孫 遜綜述 許戈良審校

3D虛擬手術(shù)規(guī)劃系統(tǒng)在精準(zhǔn)肝臟外科中的應(yīng)用

孫 遜綜述 許戈良審校

在肝切除術(shù)中，術(shù)前重建肝臟與肝內(nèi)血管、膽管解剖關(guān)系及詳細(xì)評估有功能的殘肝體積對手術(shù)預(yù)后有著重要的意義。近年現(xiàn)代影像技術(shù)和手術(shù)技術(shù)的飛速發(fā)展，使得數(shù)字化三維（3D）成像開始在術(shù)前規(guī)劃中廣泛應(yīng)用。3D虛擬肝切除系統(tǒng)可以在3D的空間里直觀地提供傳統(tǒng)二維（2D）成像難以顯示的信息以及進(jìn)行模擬肝切除操作。術(shù)中導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用將術(shù)前計(jì)算機(jī)規(guī)劃的數(shù)據(jù)用于術(shù)中實(shí)時(shí)操作，從而讓精準(zhǔn)肝切除手術(shù)的開展更加安全和標(biāo)準(zhǔn)。該文綜述3D技術(shù)在肝臟外科中的臨床應(yīng)用，并討論實(shí)際存在的問題以及發(fā)展前景。

虛擬肝切除;計(jì)算機(jī)輔助手術(shù);三維重建

在肝臟手術(shù)中，充分了解肝臟解剖結(jié)構(gòu)及詳細(xì)評估有功能的殘肝體積對肝切除術(shù)后的預(yù)后有著重要的指導(dǎo)意義。近年來，隨著現(xiàn)代影像技術(shù)和手術(shù)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化三維（three dimensional，3D）成像系統(tǒng)開始在包括肝切除術(shù)等手術(shù)前規(guī)劃中廣泛應(yīng)用。該系統(tǒng)可幫助臨床醫(yī)師在計(jì)算機(jī)上重建肝臟解剖結(jié)構(gòu)，在3D的空間里直觀地了解腫瘤的位置及其與周圍血管、膽管的解剖關(guān)系［1－2］，設(shè)計(jì)不同的肝切除線進(jìn)行虛擬肝臟切除手術(shù)，從而協(xié)助外科醫(yī)師制定出最佳的手術(shù)方案。現(xiàn)就3D技術(shù)在肝臟外科中的應(yīng)用做一綜述。

1 肝臟結(jié)構(gòu)的3D可視化

在傳統(tǒng)肝臟手術(shù)規(guī)劃中，外科醫(yī)師只能通過二維（two dimensional，2D）影像（CT/MRI/超聲檢查等）觀察肝臟，可視化效果差，對于腫瘤邊緣顯影模糊［3］，其對于小肝癌（hepatocellular carcinoma，HCC）的檢測較差［4］。這種通過2D影像在醫(yī)師腦海中重建肝臟解剖結(jié)構(gòu)的方法存在個(gè)人主觀性，并且受到肝臟外科醫(yī)師的經(jīng)驗(yàn)及專業(yè)知識水平的影響較大［5］，造成缺乏臨床經(jīng)驗(yàn)的年輕肝臟外科醫(yī)師難以正確理解肝臟的立體解剖結(jié)構(gòu)，并且無法共享那些擁有豐富臨床經(jīng)驗(yàn)的高年資醫(yī)師腦海中成熟的圖像。

現(xiàn)可以利用計(jì)算機(jī)3D重建軟件以及圖像處理技術(shù)對采集到的2D圖像進(jìn)行3D重建，從而實(shí)現(xiàn)肝臟結(jié)構(gòu)的3D可視化，形成之后的3D立體肝臟結(jié)構(gòu)圖像可以提供2D圖像難以顯示的區(qū)域［6］并得到客觀的、可以共享的肝臟解剖信息，其圖像具有精確、生動、逼真的特點(diǎn)。

目前，64排螺旋CT 3D成像系統(tǒng)已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用于臨床，其能夠精確地顯示肝臟病灶與肝內(nèi)管道系統(tǒng)的立體結(jié)構(gòu)空間位置以及毗鄰關(guān)系，不僅解決了傳統(tǒng)解剖學(xué)定位不清晰的難題，還可以用于全方位、整體、清晰顯示門靜脈屬支及其側(cè)枝循環(huán)，對于門脈高壓癥（portal hypertension，PHT）病因診斷及制定外科手術(shù)方案有重要指導(dǎo)價(jià)值［7］。

肝臟3D圖像為制定下一步手術(shù)計(jì)劃提供最真實(shí)、可靠的決策依據(jù)，并可用于臨床模擬與教學(xué)工作［8］。該圖像還可滿足醫(yī)師與患者家屬溝通病情的需要，為患者家屬提供個(gè)體化、易懂的影像資料，讓患者及其家屬對疾病有初步的視覺認(rèn)知，并對即將進(jìn)行的手術(shù)中的風(fēng)險(xiǎn)有較直觀的了解，避免因溝通不足、理解錯(cuò)誤而造成醫(yī)患糾紛。

2 肝臟體積3D數(shù)字化測算

肝臟具有強(qiáng)大的代償和再生潛能，正常肝臟可以耐受70% ～80%體積的肝切除［9］，然而當(dāng)患者患有活動性肝炎、肝硬化等急慢性肝損害時(shí)，肝臟所能耐受的切除范圍也相應(yīng)降低。黃志強(qiáng)［10］曾提出肝臟手術(shù)中殘肝百分比在不同肝功能Child分級的標(biāo)準(zhǔn):術(shù)前肝功能與殘肝百分比對應(yīng)Child A＞50%，Child B＞75%，Child C的患者只能局部切除不能耐受大手術(shù)。Shirabe et al［11］回顧性分析284例患者行肝癌切除手術(shù)，結(jié)果提示殘肝體積的大小與肝切除術(shù)后發(fā)生肝功能不全及肝衰竭有著密切的關(guān)系。

過去，殘肝體積的評估主要依據(jù)2D（CT/MRI）影像模糊估算及術(shù)中對實(shí)體肝臟的大致目測，無法滿足現(xiàn)代肝臟外科對于“精準(zhǔn)”的需求。如今，將2D影像數(shù)據(jù)輸入3D重建軟件中，經(jīng)過計(jì)算機(jī)的自動累加和外科醫(yī)師的手工勾畫，最后得到精確的全肝體積、預(yù)切肝臟體積以及殘肝體積的數(shù)據(jù)［12］。林科燦等［13］對127例肝癌患者進(jìn)行虛擬肝切除手術(shù)，通過軟件測得預(yù)切除肝臟體積為（477±223）ml，實(shí)際切除肝臟體積為（451±209）ml，誤差率為6.1%。Lang et al［14］對21例同時(shí)使用2D手術(shù)規(guī)劃以及3D重建并虛擬手術(shù)的肝癌病例進(jìn)行分析，對余肝有功能肝體積估計(jì)差異:其中＜20%占14例，20%和30%之間3例，30%和40%之間2例，40%和50%之間2例，其中差別最大的為擴(kuò)大左肝切除。因此與傳統(tǒng)方法比較，虛擬手術(shù)系統(tǒng)對預(yù)測的肝切除體積更加精確［15］。

基于3D 數(shù)字化模擬系統(tǒng)，Saito et al［16］通過虛擬靜脈灌注，將肝體積按比例劃分區(qū)域，得到每根血管的供血（引流）區(qū)域，在術(shù)前對模擬切除靜脈后殘肝的缺血（淤血）進(jìn)行量化分析，進(jìn)一步提高精準(zhǔn)肝切除手術(shù)的安全性和精準(zhǔn)性。在術(shù)前通過使用3D重建軟件精確測算血管所支配的功能體積是進(jìn)行精準(zhǔn)肝切除的必要工具［17］，并且對精準(zhǔn)肝切除計(jì)劃的制定起到一定的指導(dǎo)作用。

3 計(jì)算機(jī)模擬3D肝切除

3D數(shù)字化計(jì)算機(jī)輔助規(guī)劃系統(tǒng)的應(yīng)用能夠客觀精確地展示病灶以及病灶周圍受累情況，并且可以進(jìn)行功能性殘肝體積評估，為下一步手術(shù)醫(yī)師設(shè)計(jì)和優(yōu)化肝切除線路提供客觀的依據(jù)，從而降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)及術(shù)后并發(fā)癥。術(shù)前對病灶的3D評估和手術(shù)計(jì)劃將成為當(dāng)前肝臟外科的常規(guī)準(zhǔn)備［18］。

計(jì)算機(jī)3D肝切除系統(tǒng)可以在術(shù)前準(zhǔn)確的定位肝內(nèi)血管管道的關(guān)系，避免術(shù)中不必要的出血［19］，在對術(shù)前有肝功能代償問題或須行廣泛肝切除的患者進(jìn)行3D評估有實(shí)用價(jià)值。3D虛擬手術(shù)設(shè)計(jì)對于活體肝移植術(shù)前詳細(xì)了解肝動靜脈、門靜脈血管變異情況有很大幫助，依此判斷供體肝臟與受體血管匹配度，從而減少肝移植術(shù)后的并發(fā)癥［20］，準(zhǔn)確了解供肝血管解剖及正確的手術(shù)設(shè)計(jì)是保證活體肝移植供、受者手術(shù)成功的先決條件［21］。

應(yīng)用3D數(shù)字化計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)規(guī)劃系統(tǒng)，能夠在術(shù)前提供清晰的肝內(nèi)肝動脈、門靜脈和肝靜脈等血管結(jié)構(gòu)的分布情況，對病灶與毗鄰血管的空間解剖關(guān)系進(jìn)行量化分析，尤其對于評估復(fù)雜的尾狀葉腫瘤與血管的關(guān)系明顯優(yōu)于傳統(tǒng)2D影像［22］，增加復(fù)雜性肝切除手術(shù)規(guī)劃的準(zhǔn)確率及手術(shù)安全性［23］。其具有可以任意移動、旋轉(zhuǎn)、切割等多種功能，虛擬肝切除手術(shù)的直觀性、可修改、可重復(fù)性是3D技術(shù)應(yīng)用的最大優(yōu)點(diǎn)。

計(jì)算機(jī)模擬3D肝切除技術(shù)應(yīng)用于腹腔鏡手術(shù)的術(shù)前規(guī)劃［24］能夠在術(shù)前更加精確地分析手術(shù)創(chuàng)傷大小，制定最佳手術(shù)方案減少手術(shù)對患者的創(chuàng)傷，旨在追求“最小創(chuàng)傷侵襲、最大臟器保護(hù)和最佳康復(fù)效果［9］”。未來3D技術(shù)將成為推動腹腔鏡微創(chuàng)外科發(fā)展的重要輔助工具。

實(shí)施計(jì)算機(jī)模擬3D肝切除能夠在術(shù)前制定出詳細(xì)的肝切除線路圖，對現(xiàn)實(shí)手術(shù)中可能出現(xiàn)的復(fù)雜和危險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)判，在設(shè)計(jì)手術(shù)切割面時(shí)對可能損傷到周圍重要血管或膽管時(shí)需進(jìn)行方案調(diào)整，比較不同的手術(shù)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，便于手術(shù)醫(yī)師應(yīng)對術(shù)中突發(fā)情況隨時(shí)改變手術(shù)方案，增加手術(shù)醫(yī)師對手術(shù)過程的理解和信心，從而提高手術(shù)的精確性及安全性［25］。

4 計(jì)算機(jī)3D技術(shù)的不足

3D數(shù)字化技術(shù)在精準(zhǔn)肝切除中的實(shí)際應(yīng)用仍存在一些客觀問題，3D計(jì)算機(jī)輔助肝切除手術(shù)線路的設(shè)計(jì)及修改過程中需要手動操作，這一過程將耗費(fèi)外科醫(yī)師大量時(shí)間。由于腫瘤壓迫等原因造成血管顯影不清或患者因過敏體質(zhì)無法采集2D增強(qiáng)數(shù)據(jù)等都會影像3D重建軟件的正常使用。

3D計(jì)算機(jī)輔助肝切除是在虛擬空間中進(jìn)行的手術(shù)操作，而現(xiàn)實(shí)肝臟手術(shù)中肝臟會因手術(shù)醫(yī)師的操作而改變形狀，被手術(shù)者的呼吸運(yùn)動還可以造成肝臟位置的不斷變化，這些原因都會導(dǎo)致無法將術(shù)前影像資料與手術(shù)中實(shí)時(shí)情況進(jìn)行精準(zhǔn)的配對［26－27］。因此3D虛擬肝切除技術(shù)目前只能用于術(shù)前3D成像及模擬肝切除等步驟，尚不能完成對實(shí)時(shí)手術(shù)中的導(dǎo)航。

5 計(jì)算機(jī)3D技術(shù)未來展望

目前，術(shù)中導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)在神經(jīng)外科、頜面外科、整形外科等擁有骨性框架的?？浦袕V泛應(yīng)用。有研究者已經(jīng)開始研究導(dǎo)航系統(tǒng)在肝臟外科中的應(yīng)用［26］，導(dǎo)航系統(tǒng)聯(lián)合術(shù)中超聲在實(shí)時(shí)開放手術(shù)中的使用已有報(bào)道［27］，術(shù)中導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用可以將術(shù)前規(guī)劃的數(shù)據(jù)用于實(shí)時(shí)操作，從而讓精準(zhǔn)肝切除手術(shù)的開展更加安全和標(biāo)準(zhǔn)［28］，可以預(yù)見，3D計(jì)算機(jī)技術(shù)將在精準(zhǔn)肝臟外科發(fā)展中發(fā)揮越來越大的作用。在未來，還能夠?qū)⑿g(shù)中實(shí)時(shí)3D可視化手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)與達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)相結(jié)合，可以讓機(jī)器人獨(dú)立手術(shù)得以實(shí)現(xiàn)。

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R 656

A

1000－1492（2014）05－0698－03

2014－02－24接收

安徽省2011年科技攻關(guān)項(xiàng)目（編號:11010402163）

安徽醫(yī)科大學(xué)附屬省立醫(yī)院肝臟外科，肝膽胰外科安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，合肥 230001

孫 遜，男，碩士研究生;

許戈良，男，主任醫(yī)師，博士生導(dǎo)師，責(zé)任作者，E-mail:xugeliang2007@163.com