三維可視化技術(shù)在肝多房棘球蚴病中的應(yīng)用進(jìn)展

張 東， 王志鑫， 趙 乾， 蘇曉霞， 徐 凱， 董明明， 李 瑋， 侯立朝， 樊海寧， 王海久

青海大學(xué)附屬醫(yī)院 肝膽胰外科， 青海省包蟲病研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 西寧 810001

肝多房棘球蚴病(hepatic alveolar echinococcosis，HAE)是由多房棘球絳蟲感染肝臟所致的寄生蟲疾病，我國(guó)的西部是世界上HAE發(fā)病率最高的地區(qū)[1]，HAE起病隱匿，發(fā)現(xiàn)時(shí)往往已為晚期，如果患者沒(méi)有得到治療或治療不當(dāng)，10年的死亡率為94%[2]。目前B超、CT、MRI是HAE常規(guī)的影像學(xué)檢查方法[3]，但其均具有一定的局限性。依據(jù)董家鴻等[4]提出“精準(zhǔn)肝切除”需要精確的術(shù)前評(píng)估、規(guī)劃和精準(zhǔn)的手術(shù)操作。隨著科技的發(fā)展，新興的三維可視化技術(shù)和以其為基礎(chǔ)的衍生技術(shù)逐漸應(yīng)用于HAE的診斷和手術(shù)評(píng)估并取得良好的效果。本文對(duì)三維可視化技術(shù)在HAE中的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要綜述。

1 醫(yī)學(xué)三維可視化技術(shù)

三維重建是由二維圖像逆向還原出三維立體的物體或場(chǎng)景。醫(yī)學(xué)三維重建是指常規(guī)的CT、MRI檢查所得到的二維圖像，以原始的DICOM格式保存，通過(guò)三維重建軟件構(gòu)建出對(duì)應(yīng)的三維模型，最終經(jīng)相關(guān)儀器顯示出來(lái)?？梢暬侵咐糜?jì)算機(jī)合成和處理視覺信息，將相關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖像在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示出來(lái)，并可通過(guò)設(shè)備進(jìn)行信息交互處理[5]。

2 三維可視化技術(shù)在HAE診斷中的應(yīng)用

2.1 定性診斷 HAE的定性診斷大多依靠超聲、CT、MRI[6]。三維可視化重建技術(shù)對(duì)原始二維圖像進(jìn)行再加工，在制圖過(guò)程中存在一定程度的數(shù)據(jù)丟失；且其成像質(zhì)量取決于原始數(shù)據(jù)的成像精度、三維軟件的功能等，因此相比較于普通二維CT、MRI，三維可視化技術(shù)對(duì)HAE的定性診斷并無(wú)明顯優(yōu)勢(shì)[5]。

2.2 定位診斷 在肝臟手術(shù)中由于個(gè)體肝臟解剖結(jié)構(gòu)存在差異性，因此了解病灶的位置及其與周圍組織解剖關(guān)系是非常重要的。超聲檢查為HAE的首選篩選方法，但其非常依賴檢查醫(yī)師的技術(shù)水平，差異化較大，同時(shí)圖像直觀和準(zhǔn)確度不如CT、MRI；CT檢查為HAE的常規(guī)檢查方法，其靈敏度和特異度較高，可顯示多房棘球絳蟲壞死后出現(xiàn)的特殊鈣化灶；MRI檢查是重要的補(bǔ)充檢查，優(yōu)勢(shì)在于檢查過(guò)程較短、圖像清晰度更好、軟組織分辨率較高和覆蓋區(qū)域更廣。CT、MRI的二維影像需依賴外科醫(yī)師的閱片經(jīng)驗(yàn)和手術(shù)經(jīng)驗(yàn)，在頭腦中構(gòu)思出三維立體結(jié)構(gòu)，三維可視化技術(shù)可直接為術(shù)者提供更為直觀、立體的解剖影像，對(duì)HAE的分期更加精準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)的術(shù)前定位診斷。有研究[7]通過(guò)三維可視化重建，基于門靜脈流域的個(gè)體化肝段分割和肝靜脈引流區(qū)域的評(píng)估，獲得了基于門靜脈分布區(qū)域特點(diǎn)的分段和個(gè)體化的病灶解剖關(guān)系。何翼彪等[8]利用三維可視化技術(shù)對(duì)85例HAE患者進(jìn)行了術(shù)前評(píng)估和模擬手術(shù)，模擬方案與術(shù)中實(shí)際方案基本一致，三維可視化模擬手術(shù)切肝體積[(751±510)cm3]與實(shí)際手術(shù)[(777±567) cm3]相比較誤差率為4.7%，三維可視化技術(shù)能夠準(zhǔn)確直觀地顯示HAE病灶的部位、形態(tài)、大小及其與周圍脈管系統(tǒng)的解剖關(guān)系并以此來(lái)指導(dǎo)手術(shù)。

2.3 制訂并評(píng)估手術(shù)方案

術(shù)前制訂并評(píng)估肝切除手術(shù)方案，需要精確了解肝臟的解剖空間結(jié)構(gòu)。肝臟的特殊性在于解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，脈管系統(tǒng)變異概率高。既往通過(guò)二維影像學(xué)檢查，可以獲得肝臟和病灶的解剖關(guān)系；但通過(guò)三維可視化技術(shù)不僅可獲得立體的組織解剖關(guān)系和了解脈管變異情況，更重要是能繪制出肝蒂的門靜脈流域，并根據(jù)肝蒂的門靜脈流域劃分肝段的實(shí)際邊界，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的診斷和術(shù)前評(píng)估。然后通過(guò)虛擬肝切技術(shù)進(jìn)行反復(fù)模擬，在眾多方案中選出最佳手術(shù)方案[9]。

2.3.1 門靜脈的評(píng)估 門靜脈在肝門部的變異率為20%～35%[10]，其提供了肝臟血液供給的70%，它的解剖走形直接影響到各肝段的界定，對(duì)HAE推薦的解剖性肝切除術(shù)[11]具有重要意義。依靠二維影像信息了解肝段的血供范圍是比較困難的，而通過(guò)三維可視化技術(shù)可精確分析門靜脈的分布和流域范圍，進(jìn)行個(gè)體化的肝段界定[12]，并以此為根據(jù)進(jìn)行術(shù)前評(píng)估和模擬手術(shù)，對(duì)手術(shù)治療效果和預(yù)后有重大積極意義[13]。

2.3.2 肝靜脈的評(píng)估 肝靜脈作為肝臟血液的出肝通道，暢通與否對(duì)于術(shù)后肝淤血、肝功能下降具有重要影響，需要精確了解可能發(fā)生血管破壞或靜脈充血的區(qū)域，故術(shù)前必須規(guī)劃肝靜脈流域。二維影像學(xué)檢查很難了解肝靜脈流域，而通過(guò)三維可視化技術(shù)可以明確肝靜脈流域并進(jìn)行術(shù)前規(guī)劃、模擬手術(shù)。有研究[14]對(duì)21例需要進(jìn)行肝切除手術(shù)的患者進(jìn)行三維可視化的術(shù)前評(píng)估，了解肝靜脈變異情況、肝靜脈引流區(qū)域，計(jì)算剩余的功能性肝體積，近1/3的患者根據(jù)評(píng)估結(jié)果改變了切除范圍和增加關(guān)鍵部位的血管重建，有效的改善了手術(shù)計(jì)劃。晚期的HAE患者行肝移植手術(shù)，肝存活的重要因素之一是肝靜脈回流是否通暢，晚期HAE的病變特點(diǎn)是病灶侵及范圍廣，解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，術(shù)式難度大。徐天天等[15]對(duì)8例終末期HAE患者行自體肝移植術(shù)，術(shù)前通過(guò)三維可視化技術(shù)對(duì)患者進(jìn)行個(gè)體化切除和肝靜脈血管重建，如術(shù)中按照制訂方案對(duì)肝后下腔靜脈人造血管移植和肝靜脈吻合，術(shù)后大部分患者未復(fù)發(fā)，同時(shí)無(wú)人工血管漏的形成，證實(shí)了三維可視化技術(shù)對(duì)肝靜脈精準(zhǔn)評(píng)估效果良好。

2.3.3 肝動(dòng)脈的評(píng)估 肝動(dòng)脈變異率為19.7%～46.5%[16-17]。變異的分型主要依據(jù)Michels或Hitta分型，而在這之外還有多達(dá)數(shù)十種變異未被歸納進(jìn)該分型[18]，這些變異增加了手術(shù)難度，同時(shí)提升了膽管萎縮、肝衰竭、肝膿腫和膽瘺等術(shù)后并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)，而通過(guò)三維可視化重建，術(shù)前即可了解患者肝動(dòng)脈變異情況[19]。另外肝動(dòng)脈血管壁的健康度會(huì)增加手術(shù)難度和并發(fā)癥發(fā)生率。已有報(bào)道[20]對(duì)40例HAE患者術(shù)前行三維可視化技術(shù)的評(píng)估，發(fā)現(xiàn)三維可視化技術(shù)對(duì)比常規(guī)CT檢查，預(yù)測(cè)血管的處理方式、形態(tài)功能的準(zhǔn)確率分別為71.1%和89.2%、78.9%和71.9%，三維可視化技術(shù)在HAE病灶對(duì)肝動(dòng)脈處理方式的預(yù)測(cè)性效果尚可，在評(píng)價(jià)血管形態(tài)和功能方面具有更加明顯優(yōu)勢(shì)。

2.3.4 脈管及空間結(jié)構(gòu)的評(píng)估 HAE患者病變特點(diǎn)為前期癥狀多不明顯，發(fā)現(xiàn)時(shí)往往已到晚期，病變晚期的HAE病灶多侵犯數(shù)個(gè)肝段、重要的肝門結(jié)構(gòu)并伴隨并發(fā)癥的出現(xiàn)，常發(fā)展為復(fù)雜肝泡型棘球蚴病(complex hepatic alveolar echinococcosis，cHAE)。這時(shí)僅依靠常規(guī)的二維影像檢查技術(shù)實(shí)現(xiàn)HAE病灶的精準(zhǔn)切除是比較困難的，可根據(jù)專家共識(shí)[21]推薦使用三維立體可視化圖像重建，制訂精準(zhǔn)的手術(shù)方案。有研究[22]將HAE患者分別根據(jù)普通二維CT和三維可視化重建進(jìn)行了術(shù)前規(guī)劃和模擬手術(shù)，對(duì)比術(shù)中情況，規(guī)劃手術(shù)一致性、手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量分別為53.3%、(220±32.3)min、(523±47.1)mL和86.7%、(156±17.6)min、(212±21.5)mL，三維可視化技術(shù)大大提高手術(shù)的可操作性和安全性。陽(yáng)丹才讓等[23]也通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)肝臟解剖、HAE病灶、肝動(dòng)脈、門靜脈、下腔靜脈進(jìn)行三維術(shù)前重建和評(píng)估，發(fā)現(xiàn)重建的周圍血管、病灶情況與術(shù)中所見具有高度一致性。HAE根治性肝切手術(shù)需預(yù)留足夠的健側(cè)殘肝體積[6]，一般情況下正常肝臟預(yù)留最少殘肝體積為25%～30%的標(biāo)準(zhǔn)肝體積，個(gè)體化差異如肝功能異常、肝臟自身疾病均影響預(yù)留最少殘肝體積[4]，而殘肝體積和術(shù)后肝衰竭發(fā)生有直接關(guān)系[24]，通過(guò)三維可視化技術(shù)可以多次模擬手術(shù)尋找最恰當(dāng)斷肝位置，預(yù)留足夠的殘肝體積，有效減少術(shù)后小肝綜合征、術(shù)后肝衰竭的發(fā)生。

3 以三維可視化技術(shù)為基礎(chǔ)的術(shù)中精確實(shí)時(shí)導(dǎo)航技術(shù)和3D打印在HAE中的應(yīng)用

3.1 三維可視化技術(shù)發(fā)展出虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和混合現(xiàn)實(shí) 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、混合現(xiàn)實(shí)輔助的術(shù)中精確實(shí)時(shí)導(dǎo)航在神經(jīng)外科和泌尿外科等外科手術(shù)中已經(jīng)得到普遍應(yīng)用[25-26]，近些年在普通外科也逐漸應(yīng)用，Sauer等[27]利用混合現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)能夠?qū)⒏闻K三維數(shù)據(jù)圖像整合在手術(shù)部位上方，實(shí)現(xiàn)術(shù)中實(shí)時(shí)導(dǎo)航，降低了術(shù)中出血風(fēng)險(xiǎn)。楊威等[28]對(duì)需要肝切除手術(shù)的HAE患者，利用術(shù)前三維可視化技術(shù)和混合現(xiàn)實(shí)輔助導(dǎo)航技術(shù)，術(shù)前評(píng)估的預(yù)定術(shù)式變異率為0；實(shí)現(xiàn)精確顯示切面導(dǎo)航，配準(zhǔn)誤差 7(2～17)mm，實(shí)現(xiàn)了病灶徹底清除和重要結(jié)構(gòu)確切的保護(hù)效果。但肝臟的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為非剛性結(jié)構(gòu)，呼吸運(yùn)動(dòng)、心跳和手術(shù)操作等導(dǎo)致的術(shù)中結(jié)構(gòu)的改變，影響混合現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)術(shù)中導(dǎo)航的準(zhǔn)確性，這是目前應(yīng)用的一大障礙，相信在隨著混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)將會(huì)有更多手段實(shí)現(xiàn)靈敏的配準(zhǔn)技術(shù)。

3.2 多模態(tài)影像融合導(dǎo)航和吲哚箐綠熒光影像技術(shù) 多影像融合介入導(dǎo)航技術(shù)(RVS)是將超聲和CT、MRI等聯(lián)合起來(lái)的動(dòng)態(tài)導(dǎo)航技術(shù)。三維可視化技術(shù)初步規(guī)劃手術(shù)方案，結(jié)合RVS實(shí)時(shí)精準(zhǔn)導(dǎo)航，讓手術(shù)醫(yī)生能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地進(jìn)行手術(shù)操作、優(yōu)化現(xiàn)有的手術(shù)環(huán)境。有報(bào)道[29]指出，在復(fù)雜肝泡性棘球蚴病治療中，術(shù)前通過(guò)三維可視化技術(shù)規(guī)劃出肝切除范圍及斷肝平面，術(shù)中聯(lián)合RVS精準(zhǔn)實(shí)時(shí)導(dǎo)航，可提升解剖定位的精準(zhǔn)度和手術(shù)的安全性。

吲哚菁綠(indocyanine green，ICG)熒光影像技術(shù)聯(lián)合三維可視化技術(shù)在肝細(xì)胞癌(HCC)的診斷和術(shù)中導(dǎo)航中應(yīng)用較多、效果較好[30]。目前在HAE的應(yīng)用研究報(bào)道較少。有研究[31]報(bào)道術(shù)中使用ICG熒光影像技術(shù)導(dǎo)航，通過(guò)負(fù)顯影方式確定HAE病灶。顯影效果和肝纖維化程度、注射時(shí)間都有關(guān)系。本次研究未進(jìn)行三維術(shù)前規(guī)劃、術(shù)中導(dǎo)航效果亦欠佳，但根據(jù)術(shù)后肝臟斷面的研究發(fā)現(xiàn)均為高亮均質(zhì)的熒光顯像，提示在HAE病灶的完整切除上仍有一定的指導(dǎo)意義。該方法結(jié)合三維可視化技術(shù)用于HAE，仍有很大發(fā)展空間。

3.3 3D打印技術(shù) 3D打印技術(shù)是將三維可視化的虛擬三維信息轉(zhuǎn)換為實(shí)際的三維立體模型，該模型可以重建出透明實(shí)質(zhì)的門靜脈、肝動(dòng)脈、肝靜脈和病灶，實(shí)現(xiàn)了將三維圖像轉(zhuǎn)換為三維立體模型的跨越。目前已經(jīng)確定其為規(guī)劃和實(shí)施復(fù)雜外科手術(shù)的有用工具，該技術(shù)能夠生成準(zhǔn)確的、針對(duì)患者個(gè)體化的解剖模型[32]。術(shù)前準(zhǔn)備3D打印模型，術(shù)中可隨時(shí)進(jìn)行解剖對(duì)比，為手術(shù)關(guān)鍵步驟提供直觀的指導(dǎo)。Huettl等[33]研究發(fā)現(xiàn)，在使用3D打印模型時(shí)，術(shù)者的病灶定位精確度更高，術(shù)前規(guī)劃、評(píng)估時(shí)間短；3D模型是最“自然”的模式使術(shù)者簡(jiǎn)單培訓(xùn)后快速理解并使用。Huber等[34]在手術(shù)難度高、病情復(fù)雜的肝臟病例中，通過(guò)使用3D打印技術(shù)，重建關(guān)鍵區(qū)域的血管，完善了術(shù)前評(píng)估和手術(shù)方式，證明了使用3D打印的肝臟模型可以優(yōu)化手術(shù)計(jì)劃。但3D打印存本身存在成本高、制造耗時(shí)長(zhǎng)和污染術(shù)野等缺點(diǎn)，隨著科技的發(fā)展將有所改善[35]。目前3D打印技術(shù)在HAE的手術(shù)治療中應(yīng)用報(bào)道較少。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，三維可視化技術(shù)和以其為基礎(chǔ)發(fā)展的混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)和3D打印技術(shù)，在HAE的診斷和術(shù)前評(píng)估方面應(yīng)用效果好。其存在的不足是三維可視化技術(shù)在實(shí)際制圖過(guò)程中，不是完全由機(jī)器全自動(dòng)繪制，需要人工后期調(diào)整評(píng)估，導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)性下降，隨著數(shù)字化和人工智能的發(fā)展相信未來(lái)可以完全由機(jī)器完成制圖，達(dá)到更高的標(biāo)準(zhǔn)性。在我國(guó)HAE流行地區(qū)各級(jí)醫(yī)院檢查設(shè)備參差不齊，只有在部分三甲醫(yī)院才具備三維可視化技術(shù)，在對(duì)HAE、尤其是cHAE的應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)CT檢查相比較于三維可視化技術(shù)其分期、術(shù)前評(píng)估效果欠佳，希望伴隨著三維可視化技術(shù)的發(fā)展和普及未來(lái)將會(huì)使更多的患者受益。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。

作者貢獻(xiàn)聲明：張東負(fù)責(zé)文獻(xiàn)收集和論文撰寫；徐凱、董明明、李瑋負(fù)責(zé)文獻(xiàn)收集；趙乾、侯立朝負(fù)責(zé)論文框架；樊海寧、王志鑫、蘇曉霞提出了修改意見；王海久負(fù)責(zé)論文審校和修訂。