精准肝脏解剖的研究进展

2021-12-04谢干周海涛郑四鸣

现代实用医学 2021年3期

谢干，周海涛，郑四鸣

作者单位： 315010 宁波，宁波大学医学院（谢干、周海涛）；宁波市医疗中心李惠利医院（郑四鸣）

数个世纪以来，人们对肝脏的认知发生了翻天覆地的变化，从传统肝脏标本的解剖，再到借助超声、分子及计算机等各项现代技术来实现精准肝脏解剖。本文旨在对精准肝脏解剖的研究进展作一综述。

1 肝脏解剖的简要历史

1654 年，英国学者 Glisson[1]初次对肝脏解剖结构进行了较为确切的描述，将其分为 5 叶。后续 Rex[2]、Cantlie[3]及Hjortsjo[4]学者先后基于自身的研究提出了不同的肝脏解剖分区方法。1951 年，美国学者Healey 和Schroy 提出了现代肝脏分段的基本概念，并将肝脏分为左外区、内区、前区和后区，并于1953 年加以改进，每个区再划分成两个部分，并提出了肝动脉和胆管分段法[5]。1954 年，法国解剖学学者Couinaud[6]在前人研究的基础上，提出每个肝段均有独立的Glisson 系统分支的观点，即以肝内门静脉和肝静脉分支为基础，将肝脏有层次地分成 2 个半肝、4 个扇区和 8 个肝段，Ⅰ段为尾状叶，按顺时针方向依次将各个肝段命名为I ～Ⅷ段，形成了认同度颇高的“Couinaud 八段法”。

1982 年，法国学者Bismuth 将肝脏划分成2 个半肝、3 个肝叶（右后叶、右前叶与左叶）和7 个肝段。Bismuth 在Couinaud 分段法的基础上提出：右半肝的两部分在人体内的真实解剖位置实为前后关系，而非体外标本所示的解剖位置关系，因此将其重命名为右前叶与右后叶。Bismuth 认为Couinaud 将左半肝划分为左外叶（Ⅱ段）与左内叶（Ⅲ、Ⅳ段）的方法与其描述的“每个肝段含有门静脉的1 条主要分支”的肝脏分段方法相矛盾，根据门静脉左支的分支情况提出，左半肝仅包含两个肝段，即II段为一个独立的肝段，III 段与 IV 段 2 个“半肝段”为一个独立的肝段。1986 年，日本学者Takasaki[7]从肝脏手术的角度出发，认为门静脉主干可分为右支、中间支与左支3 个二级分支，并依据门静脉二级分支与肝静脉属支，将肝脏分为四部分，包括体积大致相当的三段：肝左段、肝中段和肝右段（每段约占肝体积的30%）；独立成段的尾状叶（约占肝体积的10%）。每支门静脉二级分支又可再细分为6 ～8 支三级分支，将肝段分为更小的“锥形单元”，以此作为手术安全切除的最小单位，其排列规律为肝脏表面为各“锥形单元”基底的起点，各单元中心均指向肝门。

Couinaud 分段法自提出以来，已普遍受国内外外科学者们所使用，但仍然存在不足，无法满足个体化、精准化的肝脏解剖要求。譬如有学者通过影像学的研究发现[8]：（1）V 与 VIII 段血供都来自右前叶Glisson 系统，又都经肝中静脉、肝右静脉回流，是否以Va 及Vb 段去命名两者更为合理。（2）解剖中发现，右肝的Glisson 结构并非如Couinaud 所呈现的右前支分出右前上与右前下，右后支分出右后上与右后下关系，肝中静脉、肝右静脉有时会发出较粗的分支，将肝脏分成多个扇区，其数量远非4 块。

基于上述不足，后续又出现了各种新的肝脏分段观点，如 Goldsmith-Woodburne 系统（1957 年）及 Bismuth 系统（1982 年），但以Glisson 系统的三联管道分支供血并引流胆汁，以肝静脉为段间界限并引流相邻肝段的回血的 Couinaud肝段划分法仍然是现代肝脏分段研究的解剖学基础，其他均可以视为对Couinaud分段法的补充、改良，其本质上并未改变。

2 学科交叉促进肝脏解剖研究进展

2.1 超声在肝脏分段中的应用术中超声技术于 20 世纪 60 年代运用于临床，逐渐成为肝胆外科医师不可缺少的辅助诊治手段之一。但大量临床数据表明，仅有42.62%左右的患者肝脏符合传统段型分类[9]，这表明联合术中超声技术与表面解剖标志的方式，无法给予外科医生明确的定位信息，远达不到精准肝切除的要求，不利于术前规划、评估。1985 年日本学者 Malkuuchi 等[10]提出在使用术中超声技术引导下门静脉穿刺注射显色剂技术，克服了患者个体差异性带来的误差，显色的肝脏分段也更接近实际解剖结构分段，对预后、术后存活率有着积极的意义，但碍于其显色剂、人体代谢所致的时效性及门静脉侵入性操作的风险性，不利于大范围的使用推广。因此，传统分段法与影像学技术无法满足外科医生对精准肝切除的要求。

2.2 数字医学及三维重建技术随着计算机技术的迅猛发展，医学三维可视化技术极大拓展了临床解剖学精度和外科手术方式。20 世纪70 年代末，一种相对早期的三维计算机渲染算法的横空出世，使得单排螺旋CT 和多排螺旋CT扫描仪在三维成像中得到了更充分的应用，为精细的三维重建提供了基础[11]。后续的医学三维重建自此蓬勃发展。

Heymsfield 等[12]团队于 1979 年，通过用CT 图像整合肝脏的方式，较为准确的评估了肝脏实际体积。1987 年美国国家图书馆（NLM）首次提出了“可视人计划”，并在1994 年和1996 年先后发布了一男一女两组解剖数据集，其中包括大量CT、MRI 和切片图像数据。后续的Hashimoto 等[13]团队通过使用工作站和图形软件对CT 图像进行影像数据提取处理，于1990 首次重建了肝血管与肝癌的解剖结构三维效果图，以此进行外科手术的指导，并证实具有手术指导意义。

1998 年 Marescau 等[14]基于多平面二维断层扫描图像，通过跟踪相邻像素图像的方式，重建了树状样结构的肝脏血管，首次实现了对肝血管的自动三维建模，大大提高了三维重建的效率，后续在此基础上又继续研发了相关三维重建算法。最大强度投影技术则对肝动脉肝段分支和病变的肝脏供血动脉等细小分支显示相对较好，更接近常规血管造影表现，更能反应病灶对血管的侵犯、包裹及癌栓情况。进一步研究证明[15]，在经颈静脉肝内门腔静脉分流术（TIPSS）中，同时进行表面阴影显示和最大强度投影技术重建可以减少手术盲目性，提高诊断的可靠性。三维重建技术可以构建出肝癌的立体解剖结构，计算机系统可智能区分正常肝脏组织与肿瘤，在降低了对操作者技术水平对结果的判读要求同时，也提高了对肝癌诊断的准确度[16]。此外在处理解剖结构更为复杂的肝门胆管癌时，有报道证实[17]，64 排 CT 胆道和血管三维重建在准确评估肝门部胆管癌的胆道和血管侵犯、术前诊断、可切除性和安全性评估中均有较高价值。

2002 年，张绍祥等[18]完成国内首例数字化人体。2005 年，杨琳[19]首次实现国内了对人体肝门静脉系的三维重建，并着重研究了肝门静脉分支与肝叶的空间三维关系。日本Harufumi 等[20]通过在三维重建的基础上对63 例正常肝脏的研究，得出腔旁静脉可以作为尾状叶和VII、VIII 段的分界线的结论。

基于门静脉和肝静脉耦合的肝脏流域研究是目前研究的方向。Mise 等[21]利用虚拟肝切除系统，提供了肝脏的三维重建、基于门静脉灌注的精准体积分析及肝静脉流出域体积的定量估计。但他未将两者结合进行肝脏手术的术前规划，而门静脉和肝静脉耦合进行虚拟精准肝切除，是指在肝脏三维模型基础上，进行门静脉供血范围和肝静脉的流出域的划定，将两者叠加后确定拟切除肝切除范围。当计算得出的残肝体积足够时，在实际手术中可以只考虑切除门静脉的供血范围；而当计算得出的体积不够时，必须重建门静脉供血范围内的肝静脉，并再次计算拟切除门静脉的供血范围的体积，如体积仍不够需进行不规则肝切除或放弃手术。

目前常用的计算机技术实现虚拟肝分段的技术基础是提取血管中心线，再联合最近邻划分法实现[22]，其实质是对空间的任一肝实质与哪个血管中心线的距离最近就归属于该血管；而实际上肝实质的供血是靠血液的压力进行渗透的，血液压力不仅和距离有关系，也和管路的血液黏度、雷诺数及肝内管路形态（尺寸、位置）等有关系[23]，按照现有方法会造成虚拟肝分段与真实肝分段的偏差，因此无法进行精准的肝切除。

2.3 增强现实技术（AR） AR 是对真实环境处理的基础上，附加虚拟模型，而虚拟模型的存在，能让术中获得更全面、有效的信息，提高了手术的效率与成功率。三维可视化模型可以较为直观的显示术前规划的影像学信息，为手术医生做出术前规划、指导，但在实际手术中，三维重建技术起到的“导航”作用仍十分有限。AR 技术的主要难点在于对腹部脏器的配准，如何处理术中气腹、患者呼吸及脏器活动等带来的数据误差，均关乎到AR 导航准确度[24]。令人可喜的是，在神经外科领域，Drouin 等[25]将术中超声校准技术与AR 设备进行整合为IBIS平台，并证实配合术中超声，脑移位后的配准问题得以纠正，有利于手术流程的优化。特别是颅内动脉瘤夹闭手术中，AR系统针对那些暴露欠佳、有着分支的动脉瘤，均有着不俗的效果。

2.4 分子影像医学吲哚氰绿（ICG）因其独有的荧光性和分解代谢性，常作为光学分子影像导航技术的染料。其主要机制是[26]：正常肝组织能摄取ICG 并进行代谢，而肝硬化结节、肝癌等病变部位处的摄取与代谢速率会下降，此外肝功能不全、肿瘤压迫的局部肝组织会影响ICG的摄取，而低分化肝癌、肝内转移性肿瘤表现为不摄取、代谢ICG，但在影像上表现为环绕组织的环形荧光。2009年，Ishizawa等[27]首次在癌肿切除中应用了该项技术进行术中导航。后续进一步的临床试验表明，即使有肝硬化患者，ICG介导的荧光成像仍能实现精确可视化，这是传统B 超所不具备的优势。

尽管现代医学技术已有了长足的发展，并且在一定程度上对肝脏传统分段进行了突破，但如同传统分段一样，三维重建、分子影像医学仍存有局限性。作为诞生历史更短的ICG介导的近红外光检测技术，存在着肝硬化结节、肝脏增生不良结节所致的假阳性率问题[28]；荧光强度具有衰减的物理特性，经过组织到达摄像机后信号会采集不足，所以只有距肝表面深度小于10 mm 的结构才清晰可见[29]等，都是有待解决的问题。