧波大學(xué)醫(yī)學(xué)院（謝干、周海濤）；寧波市醫(yī)療中心李惠利醫(yī)院（鄭四鳴）

數(shù)個(gè)世紀(jì)以來(lái)，人們對(duì)肝臟的認(rèn)知發(fā)生了翻天覆地的變化，從傳統(tǒng)肝臟標(biāo)本的解剖，再到借助超聲、分子及計(jì)算機(jī)等各項(xiàng)現(xiàn)代技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)肝臟解剖。本文旨在對(duì)精準(zhǔn)肝臟解剖的研究進(jìn)展作一綜述。

1 肝臟解剖的簡(jiǎn)要?dú)v史

1654 年，英國(guó)學(xué)者 Glisson[1]初次對(duì)肝臟解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行了較為確切的描述，將其分為 5 葉。后續(xù) Rex[2]、Cantlie[3]及Hjortsjo[4]學(xué)者先后基于自身的研究提出了不同的肝臟解剖分區(qū)方法。1951 年，美國(guó)學(xué)者Healey 和Schroy 提出了現(xiàn)代肝臟分段的基本概念，并將肝臟分為左外區(qū)、內(nèi)區(qū)、前區(qū)和后區(qū)，并于1953 年加以改進(jìn)，每個(gè)區(qū)再劃分成兩個(gè)部分，并提出了肝動(dòng)脈和膽管分段法[5]。1954 年，法國(guó)解剖學(xué)學(xué)者Couinaud[6]在前人研究的基礎(chǔ)上，提出每個(gè)肝段均有獨(dú)立的Glisson 系統(tǒng)分支的觀點(diǎn)，即以肝內(nèi)門(mén)靜脈和肝靜脈分支為基礎(chǔ)，將肝臟有層次地分成 2 個(gè)半肝、4 個(gè)扇區(qū)和 8 個(gè)肝段，Ⅰ段為尾狀葉，按順時(shí)針?lè)较蛞来螌⒏鱾€(gè)肝段命名為I ～Ⅷ段，形成了認(rèn)同度頗高的“Couinaud 八段法”。

1982 年，法國(guó)學(xué)者Bismuth 將肝臟劃分成2 個(gè)半肝、3 個(gè)肝葉（右后葉、右前葉與左葉）和7 個(gè)肝段。Bismuth 在Couinaud 分段法的基礎(chǔ)上提出：右半肝的兩部分在人體內(nèi)的真實(shí)解剖位置實(shí)為前后關(guān)系，而非體外標(biāo)本所示的解剖位置關(guān)系，因此將其重命名為右前葉與右后葉。Bismuth 認(rèn)為Couinaud 將左半肝劃分為左外葉（Ⅱ段）與左內(nèi)葉（Ⅲ、Ⅳ段）的方法與其描述的“每個(gè)肝段含有門(mén)靜脈的1 條主要分支”的肝臟分段方法相矛盾，根據(jù)門(mén)靜脈左支的分支情況提出，左半肝僅包含兩個(gè)肝段，即II段為一個(gè)獨(dú)立的肝段，III 段與 IV 段 2 個(gè)“半肝段”為一個(gè)獨(dú)立的肝段。1986 年，日本學(xué)者Takasaki[7]從肝臟手術(shù)的角度出發(fā)，認(rèn)為門(mén)靜脈主干可分為右支、中間支與左支3 個(gè)二級(jí)分支，并依據(jù)門(mén)靜脈二級(jí)分支與肝靜脈屬支，將肝臟分為四部分，包括體積大致相當(dāng)?shù)娜危焊巫蠖?、肝中段和肝右段（每段約占肝體積的30%）；獨(dú)立成段的尾狀葉（約占肝體積的10%）。每支門(mén)靜脈二級(jí)分支又可再細(xì)分為6 ～8 支三級(jí)分支，將肝段分為更小的“錐形單元”，以此作為手術(shù)安全切除的最小單位，其排列規(guī)律為肝臟表面為各“錐形單元”基底的起點(diǎn)，各單元中心均指向肝門(mén)。

Couinaud 分段法自提出以來(lái)，已普遍受?chē)?guó)內(nèi)外外科學(xué)者們所使用，但仍然存在不足，無(wú)法滿(mǎn)足個(gè)體化、精準(zhǔn)化的肝臟解剖要求。譬如有學(xué)者通過(guò)影像學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)[8]：（1）V 與 VIII 段血供都來(lái)自右前葉Glisson 系統(tǒng)，又都經(jīng)肝中靜脈、肝右靜脈回流，是否以Va 及Vb 段去命名兩者更為合理。（2）解剖中發(fā)現(xiàn)，右肝的Glisson 結(jié)構(gòu)并非如Couinaud 所呈現(xiàn)的右前支分出右前上與右前下，右后支分出右后上與右后下關(guān)系，肝中靜脈、肝右靜脈有時(shí)會(huì)發(fā)出較粗的分支，將肝臟分成多個(gè)扇區(qū)，其數(shù)量遠(yuǎn)非4 塊。

基于上述不足，后續(xù)又出現(xiàn)了各種新的肝臟分段觀點(diǎn)，如 Goldsmith-Woodburne 系統(tǒng)（1957 年）及 Bismuth 系統(tǒng)（1982 年），但以Glisson 系統(tǒng)的三聯(lián)管道分支供血并引流膽汁，以肝靜脈為段間界限并引流相鄰肝段的回血的 Couinaud肝段劃分法仍然是現(xiàn)代肝臟分段研究的解剖學(xué)基礎(chǔ)，其他均可以視為對(duì)Couinaud分段法的補(bǔ)充、改良，其本質(zhì)上并未改變。

2 學(xué)科交叉促進(jìn)肝臟解剖研究進(jìn)展

2.1 超聲在肝臟分段中的應(yīng)用 術(shù)中超聲技術(shù)于 20 世紀(jì) 60 年代運(yùn)用于臨床，逐漸成為肝膽外科醫(yī)師不可缺少的輔助診治手段之一。但大量臨床數(shù)據(jù)表明，僅有42.62%左右的患者肝臟符合傳統(tǒng)段型分類(lèi)[9]，這表明聯(lián)合術(shù)中超聲技術(shù)與表面解剖標(biāo)志的方式，無(wú)法給予外科醫(yī)生明確的定位信息，遠(yuǎn)達(dá)不到精準(zhǔn)肝切除的要求，不利于術(shù)前規(guī)劃、評(píng)估。1985 年日本學(xué)者 Malkuuchi 等[10]提出在使用術(shù)中超聲技術(shù)引導(dǎo)下門(mén)靜脈穿刺注射顯色劑技術(shù)，克服了患者個(gè)體差異性帶來(lái)的誤差，顯色的肝臟分段也更接近實(shí)際解剖結(jié)構(gòu)分段，對(duì)預(yù)后、術(shù)后存活率有著積極的意義，但礙于其顯色劑、人體代謝所致的時(shí)效性及門(mén)靜脈侵入性操作的風(fēng)險(xiǎn)性，不利于大范圍的使用推廣。因此，傳統(tǒng)分段法與影像學(xué)技術(shù)無(wú)法滿(mǎn)足外科醫(yī)生對(duì)精準(zhǔn)肝切除的要求。

2.2 數(shù)字醫(yī)學(xué)及三維重建技術(shù) 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，醫(yī)學(xué)三維可視化技術(shù)極大拓展了臨床解剖學(xué)精度和外科手術(shù)方式。20 世紀(jì)70 年代末，一種相對(duì)早期的三維計(jì)算機(jī)渲染算法的橫空出世，使得單排螺旋CT 和多排螺旋CT掃描儀在三維成像中得到了更充分的應(yīng)用，為精細(xì)的三維重建提供了基礎(chǔ)[11]。后續(xù)的醫(yī)學(xué)三維重建自此蓬勃發(fā)展。

Heymsfield 等[12]團(tuán)隊(duì)于 1979 年，通過(guò)用CT 圖像整合肝臟的方式，較為準(zhǔn)確的評(píng)估了肝臟實(shí)際體積。1987 年美國(guó)國(guó)家圖書(shū)館（NLM）首次提出了“可視人計(jì)劃”，并在1994 年和1996 年先后發(fā)布了一男一女兩組解剖數(shù)據(jù)集，其中包括大量CT、MRI 和切片圖像數(shù)據(jù)。后續(xù)的Hashimoto 等[13]團(tuán)隊(duì)通過(guò)使用工作站和圖形軟件對(duì)CT 圖像進(jìn)行影像數(shù)據(jù)提取處理，于1990 首次重建了肝血管與肝癌的解剖結(jié)構(gòu)三維效果圖，以此進(jìn)行外科手術(shù)的指導(dǎo)，并證實(shí)具有手術(shù)指導(dǎo)意義。

1998 年 Marescau 等[14]基于多平面二維斷層掃描圖像，通過(guò)跟蹤相鄰像素圖像的方式，重建了樹(shù)狀樣結(jié)構(gòu)的肝臟血管，首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)肝血管的自動(dòng)三維建模，大大提高了三維重建的效率，后續(xù)在此基礎(chǔ)上又繼續(xù)研發(fā)了相關(guān)三維重建算法。最大強(qiáng)度投影技術(shù)則對(duì)肝動(dòng)脈肝段分支和病變的肝臟供血?jiǎng)用}等細(xì)小分支顯示相對(duì)較好，更接近常規(guī)血管造影表現(xiàn)，更能反應(yīng)病灶對(duì)血管的侵犯、包裹及癌栓情況。進(jìn)一步研究證明[15]，在經(jīng)頸靜脈肝內(nèi)門(mén)腔靜脈分流術(shù)（TIPSS）中，同時(shí)進(jìn)行表面陰影顯示和最大強(qiáng)度投影技術(shù)重建可以減少手術(shù)盲目性，提高診斷的可靠性。三維重建技術(shù)可以構(gòu)建出肝癌的立體解剖結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可智能區(qū)分正常肝臟組織與腫瘤，在降低了對(duì)操作者技術(shù)水平對(duì)結(jié)果的判讀要求同時(shí)，也提高了對(duì)肝癌診斷的準(zhǔn)確度[16]。此外在處理解剖結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜的肝門(mén)膽管癌時(shí)，有報(bào)道證實(shí)[17]，64 排 CT 膽道和血管三維重建在準(zhǔn)確評(píng)估肝門(mén)部膽管癌的膽道和血管侵犯、術(shù)前診斷、可切除性和安全性評(píng)估中均有較高價(jià)值。

2002 年，張紹祥等[18]完成國(guó)內(nèi)首例數(shù)字化人體。2005 年，楊琳[19]首次實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)了對(duì)人體肝門(mén)靜脈系的三維重建，并著重研究了肝門(mén)靜脈分支與肝葉的空間三維關(guān)系。日本Harufumi 等[20]通過(guò)在三維重建的基礎(chǔ)上對(duì)63 例正常肝臟的研究，得出腔旁靜脈可以作為尾狀葉和VII、VIII 段的分界線的結(jié)論。

基于門(mén)靜脈和肝靜脈耦合的肝臟流域研究是目前研究的方向。Mise 等[21]利用虛擬肝切除系統(tǒng)，提供了肝臟的三維重建、基于門(mén)靜脈灌注的精準(zhǔn)體積分析及肝靜脈流出域體積的定量估計(jì)。但他未將兩者結(jié)合進(jìn)行肝臟手術(shù)的術(shù)前規(guī)劃，而門(mén)靜脈和肝靜脈耦合進(jìn)行虛擬精準(zhǔn)肝切除，是指在肝臟三維模型基礎(chǔ)上，進(jìn)行門(mén)靜脈供血范圍和肝靜脈的流出域的劃定，將兩者疊加后確定擬切除肝切除范圍。當(dāng)計(jì)算得出的殘肝體積足夠時(shí)，在實(shí)際手術(shù)中可以只考慮切除門(mén)靜脈的供血范圍；而當(dāng)計(jì)算得出的體積不夠時(shí)，必須重建門(mén)靜脈供血范圍內(nèi)的肝靜脈，并再次計(jì)算擬切除門(mén)靜脈的供血范圍的體積，如體積仍不夠需進(jìn)行不規(guī)則肝切除或放棄手術(shù)。

目前常用的計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬肝分段的技術(shù)基礎(chǔ)是提取血管中心線，再聯(lián)合最近鄰劃分法實(shí)現(xiàn)[22]，其實(shí)質(zhì)是對(duì)空間的任一肝實(shí)質(zhì)與哪個(gè)血管中心線的距離最近就歸屬于該血管；而實(shí)際上肝實(shí)質(zhì)的供血是靠血液的壓力進(jìn)行滲透的，血液壓力不僅和距離有關(guān)系，也和管路的血液黏度、雷諾數(shù)及肝內(nèi)管路形態(tài)（尺寸、位置）等有關(guān)系[23]，按照現(xiàn)有方法會(huì)造成虛擬肝分段與真實(shí)肝分段的偏差，因此無(wú)法進(jìn)行精準(zhǔn)的肝切除。

2.3 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR） AR 是對(duì)真實(shí)環(huán)境處理的基礎(chǔ)上，附加虛擬模型，而虛擬模型的存在，能讓術(shù)中獲得更全面、有效的信息，提高了手術(shù)的效率與成功率。三維可視化模型可以較為直觀的顯示術(shù)前規(guī)劃的影像學(xué)信息，為手術(shù)醫(yī)生做出術(shù)前規(guī)劃、指導(dǎo)，但在實(shí)際手術(shù)中，三維重建技術(shù)起到的“導(dǎo)航”作用仍十分有限。AR 技術(shù)的主要難點(diǎn)在于對(duì)腹部臟器的配準(zhǔn)，如何處理術(shù)中氣腹、患者呼吸及臟器活動(dòng)等帶來(lái)的數(shù)據(jù)誤差，均關(guān)乎到AR 導(dǎo)航準(zhǔn)確度[24]。令人可喜的是，在神經(jīng)外科領(lǐng)域，Drouin 等[25]將術(shù)中超聲校準(zhǔn)技術(shù)與AR 設(shè)備進(jìn)行整合為IBIS平臺(tái)，并證實(shí)配合術(shù)中超聲，腦移位后的配準(zhǔn)問(wèn)題得以糾正，有利于手術(shù)流程的優(yōu)化。特別是顱內(nèi)動(dòng)脈瘤夾閉手術(shù)中，AR系統(tǒng)針對(duì)那些暴露欠佳、有著分支的動(dòng)脈瘤，均有著不俗的效果。

2.4 分子影像醫(yī)學(xué) 吲哚氰綠（ICG）因其獨(dú)有的熒光性和分解代謝性，常作為光學(xué)分子影像導(dǎo)航技術(shù)的染料。其主要機(jī)制是[26]：正常肝組織能攝取ICG 并進(jìn)行代謝，而肝硬化結(jié)節(jié)、肝癌等病變部位處的攝取與代謝速率會(huì)下降，此外肝功能不全、腫瘤壓迫的局部肝組織會(huì)影響ICG的攝取，而低分化肝癌、肝內(nèi)轉(zhuǎn)移性腫瘤表現(xiàn)為不攝取、代謝ICG，但在影像上表現(xiàn)為環(huán)繞組織的環(huán)形熒光。2009年，Ishizawa等[27]首次在癌腫切除中應(yīng)用了該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行術(shù)中導(dǎo)航。后續(xù)進(jìn)一步的臨床試驗(yàn)表明，即使有肝硬化患者，ICG介導(dǎo)的熒光成像仍能實(shí)現(xiàn)精確可視化，這是傳統(tǒng)B 超所不具備的優(yōu)勢(shì)。

盡管現(xiàn)代醫(yī)學(xué)技術(shù)已有了長(zhǎng)足的發(fā)展，并且在一定程度上對(duì)肝臟傳統(tǒng)分段進(jìn)行了突破，但如同傳統(tǒng)分段一樣，三維重建、分子影像醫(yī)學(xué)仍存有局限性。作為誕生歷史更短的ICG介導(dǎo)的近紅外光檢測(cè)技術(shù)，存在著肝硬化結(jié)節(jié)、肝臟增生不良結(jié)節(jié)所致的假陽(yáng)性率問(wèn)題[28]；熒光強(qiáng)度具有衰減的物理特性，經(jīng)過(guò)組織到達(dá)攝像機(jī)后信號(hào)會(huì)采集不足，所以只有距肝表面深度小于10 mm 的結(jié)構(gòu)才清晰可見(jiàn)[29]等，都是有待解決的問(wèn)題。

3 結(jié)語(yǔ)

肝臟外科經(jīng)歷了從傳統(tǒng)肝臟分段的研究到計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的應(yīng)用，以全新的診治模式代替了傳統(tǒng)診斷和治療模式。數(shù)字醫(yī)學(xué)是一門(mén)集醫(yī)學(xué)、計(jì)算機(jī)學(xué)及信息學(xué)等多門(mén)學(xué)科為一體的綜合性學(xué)科，未來(lái)如何將生物醫(yī)學(xué)與信息技術(shù)融入到數(shù)字醫(yī)學(xué)中，從而真正實(shí)現(xiàn)肝膽外科的精準(zhǔn)治療值得研究和思考。