医学影像技术在肝脏虚拟手术的应用

闫建平综述，黄 枢审校

(本文编辑:黄攸生)

肝脏是人体的重要器官，具有多套管道系统，是解剖结构极其复杂的实质性器官，其代谢活动十分复杂，具有重要的功能，是肿瘤好发的主要器官之一。肝脏手术一直被认为是很困难的［1］。该器官内部结构的复杂性和变异性，增加了手术时间及并发症的发生率。由于肝脏复杂的解剖结构，制定精准的肝脏手术计划很困难，这就要求外科医生对肝脏的解剖结构充分掌握，手术方案依赖于对肝内血管树和肿瘤三维空间关系的精确把握。而医学影像技术和计算机技术的迅速发展使之成为可能。肝脏虚拟手术系统主要包括以下几方面。

1 数字化虚拟肝对原位肝移植手术的指导价值

肝移植手术复杂，肝动脉的变异率较高，可达20% ～50%［2］，故肝脏移植手术的实施较复杂。肝脏的血供是防止胆道并发症的必要条件，移植物的存活也需要有肝脏丰富的血液供应。1985年Bismuth等［3］为1例慢性肝病患者成功实施了临床首例辅助性部分原位肝移植。虚拟外科手术系统的使用，令医务工作者较真实地对各种肝脏临床手术的实际情况进行体验，从中学习如何应对各种突发情况，包括肝脏血管变异，大出血等，使年轻医生实施手术的风险降低。这对临床的教学意义重大，可以让实习生在虚拟系统内亲自动手［4］。

2 数字化虚拟肝应用于腹腔镜下肝脏切除手术

在肝脏外科，由于腹腔镜器械设备的不断更新，腔镜手术技巧的不断提高，腹腔镜手术已扩展到肝脏部分切除直至目前的肝叶解剖性切除。但是，大多数原发性肝癌的患者存在慢性肝损害现象［5］，受损的肝功能限制了手术切除肝组织的体积。应用数字化虚拟肝技术，可在术前明确肝静脉、门静脉和肿瘤血管的分布以及相互关系，有利于减少术中切肝时的出血量。此外，运用数字化虚拟肝系统可进行反复术前模拟仿真，显示各种预切除方案的肝断面及残肝体积、需切除或保留的肝内管道，从而选择既能完整切除肿瘤又能保留足够残肝体积的最优手术切除方案［6］，最大程度减少术后并发症的发生，准确预测术后发生肝功能衰竭的可能性，提高手术的成功率。

3 数字化虚拟肝对门静脉栓塞术的指导价值

在肝脏移植尚不能普及的今天，手术切除是目前治疗肝癌的最有效方法。但是术后残肝体积(future liver remnant，FLR)过少则是造成术后肝功能衰竭等并发症的重要因素，限制了肝癌手术的进行［7］。对于预切除肝体积和预留肝体积等，国外有免费软件和可供教学的网站［8-9］，数字化虚拟肝有助于在三维空间上对门静脉进行直观、准确地划分，准确测定肝体积有助于门静脉栓塞术后肝切除时机的选择，从而最大限度地减少术后肝功能衰竭的发生，更加有利于术后患者的恢复，体现了数字化虚拟肝技术对门静脉栓塞术的指导价值。虚拟手术具有可交互操作、可预测、可重复等优点，且在手术之前可预先模拟其手术过程，预测在真实手术过程中可能出现的复杂及险要情况。该系统有助于完整地保留残肝、血管及重要结构的完整性，最大程度地减少术后并发症的发生率，提高手术成功率。该系统通过测定拟切除肝脏的体积、残余肝脏的体积、功能性肝脏的体积，完整地保留残肝、血管及其重要结构，最大程度地减少术后并发症的发生率，预测术后发生肝功能衰竭的风险性，从而提高肝脏手术的成功率［10］。

精准肝脏虚拟手术主要依靠三维影像技术及虚拟手术系统。三维图像可视化重建技术又被称为非损伤性立体解剖，其利用计算机图像处理技术对二维切面图像进行分析和处理实现了对人体器官、软组织和病变组织的分割提取、三维重建和三维图像的显示，不需对二维图像进行综合想象，对肝脏、管道系统的分支走形及病灶的空间位置信息的显示更加直观、准确。可辅助外科医生对病变区域进行分析，为手术方案设计提供了准确的个体化信息，大大提高了诊断的准确性和可靠性，比二维断层图像的临床应用价值更高。三维可视化重建基础上的虚拟手术技术是肝脏外科手术有效的辅助工具之一，这对制定合理的手术预案具有重要的临床价值［11］。2004年起我们进行中国女性一号数字化虚拟肝脏三维重建及虚拟手术研究并得到了令人满意的结果，为今后数字化虚拟肝脏及虚拟各种肝脏手术的研究做了积极探索［12］。这些方法主要是利用CT进行三维重建，先进的螺旋CT带有三维软件和重建功能，对收集的二维图像通过计算机处理重建出三维图像，对疾病的诊断和手术方案的制订具有一定的指导作用。三维图像可供外科医生对肝脏进行多方位、多角度的观察，有利于肝脏正确分段、肝内病变术前定位和肝内血管变异情况的观察，降低手术的风险［13-16］。文献报道应用三维肿瘤治疗系统同样是提高放疗的精确定位和安全性的方法［17］，说明三维影像技术具有精确定位和精确引导的作用。

三维超声具有更加准确、直观的特点［18］，尤其是三维断层超声模式可根据实际需要任意调整最小层间距［19-20］，更加有利于分层及准确定位，对于肝脏的病变有更加准确的定位。三维超声能提供许多二维超声不能提供的信息［21-22］。可根据肝脏肿瘤内部血管的走形及空间位置关系进行准确的定位，从不同角度观察手术区域，同时能从二维超声不易得到的冠状切面进行观察，提高了手术的精确性。超声造影可以作为评估肝癌治疗疗效的可靠方法［23］，可评估虚拟各种肝脏手术的效果。医生可借助术前进行超声影像技术的检查，制定最佳手术路径、切除肝段的大小、阻断肝内管道的预案，达到减小手术损伤、预测治疗效果的目的。由于CT价格昂贵且对人体产生辐射，虽然现在的防辐射技术有所提高，但是仍不适宜为外科医生常用的手术方法。相比较之下，三维超声具有无辐射的特点，可以反复操作，且其对血流具有较高的敏感性，更加有利于定位时趋避血管。在肝脏虚拟手术应用中，是一种具有广泛发展前景的方法。

4 开展医学影像技术在肝脏虚拟手术的展望

通过医学影像技术在肝脏虚拟手术的应用，可以在手术前进行肝脏手术规划，起到减小组织损伤的目的，经三维重建的肝脏肿瘤虚拟手术系统免去了临床医生复杂的图形综合空间想象过程，可以直观、清晰、任意角度地显示肝脏各段的解剖及肝内管道系统的走行，以及肝脏病灶的定位及大小，提高了定性、定位诊断的准确性和可靠性，可望为临床制定精确的手术方案提供个体化的信息。

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