三维可视化技术在肝胆管结石诊断和手术规划中的应用研究

祝文 方驰华 方兆山 范应方 杨剑 项楠 曾宁

肝胆管结石病是我国的常见病、多发病[1]。由于结石在肝内容易导致胆管变异、胆管狭窄、肝脏萎缩、增生复合征等病理改变，使得诊治十分困难，很难达到“去除病灶，取尽结石，矫正狭窄，通畅引流，防治复发”的治疗原则，使得一部分病人需要再次甚至多次手术治疗[2]。随着内镜技术发展及逐步应用于肝胆管结石的治疗，使得治疗效果有较大提高，但残石率仍高达19.5%[3]。肝胆管结石的常规诊断以磁共振胰胆管成像(MRCP)、CT、B超等无创检查手段为主[4]，但各有其优缺点，随着3D影像学技术的发展，肝胆管结石病的术前诊断有了新的手段，也为选择最佳手术方式提供了更加直观清晰的影像学依据。本研究采用对病人亚毫米CT数据进行三维重建，并将三维可视化技术应用于肝胆管结石的临床诊治及手术规划，为个体化手术方案的制定提供更加详实的术前指导，以期提高肝胆管结石病的临床疗效。

资料与方法

一、研究对象

分析我院肝胆外科2012年6月至2014年2月收治的肝胆管结石病人，纳入标准为：①无合并急性梗阻性化脓性胆管炎；②心、脑、肺等脏器良好；③肝功能Child-Pugh A、B级。排除标准为：①证实为胆管癌；②有手术禁忌证。

符合上述标准的共40例，其中女性25例，男性15例，年龄(53.5±11.5)岁。病程2～16年，平均8.7年。肝功能Child-Pugh分级：A级28例，B级12例(其中C级1例，经积极治疗后术前评估为B级)。轻度黄疸8例，中度黄疸5例。25例病人既往有胆道手术史。所有病人入院后均完善上腹部256排螺旋CT扫描，并在三维可视化技术指导下进行诊断和治疗。

二、CT扫描及数据收集

采用256排螺旋CT(Philips Brilliance，荷兰)扫描收集病人平扫期、动脉期和门脉期薄层CT数据，具体参数及采集方法详见文献[5]。

三、三维重建

将平扫期、动脉期和门脉期的亚毫米CT数据导入自主研发(具有自主知识产权)的腹部医学图像三维可视化软件系统(MI-3DVS)中分别进行胆道系统及结石、肝脏、肝动脉、门静脉、肝静脉等的三维重建。并将重建模型的各个部分进行旋转、透明化等处理，多角度观察，明确结石分布范围、数量、大小及形状，胆管狭窄的部位、长度及程度，肝内血管走行及肝实质情况等。根据重建模型中结石与肝内外胆管的情况，进行术前个体化诊断，肝脏个体化分段、个体化体积计算，以及设计手术方案，进行术前演练，具体方法见参考文献[6]。

四、诊治策略

结合《肝胆管结石病诊断治疗指南》[7]，应用三维可视化技术对每例病人进行个体化的3D分型诊断。结合病人病情采取个体化的手术方案：①对于有窦道或引流管病人，选择3D技术引导下经皮肝窦道胆道硬镜靶向碎石取石术；②多发性肝胆管结石首次手术者，选择3D引导下腹腔镜、胆道硬镜体外震波靶向碎石取石术；③肝胆管结石多次手术者，选择腹腔镜下/开腹胆道硬镜体外震波靶向碎石取石术；④多发性肝胆管结石病人，若存在胆管扩张者，可选择经皮肝穿刺分期胆道硬镜体外震波靶向碎石；⑤肝胆管结石合并肝门部多发性胆管狭窄者，选择3D引导下开腹胆道硬镜体外靶向治疗，肝门部狭窄胆管整形术；⑥如结石局限于某肝段，选择3D引导下腹腔镜保护性肝切除术治疗肝胆管结石；⑦肝胆管结石合并肝脏萎缩、肥大综合征病人，选择3D引导下腹腔镜下肝部分切除、经胆道硬镜体外靶向碎石；⑧肝胆管结石合并肝内胆管狭窄者，根据情况和条件，在上述手术方式基础选择合理方式解除狭窄。

术中使用MI-3DVS系统指导个体化的靶向碎石取石术。术中胆道镜观察结石取尽情况，术后胆道造影观察结石残留情况。

五、实际手术

1．手术设备与器械 日本奥林巴斯公司的电子胆道镜及其配套设备，德国Wolf胆道硬镜，取石钳、取石网等，气压弹道碎石机，可调压输水泵，超滑花斑导丝。

2．手术方法 本组病例均采取三维可视化技术指导经窦道胆道硬镜靶向碎石取石术或者腹腔镜(或开腹)联合胆道镜气压弹道靶向碎石取石术(肝叶/段切除术、狭窄胆管整形胆肠吻合、胆道探查加T管引流术等)治疗肝胆管结石。具体方法为：术中采用气管插管全身麻醉。先行胆总管切开探查取石，根据胆总管粗细选择合适的扩张器及鞘管；对于经窦道者，自窦道置入花斑导丝引导置入合适的扩张器及鞘管，若窦道偏小则使用扩张器逐步扩张。在3D模型引导下，弹道硬镜经鞘管直达目标胆管寻找结石，大于10 mm的结石行碎石处理。而后使用水流“冲吸”的作用将碎石经鞘管冲出，也可用网篮套取、钳夹取出碎石。最后探查肝外胆道，去除肝外胆管结石，确认胆总管下端通畅，观察Oddi括约肌功能，最后留置T管和腹腔引流管。对于有明显肝萎缩、纤维化的病例，或Ⅱ、Ⅲ级以上胆管多处狭窄、难以实施肝内胆管整形的病例，在3D技术指导下实施了保护性左/右肝叶或肝段的部分切除联合狭窄胆管整形术，利用弹道硬镜经肝断面胆管靶向碎石取石术。

六、术后处理及随访

2周后病人返院行T管或胆道支撑管造影，根据造影结果确定拔除引流管时间；狭窄段胆管经扩张留置胆管支撑导管3～6个月。有胆道结石残留者，择期二次经窦道胆道硬镜取石。术后每2～3个月门诊随诊。

结 果

一、三维重建结果

本组40例病人通过MI-3DVS可实现肝脏及其内部管道系统相互间解剖关系的三维立体显现(图1)，可清晰观察到肝脏的立体形态，直观的“胆管树”立体形态；立体显示结石的大小、数量、分布，狭窄或扩张胆管的长度和直径，胆管和肝内血管系统的空间解剖结构关系，肝动脉、肝静脉、门静脉系统和胆管系统的立体交叉分布及变异情况等。

二、个体化的3D分型结果

结合《肝胆管结石病诊断治疗指南》的分型标准，使用MI-3DVS对于每例病人进行个体化的3D分型诊断(图2)，其中：Ⅰ型10例，Ⅱa型18例，Ⅱb型8例，Ⅱc型4例，合并胆总管结石23例。

三、个体化肝脏分段及体积计算

在肝胆管结石病人3D模型上基于门静脉及肝静脉走行进行个体化的肝脏分段，划分好的肝段用不同的颜色加以对比区分。能明确结石和病变胆管所在的具体肝段和数量(图3)。对全肝、各肝段、拟切肝段、残肝进行体积计算，并计算残肝体积占肝脏整体体积的百分比，为需要行肝段(叶)切除的病人提供手术切除范围参考及安全性评估(图4)。实现了肝内胆管结石的精确的数字化诊断，为手术方案的制定提供了最为翔实的影像学资料。

A.透明化肝脏,显示结石在胆管内位置;B.隐去肝脏,显示胆管与门静脉关系;C.透明化肝脏,显示腹腔内各管道图1 3D显示肝脏及其内部管道系统相互间解剖关系(白色为结石、红色的为动脉、浅蓝色为门静脉、深蓝色为肝静脉)

图2 使用MI-3DVS进行个体化的3D分型 A为Ⅰ型;B为Ⅱa型;C为Ⅱb型;D为Ⅱc型

A.透明化Ⅲ段肝组织,显示结石的分布;B.透明化Ⅳ段肝组织,显示结石的分布;C.透明化Ⅴ段肝组织,显示结石的分布;D.透明化Ⅶ段肝组织,显示结石的分布图3 透明化Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ段肝组织,显示结石的具体分布

A.拟切除肝段(叶);B.全肝体积;C.左半肝切除体积;D.左外叶切除体积图4 对全肝、拟切肝段、残肝进行体积计算,并计算残肝体积的百分比

四、手术结果

MI-3DVS三维重建模型与术中所见结石大小、形态、数量、位置及胆管走行、狭窄部位、狭窄程度显示均一致。40例病人根据不同的肝胆管结石类型采用个体化的手术方法，行3D技术引导下经皮肝窦道胆道硬镜靶向碎石取石术10例，其中包括Ⅱc型结石4例；行3D技术引导下2D腹腔镜联合胆道硬镜靶向碎石取石术13例；行3D技术引导下行开腹胆道硬镜体外震波靶向碎石取石术4例；行3D技术联合3D腹腔镜镜胆道硬镜靶向碎石取石术治疗肝胆管结石6例；行3D技术引导下保护性肝切除、肝断面经胆道硬镜体外靶向碎石取石术5例，2例病人合并肝门部胆管狭窄，选择3D技术引导下胆道硬镜体外靶向治疗，肝门部狭窄胆管整形术。40例病人中有3例因年龄大，结石多，手术时间偏长及防止冲水量过多，而先行部分取石，二期行3D指导下经窦道胆道硬镜靶向碎石取石，最终达到无结石残留。有1例Ⅱc型的肝硬化肝胆管结石病人少量胆道出血，经采用去甲肾上腺素等处理后缓解；所有40例病人无胆道损伤、穿孔、大出血、胆漏、急性胰腺炎等并发症发生。

五、随访结果

40例病人均获得术后随访，术后随访4～24个月。总体并发症发生率为5.0%，2例病人术后发作胆管炎，经口服药物治疗后症状消失。所有病人经胆管直接造影证实无结石残留和复发，随访半年均未再发作。

讨 论

肝胆管结石病，以其高发病率、高残石率、高复发率和高再手术率已成为肝胆外科极为复杂的常见病和难治的胆道疾病，严重威胁着人民的身体健康[8]。目前在肝胆管结石病的诊治过程中，应用的影像学诊断技术主要包括B超、CT、MRI、经内镜逆行胰胆管造影(ERCP)、经皮肝穿刺胆道造影(PTC)等[4]，但这些检查手段各有优缺点，单一的检查手段常难以获得全面的诊断，往往需要综合多种影像学手段才能达到准确的诊断与治疗。B超一般作为首选手段，能较为敏感地发现扩张的胆道及其内部的结石，但不能提供完整的胆管树影像，也难以显示胆管狭窄部位，然而其受影响因素较多，容易降低图像质量，从而导致误诊，因此作为诊断依据稍显不足；CT的敏感性与准确度均高于B超，CT可显示肝内胆管结石分布及肝实质病变，然而CT图像作为二维图像，在结石部位与胆管狭窄部位的空间诊断方面，始终是难以突破的瓶颈，对于高年资有经验的医生而言，可以连续观察CT断层图像在大脑中建立胆管系统的立体构像及结石的立体分布位置，而对低年资医生实属难题；MRCP是基于MRI影像学技术的检查方法，MRI结合MRCP可以多角度全面显示肝内胆管系统以及肝脏病变情况，近年来得到越来越多胆道外科医生的重视，但MRI对结石显示不如CT和B超清晰，对于胆汁稀少的狭细胆管的显示仍不甚理想，并且对于胆管狭窄的显示不如胆道直接造影清晰准确；ERCP和PTC属于直接胆道造影的检查方法，能清晰显示结石在肝内外胆管的分布、胆管狭窄和扩张以及胆管的变异，然而对于狭窄胆道远端，却无法清晰显示，并且他们的直接显像仅能显示胆管内病变，却不能直接显示胆管壁及肝实质的病变，而且作为侵入性的检查方法，有可能引起出血、急性胰腺炎或者胆管炎的可能，不是临床首选的检查方法。

21世纪以来，随着影像学技术的发展，疾病的诊断及治疗手段也在不断的革新，外科手术模式向着更准确、精细、微创化和多信息导向的智能化转变[9]。肝胆管结石的治疗手段也是多种多样，包括各种类型的肝切除术、高位胆管切开取石术、狭窄胆管整形、经肝实质胆管切开取石术、胆道硬镜碎石取石、经皮肝胆道镜(PTCS)碎石取石等[10-11]。如何根据病人的实际情况选择个体化的治疗方案，是每个胆道外科医师所关注以及需要思考的问题。外科治疗的目的不仅仅是解除症状，更重要的是彻底清除病灶达到治愈目的[12]。应根据病人病变的程度、位置、范围、病人全身状况以及结合医院的设备及技术水平选择更为恰当的治疗方法，笔者所在单位利用三维可视化技术达到术前精确诊断、准确的术前规划和术中精准操作，有效降低术后结石残石率[13-14]。本组病人行增强CT扫描后，使用MI-3DVS行三维重建，3D技术很好地解决了肝胆管结石临床诊治瓶颈，术前可以立体、直观、清晰地显示结石的大小、部位、形态和分布，胆管狭窄部位、程度和长度，胆管与肝动脉、肝静脉、门静脉的关系；结合三维模型制定个体化的手术方案，提高了手术精确度和安全性，极大地降低了术后的残石率，在实现“取尽结石，祛除病灶，解除狭窄，通畅引流”目标的同时，能最大程度地保护了功能正常的肝脏组织，实现了肝胆管结石的数字化微创外科治疗[15-16]。

本研究使用三维可视化技术结合腹腔镜及硬镜技术指导靶向治疗肝胆管结石，通过三维重建整体显示肝内胆道树结构，明确结石分布的位置并精确定位，同时准确显示胆管与血管系统的空间立体关系，将可能出现的副损伤如胆道撕裂、血管损伤等发生率降至最低。本组病例中有4例Ⅱc型肝胆管结石病人，合并严重的胆汁性肝硬化、门静脉高压症等并发症，肝功能差，无法承受大的手术创伤；但若不取出结石、解除胆道梗阻，病人肝硬化等并发症将持续并继续加重。此时利用三维可视化技术，准确地显示肝脏、肝胆管、结石等病变的情况的同时，能够清晰了解门静脉系统侧支循环及各血管扩张、分布情况，指导制定合理的手术径路。对于有胆道扩张者，可在3D指导下行经皮肝穿刺留置胆管引流管，二期行3D指导下3D引导下经窦道胆道硬镜体外震波靶向碎石，最大限度地减少了手术创伤、减少了出血等并发症，最大程度地保护了肝功能，尽可能达到的“取尽结石”的治疗原则。1957年黄志强院士在西南医院首次提出肝叶切除治疗肝内胆管结石，经临床实践证明，切除病变肝段可以最大限度地清除含有结石、狭窄及扩张胆管的病灶，是治疗肝内胆管结石的最有效手段。对于肝胆管结石合并肝脏萎缩、肥大综合征病人，肝脏常常出现变形、转位，合并血管与胆管变异率很高，根据病人情况选择3D引导下腹腔镜下保护性肝切除、经胆道硬镜体外靶向碎石。三维可视化技术清晰显示肝脏内部结构，通过仿真手术和术中间接导航指导保护性肝切除治疗肝胆管结石病，简化了手术程序、缩短了手术时间及实现了有功能的残肝体积最大化，在有效降低残石率同时，可使术中术后严重并发症发生率明显降低。本组病人有1例左肝内胆管结石并Ⅱ、Ⅲ段萎缩，Ⅳ段代偿性增生、胆管扩张，左肝管狭窄，按照以往的手术经验需行左半肝切除。通过三维重建模型和术前仿真手术发现切除Ⅱ、Ⅲ段肝脏，通过断面肝管可取尽Ⅳ段的结石，同时通过胆管整形及胆管支撑管可解除左肝管狭窄，按照三维可视化技术制订的手术方案，术中在实现切除病灶、取尽结石、解除狭窄的同时保护了有正常功能的Ⅳ段肝脏组织，且左肝断面多点冰冻病理学检查排除恶性病变，大大提高了手术的安全性，促进了病人术后的恢复，确保了手术近远期效果。

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