三维可视化技术在肝多房棘球蚴病中的应用进展

张 东， 王志鑫， 赵 乾， 苏晓霞， 徐 凯， 董明明， 李 玮， 侯立朝， 樊海宁， 王海久

青海大学附属医院 肝胆胰外科， 青海省包虫病研究重点实验室， 西宁 810001

肝多房棘球蚴病(hepatic alveolar echinococcosis，HAE)是由多房棘球绦虫感染肝脏所致的寄生虫疾病，我国的西部是世界上HAE发病率最高的地区[1]，HAE起病隐匿，发现时往往已为晚期，如果患者没有得到治疗或治疗不当，10年的死亡率为94%[2]。目前B超、CT、MRI是HAE常规的影像学检查方法[3]，但其均具有一定的局限性。依据董家鸿等[4]提出“精准肝切除”需要精确的术前评估、规划和精准的手术操作。随着科技的发展，新兴的三维可视化技术和以其为基础的衍生技术逐渐应用于HAE的诊断和手术评估并取得良好的效果。本文对三维可视化技术在HAE中的应用进行简要综述。

1 医学三维可视化技术

三维重建是由二维图像逆向还原出三维立体的物体或场景。医学三维重建是指常规的CT、MRI检查所得到的二维图像，以原始的DICOM格式保存，通过三维重建软件构建出对应的三维模型，最终经相关仪器显示出来。可视化是指利用计算机合成和处理视觉信息，将相关数据转换成图像在计算机屏幕上显示出来，并可通过设备进行信息交互处理[5]。

2 三维可视化技术在HAE诊断中的应用

2.1 定性诊断 HAE的定性诊断大多依靠超声、CT、MRI[6]。三维可视化重建技术对原始二维图像进行再加工，在制图过程中存在一定程度的数据丢失；且其成像质量取决于原始数据的成像精度、三维软件的功能等，因此相比较于普通二维CT、MRI，三维可视化技术对HAE的定性诊断并无明显优势[5]。

2.2 定位诊断 在肝脏手术中由于个体肝脏解剖结构存在差异性，因此了解病灶的位置及其与周围组织解剖关系是非常重要的。超声检查为HAE的首选筛选方法，但其非常依赖检查医师的技术水平，差异化较大，同时图像直观和准确度不如CT、MRI；CT检查为HAE的常规检查方法，其灵敏度和特异度较高，可显示多房棘球绦虫坏死后出现的特殊钙化灶；MRI检查是重要的补充检查，优势在于检查过程较短、图像清晰度更好、软组织分辨率较高和覆盖区域更广。CT、MRI的二维影像需依赖外科医师的阅片经验和手术经验，在头脑中构思出三维立体结构，三维可视化技术可直接为术者提供更为直观、立体的解剖影像，对HAE的分期更加精准，实现了精准的术前定位诊断。有研究[7]通过三维可视化重建，基于门静脉流域的个体化肝段分割和肝静脉引流区域的评估，获得了基于门静脉分布区域特点的分段和个体化的病灶解剖关系。何翼彪等[8]利用三维可视化技术对85例HAE患者进行了术前评估和模拟手术，模拟方案与术中实际方案基本一致，三维可视化模拟手术切肝体积[(751±510)cm3]与实际手术[(777±567) cm3]相比较误差率为4.7%，三维可视化技术能够准确直观地显示HAE病灶的部位、形态、大小及其与周围脉管系统的解剖关系并以此来指导手术。

2.3 制订并评估手术方案

术前制订并评估肝切除手术方案，需要精确了解肝脏的解剖空间结构。肝脏的特殊性在于解剖结构复杂，脉管系统变异概率高。既往通过二维影像学检查，可以获得肝脏和病灶的解剖关系；但通过三维可视化技术不仅可获得立体的组织解剖关系和了解脉管变异情况，更重要是能绘制出肝蒂的门静脉流域，并根据肝蒂的门静脉流域划分肝段的实际边界，实现精准的诊断和术前评估。然后通过虚拟肝切技术进行反复模拟，在众多方案中选出最佳手术方案[9]。

2.3.1 门静脉的评估 门静脉在肝门部的变异率为20%～35%[10]，其提供了肝脏血液供给的70%，它的解剖走形直接影响到各肝段的界定，对HAE推荐的解剖性肝切除术[11]具有重要意义。依靠二维影像信息了解肝段的血供范围是比较困难的，而通过三维可视化技术可精确分析门静脉的分布和流域范围，进行个体化的肝段界定[12]，并以此为根据进行术前评估和模拟手术，对手术治疗效果和预后有重大积极意义[13]。

2.3.2 肝静脉的评估 肝静脉作为肝脏血液的出肝通道，畅通与否对于术后肝淤血、肝功能下降具有重要影响，需要精确了解可能发生血管破坏或静脉充血的区域，故术前必须规划肝静脉流域。二维影像学检查很难了解肝静脉流域，而通过三维可视化技术可以明确肝静脉流域并进行术前规划、模拟手术。有研究[14]对21例需要进行肝切除手术的患者进行三维可视化的术前评估，了解肝静脉变异情况、肝静脉引流区域，计算剩余的功能性肝体积，近1/3的患者根据评估结果改变了切除范围和增加关键部位的血管重建，有效的改善了手术计划。晚期的HAE患者行肝移植手术，肝存活的重要因素之一是肝静脉回流是否通畅，晚期HAE的病变特点是病灶侵及范围广，解剖结构复杂，术式难度大。徐天天等[15]对8例终末期HAE患者行自体肝移植术，术前通过三维可视化技术对患者进行个体化切除和肝静脉血管重建，如术中按照制订方案对肝后下腔静脉人造血管移植和肝静脉吻合，术后大部分患者未复发，同时无人工血管漏的形成，证实了三维可视化技术对肝静脉精准评估效果良好。

2.3.3 肝动脉的评估 肝动脉变异率为19.7%～46.5%[16-17]。变异的分型主要依据Michels或Hitta分型，而在这之外还有多达数十种变异未被归纳进该分型[18]，这些变异增加了手术难度，同时提升了胆管萎缩、肝衰竭、肝脓肿和胆瘘等术后并发症的风险，而通过三维可视化重建，术前即可了解患者肝动脉变异情况[19]。另外肝动脉血管壁的健康度会增加手术难度和并发症发生率。已有报道[20]对40例HAE患者术前行三维可视化技术的评估，发现三维可视化技术对比常规CT检查，预测血管的处理方式、形态功能的准确率分别为71.1%和89.2%、78.9%和71.9%，三维可视化技术在HAE病灶对肝动脉处理方式的预测性效果尚可，在评价血管形态和功能方面具有更加明显优势。

2.3.4 脉管及空间结构的评估 HAE患者病变特点为前期症状多不明显，发现时往往已到晚期，病变晚期的HAE病灶多侵犯数个肝段、重要的肝门结构并伴随并发症的出现，常发展为复杂肝泡型棘球蚴病(complex hepatic alveolar echinococcosis，cHAE)。这时仅依靠常规的二维影像检查技术实现HAE病灶的精准切除是比较困难的，可根据专家共识[21]推荐使用三维立体可视化图像重建，制订精准的手术方案。有研究[22]将HAE患者分别根据普通二维CT和三维可视化重建进行了术前规划和模拟手术，对比术中情况，规划手术一致性、手术时间、术中出血量分别为53.3%、(220±32.3)min、(523±47.1)mL和86.7%、(156±17.6)min、(212±21.5)mL，三维可视化技术大大提高手术的可操作性和安全性。阳丹才让等[23]也通过研究发现，对肝脏解剖、HAE病灶、肝动脉、门静脉、下腔静脉进行三维术前重建和评估，发现重建的周围血管、病灶情况与术中所见具有高度一致性。HAE根治性肝切手术需预留足够的健侧残肝体积[6]，一般情况下正常肝脏预留最少残肝体积为25%～30%的标准肝体积，个体化差异如肝功能异常、肝脏自身疾病均影响预留最少残肝体积[4]，而残肝体积和术后肝衰竭发生有直接关系[24]，通过三维可视化技术可以多次模拟手术寻找最恰当断肝位置，预留足够的残肝体积，有效减少术后小肝综合征、术后肝衰竭的发生。

3 以三维可视化技术为基础的术中精确实时导航技术和3D打印在HAE中的应用

3.1 三维可视化技术发展出虚拟现实、增强现实和混合现实 增强现实、混合现实辅助的术中精确实时导航在神经外科和泌尿外科等外科手术中已经得到普遍应用[25-26]，近些年在普通外科也逐渐应用，Sauer等[27]利用混合现实系统能够将肝脏三维数据图像整合在手术部位上方，实现术中实时导航，降低了术中出血风险。杨威等[28]对需要肝切除手术的HAE患者，利用术前三维可视化技术和混合现实辅助导航技术，术前评估的预定术式变异率为0；实现精确显示切面导航，配准误差 7(2～17)mm，实现了病灶彻底清除和重要结构确切的保护效果。但肝脏的结构特点为非刚性结构，呼吸运动、心跳和手术操作等导致的术中结构的改变，影响混合现实系统术中导航的准确性，这是目前应用的一大障碍，相信在随着混合现实技术的发展，未来将会有更多手段实现灵敏的配准技术。

3.2 多模态影像融合导航和吲哚箐绿荧光影像技术 多影像融合介入导航技术(RVS)是将超声和CT、MRI等联合起来的动态导航技术。三维可视化技术初步规划手术方案，结合RVS实时精准导航，让手术医生能实时准确地进行手术操作、优化现有的手术环境。有报道[29]指出，在复杂肝泡性棘球蚴病治疗中，术前通过三维可视化技术规划出肝切除范围及断肝平面，术中联合RVS精准实时导航，可提升解剖定位的精准度和手术的安全性。

吲哚菁绿(indocyanine green，ICG)荧光影像技术联合三维可视化技术在肝细胞癌(HCC)的诊断和术中导航中应用较多、效果较好[30]。目前在HAE的应用研究报道较少。有研究[31]报道术中使用ICG荧光影像技术导航，通过负显影方式确定HAE病灶。显影效果和肝纤维化程度、注射时间都有关系。本次研究未进行三维术前规划、术中导航效果亦欠佳，但根据术后肝脏断面的研究发现均为高亮均质的荧光显像，提示在HAE病灶的完整切除上仍有一定的指导意义。该方法结合三维可视化技术用于HAE，仍有很大发展空间。

3.3 3D打印技术 3D打印技术是将三维可视化的虚拟三维信息转换为实际的三维立体模型，该模型可以重建出透明实质的门静脉、肝动脉、肝静脉和病灶，实现了将三维图像转换为三维立体模型的跨越。目前已经确定其为规划和实施复杂外科手术的有用工具，该技术能够生成准确的、针对患者个体化的解剖模型[32]。术前准备3D打印模型，术中可随时进行解剖对比，为手术关键步骤提供直观的指导。Huettl等[33]研究发现，在使用3D打印模型时，术者的病灶定位精确度更高，术前规划、评估时间短；3D模型是最“自然”的模式使术者简单培训后快速理解并使用。Huber等[34]在手术难度高、病情复杂的肝脏病例中，通过使用3D打印技术，重建关键区域的血管，完善了术前评估和手术方式，证明了使用3D打印的肝脏模型可以优化手术计划。但3D打印存本身存在成本高、制造耗时长和污染术野等缺点，随着科技的发展将有所改善[35]。目前3D打印技术在HAE的手术治疗中应用报道较少。

4 结语

综上所述，三维可视化技术和以其为基础发展的混合现实技术和3D打印技术，在HAE的诊断和术前评估方面应用效果好。其存在的不足是三维可视化技术在实际制图过程中，不是完全由机器全自动绘制，需要人工后期调整评估，导致标准性下降，随着数字化和人工智能的发展相信未来可以完全由机器完成制图，达到更高的标准性。在我国HAE流行地区各级医院检查设备参差不齐，只有在部分三甲医院才具备三维可视化技术，在对HAE、尤其是cHAE的应用中发现CT检查相比较于三维可视化技术其分期、术前评估效果欠佳，希望伴随着三维可视化技术的发展和普及未来将会使更多的患者受益。

利益冲突声明：所有作者均声明不存在利益冲突。

作者贡献声明：张东负责文献收集和论文撰写；徐凯、董明明、李玮负责文献收集；赵乾、侯立朝负责论文框架；樊海宁、王志鑫、苏晓霞提出了修改意见；王海久负责论文审校和修订。