鐘平勇，張 宇，楊洪吉，，3△

(1.西南醫(yī)科大學(xué)，四川 瀘州 646000；2.四川省醫(yī)學(xué)科學(xué)院·四川省人民醫(yī)院器官移植中心，四川 成都 610072；3.電子科技大學(xué)醫(yī)學(xué)院，四川 成都 610000)

△通訊作者

基于CT掃描的肝臟三維可視化系統(tǒng)在精準(zhǔn)肝臟外科中的應(yīng)用進(jìn)展

鐘平勇1，張 宇2，楊洪吉1，2，3△

(1.西南醫(yī)科大學(xué)，四川 瀘州 646000；2.四川省醫(yī)學(xué)科學(xué)院·四川省人民醫(yī)院器官移植中心，四川 成都 610072；3.電子科技大學(xué)醫(yī)學(xué)院，四川 成都 610000)

精準(zhǔn)肝臟外科具有豐富的哲學(xué)內(nèi)涵，是一種全新的肝臟外科理念和技術(shù)體系，旨在追求徹底清除目標(biāo)病灶的同時，追求患者利益的最大化；精準(zhǔn)肝切除的創(chuàng)新理念必須依托當(dāng)前高度發(fā)達(dá)的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的支撐才能轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實[1]。近年來，由于現(xiàn)代多排CT(multidetector CT，MDCT)掃描技術(shù)的發(fā)展及肝臟三維可視化技術(shù)的進(jìn)步，衍生出肝臟虛擬切除、手術(shù)規(guī)劃及術(shù)中導(dǎo)航等新技術(shù)，形成了可由臨床醫(yī)師操作的計算機(jī)輔助手術(shù)規(guī)劃系統(tǒng)，并在臨床工作中逐漸得到廣泛應(yīng)用[2]。

1 肝臟三維可視化系統(tǒng)在精準(zhǔn)肝臟外科的臨床應(yīng)用研究

肝臟三維可視化系統(tǒng)建立的可視化肝臟結(jié)構(gòu)模型，透視化顯示肝內(nèi)脈管系統(tǒng)的完整走行及其分支分布，精確地顯示病灶與肝內(nèi)脈管系統(tǒng)的立體空間位置關(guān)系，并可任意旋轉(zhuǎn)觀察、移動、切割，測量相應(yīng)數(shù)據(jù)，提供二維圖像難以顯示的區(qū)域，并以其精確、逼真、生動的圖像特點深受外科醫(yī)師青睞而被廣泛應(yīng)用于指導(dǎo)肝臟外科手術(shù)[3]。

1.1 在術(shù)前評估中的應(yīng)用 以往在肝臟疾病診療的過程中，主要通過CT/MRI等二維圖像資料獲取信息，無法顯示肝臟立體結(jié)構(gòu)，尤其是病灶與脈管的空間結(jié)構(gòu)關(guān)系。而通過計算機(jī)輔助系統(tǒng)構(gòu)建出全面、客觀、逼真的肝臟結(jié)構(gòu)及病灶信息，可指導(dǎo)我們對病灶情況的判斷，避免手術(shù)的盲目性，盡可能地降低手術(shù)風(fēng)險[3，4]。據(jù)統(tǒng)計，肝癌術(shù)后肝衰竭的發(fā)生率為1.2%～32%[4]。當(dāng)前，把殘肝體積測量列為術(shù)前評估肝臟儲備功能的一種常規(guī)方法，而利用CT的三維重建技術(shù)，可在任意切線下計算腫瘤切除后殘肝體積，有助于可切除性的評估[5]。林科燦等[6]對76例肝癌患者進(jìn)行模擬肝臟手術(shù)規(guī)劃系統(tǒng)測量的虛擬切除體積，與術(shù)中實際切除體積呈顯著正相關(guān)，誤差率僅為6.1%；經(jīng)量化肝功能指標(biāo)并采用Logistic回歸分析及ROC曲線分析顯示剩余肝臟體積比(殘肝體積/標(biāo)準(zhǔn)化肝臟體積)是重度肝功能損害的獨立預(yù)測因素，有效預(yù)測術(shù)后肝功能損害的風(fēng)險。因此，3D評估和手術(shù)計劃更應(yīng)當(dāng)成為當(dāng)前肝臟外科的常規(guī)術(shù)前準(zhǔn)備。

1.2 在肝癌中的應(yīng)用 手術(shù)切除是目前肝癌公認(rèn)的首選治療方法。在亞太地區(qū)，肝癌往往合并肝炎、肝硬化，且與肝內(nèi)脈管密切相關(guān)，尤其是巨大肝癌，擠壓或浸潤周圍組織致肝內(nèi)解剖變異，手術(shù)難度極高。三維可視化系統(tǒng)可顯示肝臟3D空間結(jié)構(gòu)，分析體積，設(shè)計最佳切面，預(yù)演肝切除術(shù)，采取預(yù)防措施，減少術(shù)中出血，降低了術(shù)中并發(fā)癥發(fā)生的風(fēng)險[7]。姜春林等[8]回顧分析34例巨大肝癌患者，在模擬切除與實際切除的肝臟體積和手術(shù)切緣距離上模擬值與實際值相關(guān)性較好，顯示了三維手術(shù)模擬系統(tǒng)在巨大肝癌精準(zhǔn)肝切除的術(shù)前評估中起到重要的輔助作用。鐘小虎等[9]的對照研究表明，模擬手術(shù)規(guī)劃組術(shù)中出血量與肝門阻斷的時間明顯少于對照組。有學(xué)者[10]將規(guī)劃系統(tǒng)中三維重建技術(shù)模塊應(yīng)用于中晚期肝癌大小和周圍血管情況的顯像，為介入治療提供準(zhǔn)確的依據(jù)。蘇琳等[11]應(yīng)用3D可視化技術(shù)研究了16例嬰幼兒復(fù)雜肝腫瘤的精準(zhǔn)肝切除術(shù)，顯示了更佳的精準(zhǔn)、安全、有效。

1.3 在肝門部膽管癌中的應(yīng)用 肝門部膽管癌占肝外膽道惡性腫瘤的60%～70%，且發(fā)病率呈逐年上升趨勢[12]，根治性切除是長期存活的唯一出路。由于肝門部膽管癌具有高侵襲性，手術(shù)極具挑戰(zhàn)性。手術(shù)需要了解腫瘤與血管、膽道及肝臟等的關(guān)系。CT具有顯示腫瘤侵犯血管及肝臟情況的優(yōu)勢，MRCP能夠顯示整體膽管樹，但對肝動脈是否受侵檢查準(zhǔn)確性不高[13，14]。計算機(jī)輔助手術(shù)規(guī)劃系統(tǒng)能將CT二維圖像重建成三維可視化結(jié)構(gòu)，清晰地顯示立體的肝臟血管及擴(kuò)張肝內(nèi)外膽道，尤其是真實反映腫瘤的毗鄰關(guān)系及浸潤程度，而且可提高肝門部膽管癌的早期診斷率，同時對于預(yù)測手術(shù)切緣陰性的準(zhǔn)確率高達(dá)94.4%[15]。Nanashima等[16]的研究顯示，39例膽管惡性腫瘤患者的膽道3D灌注成像，其三維融合圖像顯示腫瘤侵犯的范圍相當(dāng)于常規(guī)造影的效果。楊世忠等[17]回顧分析15例復(fù)雜肝門部膽管癌患者的臨床資料表明，三維方法評估門靜脈和肝動脈受累的敏感度、特異度和準(zhǔn)確率分別為 100.0%、72.7%、72.7%與100.0%、78.6%、78.6%。曾寧等[18]前瞻性研究13例肝門部膽管癌患者進(jìn)行三維可視化重建，對比術(shù)前與術(shù)中肝門膽管癌的分型、模擬手術(shù)方式與實際手術(shù)方式，研究顯示術(shù)前三維重建對腫瘤分型診斷準(zhǔn)確率 100%，模擬手術(shù)與實際手術(shù)方式符合率為85%，因此三維可視化重建可對患者進(jìn)行準(zhǔn)確的術(shù)前評估和手術(shù)規(guī)劃。

1.4 在肝膽管結(jié)石中的應(yīng)用 肝內(nèi)膽道變異較為常見，伴有膽道結(jié)石膽管炎時，加重肝內(nèi)血管及膽管的扭曲變異，增加圍手術(shù)期并發(fā)癥，盡管纖維膽道鏡已普遍使用，膽道術(shù)后殘石率仍高達(dá)21%[19]。肝臟三維可視化系統(tǒng)的應(yīng)用可降低術(shù)后殘石率。范應(yīng)方等[20]應(yīng)用54例肝膽管結(jié)石病患者的肝臟64排螺旋CT掃描原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行肝臟及膽道三維重建，研究表明該系統(tǒng)除能精確顯示膽道病變形態(tài)、肝內(nèi)膽管結(jié)石的部位、大小及數(shù)量外，仿真手術(shù)方案與實際手術(shù)的符合率為94%，全組術(shù)后結(jié)石殘留率僅為6%，證實該手術(shù)規(guī)劃系統(tǒng)在肝膽管結(jié)石病中具有一定的應(yīng)用價值。方馳華等[21]成功構(gòu)建肝膽管結(jié)石三維可視化診治平臺，對112例肝膽管結(jié)石患者的CT數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，用于肝膽管結(jié)石臨床診斷分型及指導(dǎo)精準(zhǔn)手術(shù)治療，使總手術(shù)殘石率<3%、并發(fā)癥發(fā)生率<5.6%、術(shù)后結(jié)石復(fù)發(fā)率<2.4%。

1.5 在肝移植中的應(yīng)用 肝移植術(shù)的技術(shù)難點在于血管處理，尤其是解剖第二、三肝門時意外出血、空氣栓塞；血管吻合的關(guān)鍵是管徑相近，長度適中?；铙w肝移植中，原則上受體最少需要原標(biāo)準(zhǔn)肝體積的40%，供體至少要保留原肝體積的35%[22]。基于CT掃描重建的肝模型可提供肝移植供受體的脈管、肝臟外形和體積等解剖方面完整的匹配信息。Schroeder等[23]首先報道了應(yīng)用三維評估的方法將肝臟大小不匹配或管道結(jié)構(gòu)有變異的102例供體捐獻(xiàn)者從肝移植候選者中排除。隨后，肝臟三維可視化開始應(yīng)用于評估親體肝移植術(shù)后肝臟再生和靜脈灌注、引流等情況。Kayashima等[24]觀察13例左肝親體移植后肝移植再生及肝靜脈側(cè)支循環(huán)形成情況。此外，何翼彪等[25]報道了應(yīng)用數(shù)字化三維重建技術(shù)指導(dǎo)21例終末期肝泡型包蟲病患者的治療，其中行離體肝切除自體肝移植15例，活體肝移植6例，提高了手術(shù)的精準(zhǔn)性和成功率，顯示出良好的療效。自此，三維可視化在肝移植尤其是親體肝移植中得到全面應(yīng)用。

1.6 在外科教學(xué)和手術(shù)訓(xùn)練中的應(yīng)用 3D可視化肝臟模型提供立體、透視化的解剖圖像，肝臟的大小形態(tài)及其內(nèi)部脈管結(jié)構(gòu)，肝段的劃分等均可在三維模型中顯示講解，生動形象，易于理解和醫(yī)患溝通。3D模型的出現(xiàn)及虛擬手術(shù)仿真軟件的應(yīng)用如Liversim，借助于力反饋系統(tǒng)可獲得手感反饋，并展現(xiàn)真實術(shù)中肝臟變形[26]。日本已經(jīng)建立起了3D虛擬肝切除仿真中心，開展培訓(xùn)教學(xué)[27]。這種方法既解決了年輕醫(yī)生在醫(yī)學(xué)資源短缺、醫(yī)患關(guān)系緊張大環(huán)境下無手術(shù)訓(xùn)練困局，又減少了動物使用，也避免了違背醫(yī)學(xué)倫理之嫌，著實值得提倡。

1.7 3D醫(yī)學(xué)打印助力三維可視化系統(tǒng)的發(fā)展 3D打印技術(shù)作為一種新興的快速成型技術(shù)，廣泛應(yīng)用于航空航天、各種模具加工等領(lǐng)域。基于CT掃描數(shù)據(jù)重建得到的三維模型圖像信息通過3D打印機(jī)生成一定比例的實物模型，給予觸覺上的真實感。做出的病例模型，可展現(xiàn)在患者及其家屬眼前，使醫(yī)患溝通簡單易行；同樣也使晦澀圖文醫(yī)學(xué)教學(xué)更加生動靈活。方馳華等[21]在肝膽管結(jié)石三維可視化診治平臺的基礎(chǔ)上，將模型圖像以STL格式文件保存，選取感興趣的脈管、病灶等導(dǎo)入相關(guān)3D打印軟件建模處理后，成功打印了可視化3D物理模型，指導(dǎo)治療復(fù)發(fā)性、復(fù)雜性肝膽管結(jié)石。Fang等[27]結(jié)合應(yīng)用肝臟3D打印精確指導(dǎo)22例肝臟腫瘤的診治。試設(shè)想，肝臟三維重建模型結(jié)合3D打印技術(shù)，輔以生物組織工程技術(shù)，“打印出”具有生命活性的肝臟，解決當(dāng)今肝源嚴(yán)重缺乏的困境，是多么令人振奮。但目前3D打印與三維技術(shù)結(jié)合應(yīng)用中存在技術(shù)制約，且價格昂貴，難以推廣普及，有待于技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

2 展望

三維可視化系統(tǒng)處于快速發(fā)展時期，并在精準(zhǔn)肝臟外科中得到廣泛應(yīng)用。雖然三維可視化系統(tǒng)存在部分重建信息丟失造成圖像不夠精確，耗時較長及專業(yè)軟件價格昂貴等缺點，但隨著數(shù)字醫(yī)學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，三維可視化系統(tǒng)聯(lián)合計算機(jī)輔助手術(shù)的應(yīng)用必將把肝臟外科的精準(zhǔn)度推上更高水平。

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ZHONG Ping-yong1，ZHANG Yu2，YANG Hong-ji1，2，3

2015-11-23；

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