三維可視化技術(shù)在腹腔鏡胰十二指腸切除術(shù)中的應(yīng)用研究

許耀鵬，章聰，柳弼仁，李松，陸軼杰，蔣新衛(wèi)，吳建武

胰腺及壺腹周圍腫瘤是肝膽胰外科較為常見的惡性腫瘤，因其早期癥狀不明顯、解剖位置深、具有早期轉(zhuǎn)移的生物學(xué)特征，病死率居高不下，中位生存期僅為6 個(gè)月［1］。胰十二指腸切除術(shù)（PD）是用于治療胰腺以及壺腹周圍腫瘤的標(biāo)準(zhǔn)術(shù)式［2］，其手術(shù)難度大，術(shù)后并發(fā)癥多，是腹部外科手術(shù)的“珠穆朗瑪峰”。世界上首例腹腔鏡胰十二指腸切除術(shù)（LPD）是由美國外科醫(yī)生Gagner 和Pomp 在1992 年實(shí)施，且在1994 年報(bào)道［3］，自此，LPD 開始在國內(nèi)外逐漸興起，各中心實(shí)施的臨床病例日益增多，2003 年國內(nèi)學(xué)者盧榜裕等［4］也首次成功完成了國內(nèi)首例LPD手術(shù)。經(jīng)過多年探索，互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)、超高清腹腔鏡等醫(yī)療設(shè)備的問世以及LPD 手術(shù)的不斷開展，LPD 手術(shù)方式逐步走向成熟，在胰腺腫瘤的診療上取得了斐然成就。

隨著精準(zhǔn)、微創(chuàng)外科理念的發(fā)展，對(duì)腹部腫瘤手術(shù)要求不斷提高，目前能開展模塊化流程化LPD 的臨床中心仍在少數(shù)。國內(nèi)學(xué)者認(rèn)為LPD 的學(xué)習(xí)曲線對(duì)指導(dǎo)外科醫(yī)生手術(shù)具有較大幫助［5］，趙玉沛等［6］認(rèn)為LPD 的學(xué)習(xí)曲線分為三期，111 例前為第1 期，12~38 例為第2 期，39~57 例為第3 期，而Wang 等［7］則認(rèn)為三期分別是初始學(xué)習(xí)階段、技術(shù)能力階段、挑戰(zhàn)性階段，張建生等［8］根據(jù)技術(shù)節(jié)點(diǎn)又將三期分為：起步期、進(jìn)步期和成熟期。如何安全、快速、有效地渡過學(xué)習(xí)曲線，成為胰腺外科醫(yī)生亟待解決的難題。此外，胰腺周圍解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜、血管變異多，術(shù)前評(píng)估要求高，制約著LPD的進(jìn)一步發(fā)展。三維可視化技術(shù)是利用三維可視化平臺(tái)將二維影像數(shù)據(jù)進(jìn)行重組整合，從而構(gòu)建出患者真實(shí)腹腔解剖結(jié)構(gòu)的三維圖像，通過三維可視化技術(shù)重建的三維圖像，可以更加直觀、快捷、真實(shí)地顯示腹腔內(nèi)器官、血管的立體解剖結(jié)構(gòu)，極大地輔助外科醫(yī)生解決上述難題。

1 二維圖像與三維可視化技術(shù)

1.1 傳統(tǒng)二維影像的應(yīng)用

傳統(tǒng)二維影像圖像可以展現(xiàn)腫瘤的形態(tài)、大小、部位以及毗鄰，從而對(duì)腫瘤的分期、手術(shù)可切除性作出判斷。傳統(tǒng)上外科醫(yī)生主要是依靠二維影像學(xué)檢查（如CT、MRCP 等）來辨識(shí)腫瘤、胰腺結(jié)構(gòu)、血管變異以及評(píng)估局部區(qū)域擴(kuò)散，這些二維影像圖片的發(fā)展，為腹部腫瘤術(shù)前評(píng)估提供了依據(jù)，能夠區(qū)分胰周組織、血管等與腫瘤之間的關(guān)系，但是外科醫(yī)生必須通過滾動(dòng)影像層面，在腦海中發(fā)揮空間重建能力從而辨識(shí)腫瘤的空間結(jié)構(gòu)，極大地考驗(yàn)外科醫(yī)生的臨床經(jīng)驗(yàn)以及知識(shí)儲(chǔ)備，而LPD 手術(shù)作為腹部外科手術(shù)的“珠穆朗瑪峰”，對(duì)術(shù)前腫瘤以及血管評(píng)估的要求極高。傳統(tǒng)二維影像檢查提供的圖像仍然是二維結(jié)構(gòu)，不能直觀立體顯示腫瘤與脈管系統(tǒng)的相互關(guān)系；其次不能對(duì)器官、腫瘤、血管、膽管附以不同顏色及透明度進(jìn)行整體展示［9］。因此，傳統(tǒng)二維圖像不能滿足外科醫(yī)生的需要。

1.2 三維可視化技術(shù)的應(yīng)用

三維可視化技術(shù)極大彌補(bǔ)了傳統(tǒng)二維影像的不足，為外科醫(yī)生從全新的角度提供判斷腫瘤大小、部位、毗鄰以及血管變異依據(jù)，完善術(shù)前可切除性的評(píng)估，還可進(jìn)行模擬仿真手術(shù)。趙玉沛等［9］提出三維可視化技術(shù)指導(dǎo)胰腺良惡性腫瘤的精準(zhǔn)手術(shù)治療具有指導(dǎo)價(jià)值，可大大縮短年輕外科醫(yī)生LPD 的學(xué)習(xí)曲線。

三維可視化技術(shù)的發(fā)展有賴于數(shù)字智能化診療，其主要是將數(shù)字醫(yī)學(xué)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)相互融合，還包括三維打印、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、混合現(xiàn)實(shí)、分子熒光、實(shí)時(shí)融合導(dǎo)航及光聲成像診療等［10］。自1990 年以來，三維可視化技術(shù)就已成為我國醫(yī)學(xué)的研究與應(yīng)用的重點(diǎn)。2003 年首先在鐘世鎮(zhèn)院士帶領(lǐng)下建立了數(shù)字化虛擬中國人女性一號(hào)（VCH-F1），隨后醫(yī)學(xué)三維可視化軟件在國內(nèi)不斷得到開發(fā)和應(yīng)用，國內(nèi)首個(gè)腹部醫(yī)學(xué)三維可視化系統(tǒng)是由方馳華教授團(tuán)隊(duì)完成開發(fā)并命名。由此三維可視化技術(shù)在外科領(lǐng)域中不斷得到應(yīng)用并逐漸成熟。通過三維可視化軟件重建的三維圖像，可以更加直觀、快捷、真實(shí)地顯示腹腔內(nèi)器官、血管的立體解剖結(jié)構(gòu)。同時(shí)，在三維可視化平臺(tái)上，可以通過多種相互組合，可任意去除某個(gè)或某些器官、血管，全方位對(duì)腫瘤進(jìn)行觀察；還可以附以血管、膽管以不同的顏色，通過調(diào)整透明度、放大、旋轉(zhuǎn)，更加清晰辨識(shí)脈管走向以及變異情況。

相比于傳統(tǒng)二維影像圖片，三維圖像具有以下優(yōu)勢：①可以對(duì)血管、膽管、器官用不同顏色標(biāo)注，生動(dòng)形象展示腹腔臟器的真實(shí)解剖結(jié)構(gòu)。②可任意去除、自由組合、透明化、旋轉(zhuǎn)某個(gè)或某些器官與脈管，更加直觀立體觀察腫瘤與正常組織器官之間的關(guān)系，術(shù)前還可以判斷腫瘤的血供，了解是否存在血管變異、周圍淋巴回流情況。③三維重建可以用于模擬手術(shù)過程，從而在術(shù)前選擇最佳手術(shù)路徑，減小手術(shù)損傷，熟練手術(shù)操作流程，從而縮短學(xué)習(xí)曲線。④三維圖像能夠更加立體地用來教學(xué)，讓學(xué)生對(duì)于腫瘤有更加直觀立體的認(rèn)識(shí)。

2 三維可視化技術(shù)在LPD 中的應(yīng)用

LPD 涉及臟器較多，解剖結(jié)構(gòu)錯(cuò)綜復(fù)雜，血管分布及變異較多，尤其當(dāng)合并炎癥或者既往有腹部手術(shù)史時(shí)，更加難以分辨，給手術(shù)帶來更大挑戰(zhàn)，因此，對(duì)術(shù)前評(píng)估提出了更高的要求。近年來，三維可視化技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于肝膽外科手術(shù)領(lǐng)域，展現(xiàn)出了其精確指導(dǎo)肝膽胰外科手術(shù)的應(yīng)用價(jià)值［11-18］。溫志堅(jiān)等［19］回顧分析應(yīng)用三維可視化技術(shù)進(jìn)行術(shù)前評(píng)估和指導(dǎo)Bismuth-CorletteⅢ、Ⅳ型肝門部膽管癌患者手術(shù)治療，36 例患者的術(shù)前三維重建結(jié)果可清晰顯示腫瘤部位、大小、脈管變異及區(qū)域淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移情況，術(shù)前精確計(jì)算出全肝體積、預(yù)切除肝臟體積、腫瘤體積及殘余肝臟體積，肝臟手術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)及術(shù)后并發(fā)癥隨著三維可視化技術(shù)的應(yīng)用得到了明顯改善。在LPD 中，術(shù)者在術(shù)前對(duì)腫瘤大小、形態(tài)、部位、血管侵犯以及血管變異等應(yīng)該充分了解，同時(shí)結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)和操作水平，評(píng)估腫瘤的可切除性。三維可視化技術(shù)在LPD 中的應(yīng)用較少，方小三等［20］回顧分析了19 例經(jīng)過三維可視化技術(shù)進(jìn)行術(shù)前評(píng)估的LPD 手術(shù)，精準(zhǔn)評(píng)估了胰頭癌可切除性，清晰明確展示了血管解剖變異情況及胰周淋巴結(jié)腫大情況，19 例患者中腹腔內(nèi)血管變異2例，可疑淋巴結(jié)腫大11例，術(shù)中證實(shí)與術(shù)前三維可視化立體圖像分析相同。胰腺位置較深，與周圍組織間隙較小，胰周的血管解剖復(fù)雜且變異較多，這些復(fù)雜解剖結(jié)構(gòu)以及形式多變的血管變異使得LPD 手術(shù)難度大大增加，很容易引起術(shù)中大出血，發(fā)生相關(guān)術(shù)后并發(fā)癥。然而，隨著三維可視化技術(shù)的不斷發(fā)展，各大中心開始逐步開展LPD 術(shù)前應(yīng)用三維可視化技術(shù)從而評(píng)估手術(shù)可切除性及安全性。

2.1 三維可視化對(duì)手術(shù)可切除性的精準(zhǔn)評(píng)估

根治性手術(shù)切除是延長胰腺癌患者生存時(shí)間的主要手段，手術(shù)難度高，對(duì)于可切除性的精確評(píng)估尤為重要。根據(jù)腫瘤與血管關(guān)系，可以將胰腺癌分為可切除性胰腺癌、交界可切除胰腺癌、不可切除胰腺癌進(jìn)展期和合并遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移四種。既往的醫(yī)療水平只能通過傳統(tǒng)的二維影像圖像來判斷腫瘤的可切除性，限于傳統(tǒng)二維影像圖像的局限性，無法做到術(shù)前精確評(píng)估以及提前發(fā)現(xiàn)術(shù)中可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)從而做到規(guī)避。通過三維可視化技術(shù)可以對(duì)胰周血管做到精確評(píng)估，分析腫瘤與胰周主要血管間隙，管腔是否光滑，從而判斷胰腺癌的可切除性。趙玉沛等［9］結(jié)合三維可視化優(yōu)勢，將胰頭癌三維可視化分為5 型，Ⅰ、Ⅱ型為腫瘤可切除；Ⅲ型為腫瘤可能切除，或在聯(lián)合血管切除或重建的情況下可能切除；Ⅳ、Ⅴ型為不可切除。奚士航等［16］探討了術(shù)前分別使用CT 及三維可視化技術(shù)評(píng)估116 例胰腺癌患者腫瘤的可切除性，并通過手術(shù)探查比較評(píng)估的準(zhǔn)確性，結(jié)果顯示術(shù)前CT 的評(píng)估結(jié)果準(zhǔn)確率為84.7% ，術(shù)前三維可視化評(píng)估的結(jié)果準(zhǔn)確率為97.6% ，術(shù)前三維可視化技術(shù)對(duì)可切除性評(píng)估的準(zhǔn)確性明顯高于術(shù)前CT 評(píng)估。通過對(duì)三維可視化模型多方位多角度評(píng)估腫瘤與血管侵犯，對(duì)于術(shù)前評(píng)估可切除胰腺癌患者進(jìn)行LPD 的精準(zhǔn)指導(dǎo)，而對(duì)于交界可切除胰腺癌患者來說，是否手術(shù)主要取決于腫瘤是否侵犯及侵犯程度，手術(shù)時(shí)需要對(duì)受累血管切除并進(jìn)行重建，三維可視化技術(shù)輔助外科醫(yī)生術(shù)前判斷受累血管侵犯程度，幫助術(shù)者確定術(shù)中血管切除范圍及重建方式選擇，提高手術(shù)根治率。其次，對(duì)于不可切除胰腺癌患者來說，術(shù)前三維可視化技術(shù)可以構(gòu)建“血管-膽道”模型，指導(dǎo)外科醫(yī)生對(duì)經(jīng)皮肝穿刺膽道引流術(shù)、膽道支架植入術(shù)等手術(shù)入路選擇，同時(shí)可以結(jié)合術(shù)中造影，準(zhǔn)確引導(dǎo)術(shù)中導(dǎo)管走行或支架放置。

2.2 三維可視化技術(shù)提高手術(shù)安全性

對(duì)于術(shù)前評(píng)估為可切除性的胰腺癌患者來說，盡管可以通過手術(shù)切除治療，但是手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)依然沒有規(guī)避。手術(shù)入路的選擇、術(shù)中出血量、血管變異等問題仍然是術(shù)者面臨的難題。在LPD 術(shù)中主要涉及的動(dòng)脈血管包括腹腔干、肝總動(dòng)脈、腸系膜上動(dòng)脈及其第一空腸支以及變異動(dòng)脈，涉及的靜脈血管則包括門靜脈、腸系膜上靜脈、脾靜脈，其中，肝動(dòng)脈變異較多［21］，依據(jù)肝臟動(dòng)脈起源的不同，Michel 將肝動(dòng)脈不同走行分為10 種類型，Hiatt將肝動(dòng)脈變異簡化并分為5 種不同類型［22］。

三維可視化技術(shù)可以進(jìn)行模擬仿真手術(shù)，從而制定個(gè)性化手術(shù)方案，提高手術(shù)安全性。Lin等［23］研究了三維可視化胰腺模型在外科學(xué)員腫瘤評(píng)估和手術(shù)計(jì)劃中的價(jià)值，結(jié)果表明3D 組在腫瘤分期和手術(shù)計(jì)劃方面的問題平均得分明顯高于2D 組，且3D 組能夠更加準(zhǔn)確地在預(yù)設(shè)動(dòng)脈中識(shí)別出胰周動(dòng)脈，通過十字準(zhǔn)線功能來闡明腫瘤與動(dòng)脈器官中相鄰動(dòng)脈之間的空間關(guān)系，并進(jìn)行模擬手術(shù)。同時(shí)，這項(xiàng)研究還表明經(jīng)過三維實(shí)時(shí)重建模型訓(xùn)練的住院醫(yī)師在更復(fù)雜的臨床問題（例如與腫瘤分期和手術(shù)計(jì)劃有關(guān)的問題）中具有更好的表現(xiàn)，證明三維虛擬模型在簡化復(fù)雜結(jié)構(gòu)和增進(jìn)對(duì)腫瘤與鄰近結(jié)構(gòu)之間空間關(guān)系的理解方面具有明顯優(yōu)勢。

與此同時(shí)，三維可視化技術(shù)可以與多種影像學(xué)診斷方法結(jié)合，從而提高手術(shù)安全性。龐潤華等［24］回顧性分析了13 例術(shù)前應(yīng)用三維可視化技術(shù)聯(lián)合術(shù)中超聲行LPD 的患者資料，發(fā)現(xiàn)術(shù)前三維可視化技術(shù)精確定位病灶及規(guī)劃手術(shù)計(jì)劃，聯(lián)合術(shù)中超聲、3D 腹腔鏡，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)完整切除病灶，保證手術(shù)安全性，減少術(shù)后并發(fā)癥。

2.3 三維可視化可以減少胰瘺發(fā)生率

LPD 成功與否關(guān)鍵在于消化道重建，其中最重要、最困難、術(shù)后最容易發(fā)生相關(guān)并發(fā)癥的是胰腸吻合，胰腸吻合的好與壞直接決定了術(shù)后胰瘺發(fā)生率。付強(qiáng)等學(xué)者［25］認(rèn)為主胰管直徑≤3 mm 是胰瘺發(fā)生的危險(xiǎn)因素，80%胰瘺病人的主胰管直徑≤3 mm，主胰管直徑每降低1 mm 則發(fā)生B、C 級(jí)胰瘺的風(fēng)險(xiǎn)升高68%。主要原因?yàn)橹饕裙苤睆叫≡黾恿艘饶c黏膜吻合難度；直徑越小，胰液分泌量越大，不利于胰液的引流；而且主胰管直徑≤3 mm時(shí)，胰腺纖維化減少、血管密度降低、脂肪浸潤加重，影響術(shù)中縫合難度，從而增加胰瘺風(fēng)險(xiǎn)。傳統(tǒng)二維影像很難做到立體顯示主胰管直徑和位置，而術(shù)前通過三維可視化技術(shù)可清晰立體顯示胰腺，透明化部分胰腺組織后可以尋找擴(kuò)張的主胰管，從而測量主胰管直徑、位置制定個(gè)體化的胰腸吻合方式，為術(shù)前手術(shù)規(guī)劃提供導(dǎo)航，便于手術(shù)者術(shù)中尋找主胰管從而放置主胰管支架，達(dá)到預(yù)期胰腸吻合，減少手術(shù)時(shí)間及術(shù)后胰瘺發(fā)生率。

3 小 結(jié)

胰腺癌是消化系統(tǒng)中惡性程度高、預(yù)后差的惡性腫瘤之一，早期診斷困難，進(jìn)展迅速，發(fā)病率逐年升高，5 年生存率≤6%。盡管新輔助治療、轉(zhuǎn)化治療等綜合治療不斷發(fā)展，根治性手術(shù)切除仍然是胰腺癌的主要治療方法，然而由于胰腺癌具有早期轉(zhuǎn)移的生物學(xué)特征，易侵犯胰周血管，僅約20%的患者可獲得手術(shù)機(jī)會(huì)。LPD 是治療胰腺癌的標(biāo)準(zhǔn)術(shù)式，作為腹部外科手術(shù)的“珠穆朗瑪峰”，術(shù)前精準(zhǔn)評(píng)估手術(shù)可切除性及安全性是手術(shù)成功的關(guān)鍵因素。三維可視化技術(shù)在傳統(tǒng)二維影像的基礎(chǔ)上，形成三維立體圖像，通過任意去除、自由組合、透明化、旋轉(zhuǎn)等功能，清晰直觀顯示腫瘤大小、形態(tài)、部位、毗鄰及血管變異等情況，并且可以進(jìn)行術(shù)前模擬仿真手術(shù)，優(yōu)化手術(shù)方案，極大提高手術(shù)可切除性及安全性的評(píng)估。

三維可視化技術(shù)通過對(duì)腫瘤的毗鄰、胰周血管的立體化展示，可以做到精準(zhǔn)評(píng)估胰腺癌患者的手術(shù)可切除性。對(duì)于可切除的胰腺癌患者，三維可視化技術(shù)在術(shù)前可以發(fā)現(xiàn)重要血管的變異情況，通過模擬仿真手術(shù)制定個(gè)性化手術(shù)方案，聯(lián)合術(shù)中超聲、3D 腹腔鏡等超高清手術(shù)設(shè)備，極大提高LPD 的手術(shù)安全性；對(duì)于交界可切除的胰腺癌患者，三維立體圖像可以精準(zhǔn)判斷血管侵犯程度，確定血管切除范圍及重建方式，提高手術(shù)根治率；對(duì)于不可切除的胰腺癌患者，三維可視化技術(shù)依然可以指導(dǎo)對(duì)膽道引流、支架植入等手術(shù)入路的選擇，構(gòu)建“血管-膽道”模型。與此同時(shí)，轉(zhuǎn)化療法可能會(huì)為晚期不可切除的胰腺癌患者贏得手術(shù)機(jī)會(huì)，在轉(zhuǎn)化治療期間，需要醫(yī)生精準(zhǔn)評(píng)估手術(shù)可切除性，避免錯(cuò)過最佳手術(shù)機(jī)會(huì)，三維可視化技術(shù)可以為接受轉(zhuǎn)化治療的胰腺癌患者精準(zhǔn)評(píng)估病情變化，及時(shí)調(diào)整治療方案［26，27］。

三維可視化技術(shù)的出現(xiàn)為腹腔鏡胰十二指腸切除術(shù)提供可靠的術(shù)前評(píng)估數(shù)據(jù)，在手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量、術(shù)后并發(fā)癥以及住院時(shí)間方面均有一定的幫助，推動(dòng)肝膽胰外科的發(fā)展。然而三維可視化軟件種類較多，三維重建能力及重建效果參差不齊，尚未有規(guī)范統(tǒng)一的重建標(biāo)準(zhǔn)；其次，三維圖像的構(gòu)建是建立在CT、MRI 等二維影像數(shù)據(jù)采集之上，在數(shù)據(jù)的獲取及轉(zhuǎn)換過程可能出現(xiàn)部分誤差；同時(shí)，經(jīng)過三維可視化技術(shù)構(gòu)建的三維圖像僅能對(duì)腫瘤形態(tài)學(xué)進(jìn)行描述，無法對(duì)腫瘤的性質(zhì)進(jìn)行判斷，且與周圍軟組織的間隙顯示不夠精確。不過隨著三維可視化技術(shù)的不斷成熟，相信這些局限性可得到進(jìn)一步解決和改善，未來三維可視化指導(dǎo)下的腹腔鏡胰十二指腸切除術(shù)也將會(huì)更加成熟與規(guī)范，為更多的患者帶來良好的效益。