三维可视化技术在肝脏肿瘤外科教学中的应用

叶甲舟 韦猛 白涛 陈洁 麦荣云 梁嵘 黎乐群 吴飞翔

三维可视化技术（three-dimensional visualization technology）是基于CT 和（或）MRI 断层图像数据，通过计算机图像处理技术对数据进行分析、融合、计算、分割、渲染后对图像重建，以立体显示和描述脏器精细解剖结构与肿瘤三维关系和形态特征的一种计算机工具。在肝脏肿瘤外科诊疗领域，三维可视化技术可将肝脏实质、胆道系统、血管系统、肿瘤等的形态、空间分布等进行精确地描述和立体地展示，与传统的CT 和MRI二维图像相比，可更直观、精确、立体、快捷地将目标从视觉上分离出来，为精准肝脏肿瘤切除手术的术前准确诊断、手术方案个体化规划和手术入路的选择提供决策依据[1]。本文旨在从以下几个方面阐述三维可视化技术在肝脏肿瘤外科教学中的应用。

1 三维可视化技术有助于学生了解肝脏正常的解剖结构及肝脏肿瘤的特征

对于初次接触肝脏外科的学生来说，掌握肝脏解剖结构和肝脏肿瘤疾病的学习中存在以下困难：首先，肝脏有复杂的脉管系统，由门静脉、肝动脉以及胆管组成的格里森系统（Glisson 系统）与肝左、肝中、肝右静脉组成的静脉系统相互交织成肝脏血管循环网及胆管系统，错综复杂。并且，脉管走形又存在着个体化差异。目前临床上使用的肝脏Couinaud 分段法[2]是依据肝静脉系和门静脉系的走形划分的。掌握肝脏基础的解剖分段，就必须熟悉肝静脉系和门静脉系走形。其次，不同患者的肝脏肿瘤其大小、位置、形态均显示出不同的特点。例如，巨大肿瘤既可以跨越几个肝叶，也可局限在单个肝段，可压迫正常血管使其推移，有时癌栓可使血管闭塞无法显影。此外，肿瘤可压迫肝外胆管或左右肝管使肝内胆管分支扩张。而传统的肝脏解剖教学往往以CT、MRI 等二维断层影像为主，初学者尚未养成连续层面的阅片能力，难以在脑海中较好地整合和呈现冠状面、矢状面、水平面这三面所构成的立体空间图像，对肝脏的分段、肝内管道走形、肿瘤的位置、大小、毗邻等方面难以形成一个宏观的、系统的认识。

这些困难决定了学习肝脏肿瘤外科必须投入大量精力并需要长久的积累经验。肝脏三维重建图像能立体化、个体化、清晰地将肝内管道系统和肿瘤特点立体地显示出来，并能够重建扩张的肝内、外胆管系统和肿大的淋巴结、能够测量肿瘤和临近管道的距离等，便于学生系统学习肝脏的Couinaud 分段、肝脏肿瘤与周围血管的空间毗邻关系（如图A、B、C、D）、癌栓（如图E）、肝内外扩张胆管（如图F）及肿大淋巴结的位置关系（如图G）[3]。因此，在传统二维图像教学基础上，使用三维重建图进行教学，有助于指导学生更直观地理解肝脏解剖分段、肝脏肿瘤及其周围解剖的关系，提高教学效率。

2 三维可视化技术有助于学生理解复杂性肝癌切除手术

手术是治疗复杂性肝癌最有效的治疗方式，复杂性肝癌切除手术在综合治疗过程中的意义非常重要。目前，一般认为以下几种情况可称之为复杂性肝癌[4]：（1）巨大肝癌（大于10cm）压迫导致肝内脉管严重变形；（2）累及肝门或下腔静脉的中央型肝癌；（3）在肝内存在肝动脉、门静脉、肝静脉变异；（4）伴有胆道、门静脉、下腔静脉癌栓；（5）需要行肝中叶切除（Ⅳ、Ⅴ、Ⅷ 段切除）、右半肝切除、左或右三叶肝切除、行极量肝切除术的巨大肝癌[5]；（6）特殊部位的肝癌：如肝脏尾状叶的肝癌。

复杂性肝癌切除困难的原因在于：（1）肿瘤巨大或位置特殊、毗邻肝脏重要的管道、推压或包绕重要管道致肝脏结构发生变化加上脉管变异等，极大地增加了术中精确分离肿瘤及重要脉管的难度、减少术中管道误伤和大出血的风险；（2）足够的切缘是确保手术治疗肝癌预后的重要因素，当肝癌巨大时，过多地切除健康肝脏极易引起术后肝衰竭，而切缘不足又易导致肿瘤组织的残留；（3）大多数肝癌患者存在病毒性肝炎、酒精性肝病、肝吸虫病及肝硬化等慢性肝疾病背景，这对把握肝脏手术的切除范围造成了很大限制。

图A 肝癌肝脏三维重建整体效果图图B 动脉系统与肿瘤解剖关系图C 肝静脉系统与肿瘤解剖关系图D 门静脉系统与肿瘤解剖系图E 门静脉右前支癌图F 扩张胆管图G 肿大淋巴结

理解复杂性肝癌切除手术是有难度的，既往临床上外科医师们需要将CT、MRI 等二维平面断层图像在脑中抽象地进行重建，形成立体图像。然而，这种抽象的构图印象与外科医师的经验有很大关系，在不同个体的外科医师脑中所呈现的图像因人而异。并且这种抽象的重建图像的方式难以立体地呈现在整个治疗团队面前，若团队成员术前无法充分理解肝脏与肿瘤的解剖特点，这对于主刀医师进行精准的手术规划，或是对助手们理解主刀医师的意图、配合好主刀医师均带来了很大的不确定性，从而增加了术中误伤、出血的风险及术后并发症的发生率[6]。而对于学生而言，就更难以理解和学习复杂性肝癌切除术。

医学三维可视化技术为外科手术及教学带来了全新的变化[7]，通过其精准、立体、直观的独特优势，能够从以下两个方面帮助术者规划手术[8]及帮助学生进一步学习复杂性肝癌切除手术的术前规划。

2.1 术前精准把控肝脏及肿瘤的解剖特点

对于存在血管变异、肿瘤位置特殊、显露困难、存在脉管癌栓的肝癌切除手术：三维可视化技术通过重建肝脏三维模型，可同时对重建图像进行多方位旋转和设置相应器官的透明度，从任意角度及透过脏器进行观察，使术者直观、清晰地观察肿瘤的供血肝动脉、门静脉及回流的肝静脉，明确肝内脉管系统的解剖关系。同时，通过测量肿瘤与肝动脉、门静脉、胆道系统及肝静脉及它们的主要分支的的距离，并观察肝内脉管有无变异，明确肿瘤、癌栓与肝内重要管道系统与肿瘤的毗邻关系，可帮助术者决定哪些分管道需要保留，增加术者的手术预见性，降低重要管道的误伤的风险，减少术中出血，缩短手术时间，降低术后并发症[9]。

2.2 准确把控手术切缘及剩余肝体积

肝功能储备不足增加了术后肝衰竭的风险。肝脏外科手术对于剩余肝体积是有严格要求的：对正常肝脏，剩余肝体积百分率应＞26.6%[10]；对肝硬化患者，剩余肝体积百分率应＞40%[11]。通过三维重建模拟手术的多种切除方案，拟定不同的手术方式，明确切除范围及切缘能否达到R0 切除，并可分别测算不同手术方案的剩余肝体积（如图H）[12]。手术团队经过反复测算，在术前拟定精确方案，或为改变治疗策略提供更为科学的依据[13]，为患者提供最佳治疗方案。同时，术者在观察三维重建图形时，可化抽象为有形，直观、生动地对学生们进行针对不同患者肝脏及肿瘤个体化的解剖特点及手术步骤的讲解，使学生更好地理解术中实战的操作。

图H 右半肝切除术，残肝余30.22%（左）；肝右叶肿物局部切除，残肝余41.91%（右）

3 小结

三维可视化技术通过精确、立体地呈现肿瘤与毗邻管道的解剖关系、评估剩余肝体积及切缘等途径，有助于术者术前制定手术方案、术中更精细地操作，从而尽可能地完整切除肿瘤及避免术后肝衰竭的发生，并有助于指导助手及学生理解和领会主刀医师的手术规划和思路，真正实现了肝癌外科解剖的数字化、诊断的程序化、手术的可视化、治疗的精准化，教学的直观化。此外，肝脏肿瘤外科专业的学生在学习和培养的过程中也必须积极参与到手术当中，即便是观摩，应当将术前借助三维可视化技术所获取的信息与术中的实际情况相结合，术后再复习和回顾术前手术规划，这对提高学生的阅片能力及肝脏肿瘤外科诊疗能力大有帮助。现阶段，在中国肝脏恶性肿瘤发病率及死亡率居高不下的背景下，我国医疗系统仍然欠缺大量具备实施精准肝脏恶性肿瘤切除术手术的肝胆外科人才。在医学院校和临床培训的初期阶段，通过将三维重建图像与传统二维图像结合教学，有助于学生克服阅片入门难、理解手术慢等难题，提高教学效率，使学生更快、更好地理解肝脏解剖、肿瘤特点、以及复杂性肝脏肿瘤切除术，对肝脏肿瘤外科的人才培养有着重要意义。