三维可视化技术在腹腔镜胰十二指肠切除术中的应用研究

许耀鹏，章聪，柳弼仁，李松，陆轶杰，蒋新卫，吴建武

胰腺及壶腹周围肿瘤是肝胆胰外科较为常见的恶性肿瘤，因其早期症状不明显、解剖位置深、具有早期转移的生物学特征，病死率居高不下，中位生存期仅为6 个月［1］。胰十二指肠切除术（PD）是用于治疗胰腺以及壶腹周围肿瘤的标准术式［2］，其手术难度大，术后并发症多，是腹部外科手术的“珠穆朗玛峰”。世界上首例腹腔镜胰十二指肠切除术（LPD）是由美国外科医生Gagner 和Pomp 在1992 年实施，且在1994 年报道［3］，自此，LPD 开始在国内外逐渐兴起，各中心实施的临床病例日益增多，2003 年国内学者卢榜裕等［4］也首次成功完成了国内首例LPD手术。经过多年探索，互联网信息技术、超高清腹腔镜等医疗设备的问世以及LPD 手术的不断开展，LPD 手术方式逐步走向成熟，在胰腺肿瘤的诊疗上取得了斐然成就。

随着精准、微创外科理念的发展，对腹部肿瘤手术要求不断提高，目前能开展模块化流程化LPD 的临床中心仍在少数。国内学者认为LPD 的学习曲线对指导外科医生手术具有较大帮助［5］，赵玉沛等［6］认为LPD 的学习曲线分为三期，111 例前为第1 期，12~38 例为第2 期，39~57 例为第3 期，而Wang 等［7］则认为三期分别是初始学习阶段、技术能力阶段、挑战性阶段，张建生等［8］根据技术节点又将三期分为：起步期、进步期和成熟期。如何安全、快速、有效地渡过学习曲线，成为胰腺外科医生亟待解决的难题。此外，胰腺周围解剖结构复杂、血管变异多，术前评估要求高，制约着LPD的进一步发展。三维可视化技术是利用三维可视化平台将二维影像数据进行重组整合，从而构建出患者真实腹腔解剖结构的三维图像，通过三维可视化技术重建的三维图像，可以更加直观、快捷、真实地显示腹腔内器官、血管的立体解剖结构，极大地辅助外科医生解决上述难题。

1 二维图像与三维可视化技术

1.1 传统二维影像的应用

传统二维影像图像可以展现肿瘤的形态、大小、部位以及毗邻，从而对肿瘤的分期、手术可切除性作出判断。传统上外科医生主要是依靠二维影像学检查（如CT、MRCP 等）来辨识肿瘤、胰腺结构、血管变异以及评估局部区域扩散，这些二维影像图片的发展，为腹部肿瘤术前评估提供了依据，能够区分胰周组织、血管等与肿瘤之间的关系，但是外科医生必须通过滚动影像层面，在脑海中发挥空间重建能力从而辨识肿瘤的空间结构，极大地考验外科医生的临床经验以及知识储备，而LPD 手术作为腹部外科手术的“珠穆朗玛峰”，对术前肿瘤以及血管评估的要求极高。传统二维影像检查提供的图像仍然是二维结构，不能直观立体显示肿瘤与脉管系统的相互关系；其次不能对器官、肿瘤、血管、胆管附以不同颜色及透明度进行整体展示［9］。因此，传统二维图像不能满足外科医生的需要。

1.2 三维可视化技术的应用

三维可视化技术极大弥补了传统二维影像的不足，为外科医生从全新的角度提供判断肿瘤大小、部位、毗邻以及血管变异依据，完善术前可切除性的评估，还可进行模拟仿真手术。赵玉沛等［9］提出三维可视化技术指导胰腺良恶性肿瘤的精准手术治疗具有指导价值，可大大缩短年轻外科医生LPD 的学习曲线。

三维可视化技术的发展有赖于数字智能化诊疗，其主要是将数字医学技术、计算机技术和人工智能技术相互融合，还包括三维打印、虚拟现实、增强现实、混合现实、分子荧光、实时融合导航及光声成像诊疗等［10］。自1990 年以来，三维可视化技术就已成为我国医学的研究与应用的重点。2003 年首先在钟世镇院士带领下建立了数字化虚拟中国人女性一号（VCH-F1），随后医学三维可视化软件在国内不断得到开发和应用，国内首个腹部医学三维可视化系统是由方驰华教授团队完成开发并命名。由此三维可视化技术在外科领域中不断得到应用并逐渐成熟。通过三维可视化软件重建的三维图像，可以更加直观、快捷、真实地显示腹腔内器官、血管的立体解剖结构。同时，在三维可视化平台上，可以通过多种相互组合，可任意去除某个或某些器官、血管，全方位对肿瘤进行观察；还可以附以血管、胆管以不同的颜色，通过调整透明度、放大、旋转，更加清晰辨识脉管走向以及变异情况。

相比于传统二维影像图片，三维图像具有以下优势：①可以对血管、胆管、器官用不同颜色标注，生动形象展示腹腔脏器的真实解剖结构。②可任意去除、自由组合、透明化、旋转某个或某些器官与脉管，更加直观立体观察肿瘤与正常组织器官之间的关系，术前还可以判断肿瘤的血供，了解是否存在血管变异、周围淋巴回流情况。③三维重建可以用于模拟手术过程，从而在术前选择最佳手术路径，减小手术损伤，熟练手术操作流程，从而缩短学习曲线。④三维图像能够更加立体地用来教学，让学生对于肿瘤有更加直观立体的认识。

2 三维可视化技术在LPD 中的应用

LPD 涉及脏器较多，解剖结构错综复杂，血管分布及变异较多，尤其当合并炎症或者既往有腹部手术史时，更加难以分辨，给手术带来更大挑战，因此，对术前评估提出了更高的要求。近年来，三维可视化技术已经广泛应用于肝胆外科手术领域，展现出了其精确指导肝胆胰外科手术的应用价值［11-18］。温志坚等［19］回顾分析应用三维可视化技术进行术前评估和指导Bismuth-CorletteⅢ、Ⅳ型肝门部胆管癌患者手术治疗，36 例患者的术前三维重建结果可清晰显示肿瘤部位、大小、脉管变异及区域淋巴结转移情况，术前精确计算出全肝体积、预切除肝脏体积、肿瘤体积及残余肝脏体积，肝脏手术的风险及术后并发症随着三维可视化技术的应用得到了明显改善。在LPD 中，术者在术前对肿瘤大小、形态、部位、血管侵犯以及血管变异等应该充分了解，同时结合自身经验和操作水平，评估肿瘤的可切除性。三维可视化技术在LPD 中的应用较少，方小三等［20］回顾分析了19 例经过三维可视化技术进行术前评估的LPD 手术，精准评估了胰头癌可切除性，清晰明确展示了血管解剖变异情况及胰周淋巴结肿大情况，19 例患者中腹腔内血管变异2例，可疑淋巴结肿大11例，术中证实与术前三维可视化立体图像分析相同。胰腺位置较深，与周围组织间隙较小，胰周的血管解剖复杂且变异较多，这些复杂解剖结构以及形式多变的血管变异使得LPD 手术难度大大增加，很容易引起术中大出血，发生相关术后并发症。然而，随着三维可视化技术的不断发展，各大中心开始逐步开展LPD 术前应用三维可视化技术从而评估手术可切除性及安全性。

2.1 三维可视化对手术可切除性的精准评估

根治性手术切除是延长胰腺癌患者生存时间的主要手段，手术难度高，对于可切除性的精确评估尤为重要。根据肿瘤与血管关系，可以将胰腺癌分为可切除性胰腺癌、交界可切除胰腺癌、不可切除胰腺癌进展期和合并远处转移四种。既往的医疗水平只能通过传统的二维影像图像来判断肿瘤的可切除性，限于传统二维影像图像的局限性，无法做到术前精确评估以及提前发现术中可能出现的风险从而做到规避。通过三维可视化技术可以对胰周血管做到精确评估，分析肿瘤与胰周主要血管间隙，管腔是否光滑，从而判断胰腺癌的可切除性。赵玉沛等［9］结合三维可视化优势，将胰头癌三维可视化分为5 型，Ⅰ、Ⅱ型为肿瘤可切除；Ⅲ型为肿瘤可能切除，或在联合血管切除或重建的情况下可能切除；Ⅳ、Ⅴ型为不可切除。奚士航等［16］探讨了术前分别使用CT 及三维可视化技术评估116 例胰腺癌患者肿瘤的可切除性，并通过手术探查比较评估的准确性，结果显示术前CT 的评估结果准确率为84.7% ，术前三维可视化评估的结果准确率为97.6% ，术前三维可视化技术对可切除性评估的准确性明显高于术前CT 评估。通过对三维可视化模型多方位多角度评估肿瘤与血管侵犯，对于术前评估可切除胰腺癌患者进行LPD 的精准指导，而对于交界可切除胰腺癌患者来说，是否手术主要取决于肿瘤是否侵犯及侵犯程度，手术时需要对受累血管切除并进行重建，三维可视化技术辅助外科医生术前判断受累血管侵犯程度，帮助术者确定术中血管切除范围及重建方式选择，提高手术根治率。其次，对于不可切除胰腺癌患者来说，术前三维可视化技术可以构建“血管-胆道”模型，指导外科医生对经皮肝穿刺胆道引流术、胆道支架植入术等手术入路选择，同时可以结合术中造影，准确引导术中导管走行或支架放置。

2.2 三维可视化技术提高手术安全性

对于术前评估为可切除性的胰腺癌患者来说，尽管可以通过手术切除治疗，但是手术风险依然没有规避。手术入路的选择、术中出血量、血管变异等问题仍然是术者面临的难题。在LPD 术中主要涉及的动脉血管包括腹腔干、肝总动脉、肠系膜上动脉及其第一空肠支以及变异动脉，涉及的静脉血管则包括门静脉、肠系膜上静脉、脾静脉，其中，肝动脉变异较多［21］，依据肝脏动脉起源的不同，Michel 将肝动脉不同走行分为10 种类型，Hiatt将肝动脉变异简化并分为5 种不同类型［22］。

三维可视化技术可以进行模拟仿真手术，从而制定个性化手术方案，提高手术安全性。Lin等［23］研究了三维可视化胰腺模型在外科学员肿瘤评估和手术计划中的价值，结果表明3D 组在肿瘤分期和手术计划方面的问题平均得分明显高于2D 组，且3D 组能够更加准确地在预设动脉中识别出胰周动脉，通过十字准线功能来阐明肿瘤与动脉器官中相邻动脉之间的空间关系，并进行模拟手术。同时，这项研究还表明经过三维实时重建模型训练的住院医师在更复杂的临床问题（例如与肿瘤分期和手术计划有关的问题）中具有更好的表现，证明三维虚拟模型在简化复杂结构和增进对肿瘤与邻近结构之间空间关系的理解方面具有明显优势。

与此同时，三维可视化技术可以与多种影像学诊断方法结合，从而提高手术安全性。庞润华等［24］回顾性分析了13 例术前应用三维可视化技术联合术中超声行LPD 的患者资料，发现术前三维可视化技术精确定位病灶及规划手术计划，联合术中超声、3D 腹腔镜，实现精准完整切除病灶，保证手术安全性，减少术后并发症。

2.3 三维可视化可以减少胰瘘发生率

LPD 成功与否关键在于消化道重建，其中最重要、最困难、术后最容易发生相关并发症的是胰肠吻合，胰肠吻合的好与坏直接决定了术后胰瘘发生率。付强等学者［25］认为主胰管直径≤3 mm 是胰瘘发生的危险因素，80%胰瘘病人的主胰管直径≤3 mm，主胰管直径每降低1 mm 则发生B、C 级胰瘘的风险升高68%。主要原因为主胰管直径小增加了胰肠黏膜吻合难度；直径越小，胰液分泌量越大，不利于胰液的引流；而且主胰管直径≤3 mm时，胰腺纤维化减少、血管密度降低、脂肪浸润加重，影响术中缝合难度，从而增加胰瘘风险。传统二维影像很难做到立体显示主胰管直径和位置，而术前通过三维可视化技术可清晰立体显示胰腺，透明化部分胰腺组织后可以寻找扩张的主胰管，从而测量主胰管直径、位置制定个体化的胰肠吻合方式，为术前手术规划提供导航，便于手术者术中寻找主胰管从而放置主胰管支架，达到预期胰肠吻合，减少手术时间及术后胰瘘发生率。

3 小 结

胰腺癌是消化系统中恶性程度高、预后差的恶性肿瘤之一，早期诊断困难，进展迅速，发病率逐年升高，5 年生存率≤6%。尽管新辅助治疗、转化治疗等综合治疗不断发展，根治性手术切除仍然是胰腺癌的主要治疗方法，然而由于胰腺癌具有早期转移的生物学特征，易侵犯胰周血管，仅约20%的患者可获得手术机会。LPD 是治疗胰腺癌的标准术式，作为腹部外科手术的“珠穆朗玛峰”，术前精准评估手术可切除性及安全性是手术成功的关键因素。三维可视化技术在传统二维影像的基础上，形成三维立体图像，通过任意去除、自由组合、透明化、旋转等功能，清晰直观显示肿瘤大小、形态、部位、毗邻及血管变异等情况，并且可以进行术前模拟仿真手术，优化手术方案，极大提高手术可切除性及安全性的评估。

三维可视化技术通过对肿瘤的毗邻、胰周血管的立体化展示，可以做到精准评估胰腺癌患者的手术可切除性。对于可切除的胰腺癌患者，三维可视化技术在术前可以发现重要血管的变异情况，通过模拟仿真手术制定个性化手术方案，联合术中超声、3D 腹腔镜等超高清手术设备，极大提高LPD 的手术安全性；对于交界可切除的胰腺癌患者，三维立体图像可以精准判断血管侵犯程度，确定血管切除范围及重建方式，提高手术根治率；对于不可切除的胰腺癌患者，三维可视化技术依然可以指导对胆道引流、支架植入等手术入路的选择，构建“血管-胆道”模型。与此同时，转化疗法可能会为晚期不可切除的胰腺癌患者赢得手术机会，在转化治疗期间，需要医生精准评估手术可切除性，避免错过最佳手术机会，三维可视化技术可以为接受转化治疗的胰腺癌患者精准评估病情变化，及时调整治疗方案［26，27］。

三维可视化技术的出现为腹腔镜胰十二指肠切除术提供可靠的术前评估数据，在手术时间、术中出血量、术后并发症以及住院时间方面均有一定的帮助，推动肝胆胰外科的发展。然而三维可视化软件种类较多，三维重建能力及重建效果参差不齐，尚未有规范统一的重建标准；其次，三维图像的构建是建立在CT、MRI 等二维影像数据采集之上，在数据的获取及转换过程可能出现部分误差；同时，经过三维可视化技术构建的三维图像仅能对肿瘤形态学进行描述，无法对肿瘤的性质进行判断，且与周围软组织的间隙显示不够精确。不过随着三维可视化技术的不断成熟，相信这些局限性可得到进一步解决和改善，未来三维可视化指导下的腹腔镜胰十二指肠切除术也将会更加成熟与规范，为更多的患者带来良好的效益。