基于CT扫描的肝脏三维可视化系统在精准肝脏外科中的应用进展

钟平勇，张 宇，杨洪吉，，3△

(1.西南医科大学，四川 泸州 646000；2.四川省医学科学院·四川省人民医院器官移植中心，四川 成都 610072；3.电子科技大学医学院，四川 成都 610000)

△通讯作者

基于CT扫描的肝脏三维可视化系统在精准肝脏外科中的应用进展

钟平勇1，张 宇2，杨洪吉1，2，3△

(1.西南医科大学，四川 泸州 646000；2.四川省医学科学院·四川省人民医院器官移植中心，四川 成都 610072；3.电子科技大学医学院，四川 成都 610000)

精准肝脏外科具有丰富的哲学内涵，是一种全新的肝脏外科理念和技术体系，旨在追求彻底清除目标病灶的同时，追求患者利益的最大化；精准肝切除的创新理念必须依托当前高度发达的现代科学技术的支撑才能转化为现实[1]。近年来，由于现代多排CT(multidetector CT，MDCT)扫描技术的发展及肝脏三维可视化技术的进步，衍生出肝脏虚拟切除、手术规划及术中导航等新技术，形成了可由临床医师操作的计算机辅助手术规划系统，并在临床工作中逐渐得到广泛应用[2]。

1 肝脏三维可视化系统在精准肝脏外科的临床应用研究

肝脏三维可视化系统建立的可视化肝脏结构模型，透视化显示肝内脉管系统的完整走行及其分支分布，精确地显示病灶与肝内脉管系统的立体空间位置关系，并可任意旋转观察、移动、切割，测量相应数据，提供二维图像难以显示的区域，并以其精确、逼真、生动的图像特点深受外科医师青睐而被广泛应用于指导肝脏外科手术[3]。

1.1 在术前评估中的应用 以往在肝脏疾病诊疗的过程中，主要通过CT/MRI等二维图像资料获取信息，无法显示肝脏立体结构，尤其是病灶与脉管的空间结构关系。而通过计算机辅助系统构建出全面、客观、逼真的肝脏结构及病灶信息，可指导我们对病灶情况的判断，避免手术的盲目性，尽可能地降低手术风险[3，4]。据统计，肝癌术后肝衰竭的发生率为1.2%～32%[4]。当前，把残肝体积测量列为术前评估肝脏储备功能的一种常规方法，而利用CT的三维重建技术，可在任意切线下计算肿瘤切除后残肝体积，有助于可切除性的评估[5]。林科灿等[6]对76例肝癌患者进行模拟肝脏手术规划系统测量的虚拟切除体积，与术中实际切除体积呈显著正相关，误差率仅为6.1%；经量化肝功能指标并采用Logistic回归分析及ROC曲线分析显示剩余肝脏体积比(残肝体积/标准化肝脏体积)是重度肝功能损害的独立预测因素，有效预测术后肝功能损害的风险。因此，3D评估和手术计划更应当成为当前肝脏外科的常规术前准备。

1.2 在肝癌中的应用 手术切除是目前肝癌公认的首选治疗方法。在亚太地区，肝癌往往合并肝炎、肝硬化，且与肝内脉管密切相关，尤其是巨大肝癌，挤压或浸润周围组织致肝内解剖变异，手术难度极高。三维可视化系统可显示肝脏3D空间结构，分析体积，设计最佳切面，预演肝切除术，采取预防措施，减少术中出血，降低了术中并发症发生的风险[7]。姜春林等[8]回顾分析34例巨大肝癌患者，在模拟切除与实际切除的肝脏体积和手术切缘距离上模拟值与实际值相关性较好，显示了三维手术模拟系统在巨大肝癌精准肝切除的术前评估中起到重要的辅助作用。钟小虎等[9]的对照研究表明，模拟手术规划组术中出血量与肝门阻断的时间明显少于对照组。有学者[10]将规划系统中三维重建技术模块应用于中晚期肝癌大小和周围血管情况的显像，为介入治疗提供准确的依据。苏琳等[11]应用3D可视化技术研究了16例婴幼儿复杂肝肿瘤的精准肝切除术，显示了更佳的精准、安全、有效。

1.3 在肝门部胆管癌中的应用 肝门部胆管癌占肝外胆道恶性肿瘤的60%～70%，且发病率呈逐年上升趋势[12]，根治性切除是长期存活的唯一出路。由于肝门部胆管癌具有高侵袭性，手术极具挑战性。手术需要了解肿瘤与血管、胆道及肝脏等的关系。CT具有显示肿瘤侵犯血管及肝脏情况的优势，MRCP能够显示整体胆管树，但对肝动脉是否受侵检查准确性不高[13，14]。计算机辅助手术规划系统能将CT二维图像重建成三维可视化结构，清晰地显示立体的肝脏血管及扩张肝内外胆道，尤其是真实反映肿瘤的毗邻关系及浸润程度，而且可提高肝门部胆管癌的早期诊断率，同时对于预测手术切缘阴性的准确率高达94.4%[15]。Nanashima等[16]的研究显示，39例胆管恶性肿瘤患者的胆道3D灌注成像，其三维融合图像显示肿瘤侵犯的范围相当于常规造影的效果。杨世忠等[17]回顾分析15例复杂肝门部胆管癌患者的临床资料表明，三维方法评估门静脉和肝动脉受累的敏感度、特异度和准确率分别为 100.0%、72.7%、72.7%与100.0%、78.6%、78.6%。曾宁等[18]前瞻性研究13例肝门部胆管癌患者进行三维可视化重建，对比术前与术中肝门胆管癌的分型、模拟手术方式与实际手术方式，研究显示术前三维重建对肿瘤分型诊断准确率 100%，模拟手术与实际手术方式符合率为85%，因此三维可视化重建可对患者进行准确的术前评估和手术规划。

1.4 在肝胆管结石中的应用 肝内胆道变异较为常见，伴有胆道结石胆管炎时，加重肝内血管及胆管的扭曲变异，增加围手术期并发症，尽管纤维胆道镜已普遍使用，胆道术后残石率仍高达21%[19]。肝脏三维可视化系统的应用可降低术后残石率。范应方等[20]应用54例肝胆管结石病患者的肝脏64排螺旋CT扫描原始数据，进行肝脏及胆道三维重建，研究表明该系统除能精确显示胆道病变形态、肝内胆管结石的部位、大小及数量外，仿真手术方案与实际手术的符合率为94%，全组术后结石残留率仅为6%，证实该手术规划系统在肝胆管结石病中具有一定的应用价值。方驰华等[21]成功构建肝胆管结石三维可视化诊治平台，对112例肝胆管结石患者的CT数据进行分析，用于肝胆管结石临床诊断分型及指导精准手术治疗，使总手术残石率<3%、并发症发生率<5.6%、术后结石复发率<2.4%。

1.5 在肝移植中的应用 肝移植术的技术难点在于血管处理，尤其是解剖第二、三肝门时意外出血、空气栓塞；血管吻合的关键是管径相近，长度适中。活体肝移植中，原则上受体最少需要原标准肝体积的40%，供体至少要保留原肝体积的35%[22]。基于CT扫描重建的肝模型可提供肝移植供受体的脉管、肝脏外形和体积等解剖方面完整的匹配信息。Schroeder等[23]首先报道了应用三维评估的方法将肝脏大小不匹配或管道结构有变异的102例供体捐献者从肝移植候选者中排除。随后，肝脏三维可视化开始应用于评估亲体肝移植术后肝脏再生和静脉灌注、引流等情况。Kayashima等[24]观察13例左肝亲体移植后肝移植再生及肝静脉侧支循环形成情况。此外，何翼彪等[25]报道了应用数字化三维重建技术指导21例终末期肝泡型包虫病患者的治疗，其中行离体肝切除自体肝移植15例，活体肝移植6例，提高了手术的精准性和成功率，显示出良好的疗效。自此，三维可视化在肝移植尤其是亲体肝移植中得到全面应用。

1.6 在外科教学和手术训练中的应用 3D可视化肝脏模型提供立体、透视化的解剖图像，肝脏的大小形态及其内部脉管结构，肝段的划分等均可在三维模型中显示讲解，生动形象，易于理解和医患沟通。3D模型的出现及虚拟手术仿真软件的应用如Liversim，借助于力反馈系统可获得手感反馈，并展现真实术中肝脏变形[26]。日本已经建立起了3D虚拟肝切除仿真中心，开展培训教学[27]。这种方法既解决了年轻医生在医学资源短缺、医患关系紧张大环境下无手术训练困局，又减少了动物使用，也避免了违背医学伦理之嫌，着实值得提倡。

1.7 3D医学打印助力三维可视化系统的发展 3D打印技术作为一种新兴的快速成型技术，广泛应用于航空航天、各种模具加工等领域。基于CT扫描数据重建得到的三维模型图像信息通过3D打印机生成一定比例的实物模型，给予触觉上的真实感。做出的病例模型，可展现在患者及其家属眼前，使医患沟通简单易行；同样也使晦涩图文医学教学更加生动灵活。方驰华等[21]在肝胆管结石三维可视化诊治平台的基础上，将模型图像以STL格式文件保存，选取感兴趣的脉管、病灶等导入相关3D打印软件建模处理后，成功打印了可视化3D物理模型，指导治疗复发性、复杂性肝胆管结石。Fang等[27]结合应用肝脏3D打印精确指导22例肝脏肿瘤的诊治。试设想，肝脏三维重建模型结合3D打印技术，辅以生物组织工程技术，“打印出”具有生命活性的肝脏，解决当今肝源严重缺乏的困境，是多么令人振奋。但目前3D打印与三维技术结合应用中存在技术制约，且价格昂贵，难以推广普及，有待于技术的进一步发展。

2 展望

三维可视化系统处于快速发展时期，并在精准肝脏外科中得到广泛应用。虽然三维可视化系统存在部分重建信息丢失造成图像不够精确，耗时较长及专业软件价格昂贵等缺点，但随着数字医学技术的不断进步，三维可视化系统联合计算机辅助手术的应用必将把肝脏外科的精准度推上更高水平。

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Progress application of 3D visualization system based on CT scanning in liver surgery

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

2015-11-23；

2015-12-30)