三维重建技术在肝脏体积测量中的临床应用

2017-03-07 11:02:13贺爱徐钧
临床医药实践 2017年9期
关键词:三维重建储备外科

贺爱,徐钧

(1.山西医科大学,山西 太原 030001;2.山西省肿瘤医院,山西 太原 030013)

三维重建技术在肝脏体积测量中的临床应用

贺爱1,徐钧2*

(1.山西医科大学,山西 太原 030001;2.山西省肿瘤医院,山西 太原 030013)

随着现代生物医学学科、循证医学、人文医学的发展兴起,现代科学技术与医学结合出现的数字医学,推动着传统经验外科模式向现代精准外科模式的转变。肝脏外科凭借现代先进的科学技术跨入了精准肝切除的时代[1-2]。通过使用数字化外科技术,可以将个体的肝脏CT断层图像数据重建成三维立体化的肝脏模型,从而对肝脏内部复杂的解剖结构和发生病变部位的形态有所认识,并且可以对肝脏体积进行准确的定量分析。肝脏体积大小可反映肝脏实质细胞容量的变化,从而间接反映肝脏血流灌注和代谢能力,在国外已被视为与Child-pugh分级同等重要的肝脏储备功能指标[3]。因此,精确的肝脏体积测量对安全实施肝脏外科手术、防止术后肝衰竭并发症的发生起着至关重要的作用。

1 肝脏体积测量

1.1 肝脏体积测量的方法

目前常用的测量方法包括水测法、B超、单光子发射计算机断层成像术(SPECT)、CT和MRI等,而临床多采用水测法和CT测量法。众多的研究指出,水测法尽管被公认为是测量肝体积的“金标准”,但只能用于离体肝体积的测量,导致了其对活体肝体积测量的局限。近年来,多层螺旋CT的传统手工测量法和计算机三维重建法均已被临床普遍认为是可以准确测量活体肝脏体积的方法[4]。传统的测量方法复杂、粗糙、工作量大,受医师的主观影响大,而通过计算机三维软件可以较为快速准确地计算出各个感兴趣肝脏区段的体积,还可通过虚拟肝切除手术的模拟实施,为正确估计肝切除量及防止术后肝功能衰竭提供一种安全有效的评估方法。有研究指出[5],Heymsfield、Mos先后分别应用传统CT测量法与水测法测量肝实际体积,结果显示两种方法对肝体积的测量值相差小于5%。Schiano等[6]通过对579 例肝移植患者的研究表明,术前CT测量的实际肝体积与术后水测法测得的体积相差无几。Saito等[7]采用CT三维重建法,对72 例行肝切除术的患者进行研究,发现术前CT三维技术测得的预计肝切除体积与术中实际切除的肝体积平均差值为9.3 mL。Itoh等[8]对304 例实施肝切除的患者术前使用三维重建软件Zio M900(Ziosoft,日本)测量肝体积,最后手术零死亡。为了进一步研究CT三维重建法测量肝体积的准确性,国外学者通过传统CT计算法与ScoutTM三维分析软件得出的肝脏体积进行比较,结果两者计算的体积均与相应肝脏重量有着明显的相关性,P≤0.0 001,而通过ScoutTM三维分析出的肝脏体积准确性有明显提高[9]。我国方驰华等[10]应用三维模拟软件对CT薄层扫描的图像进行重建,软件自动计算出全肝体积、预切除肝体积及剩余肝体积,经研究证实其预切除肝体积与实际切除结果比较,差异有统计学意义,具有相关性。姜春林等[11]对34 例行精准肝切除手术的巨大肝癌患者,术前应用计算机三维模拟软件规划手术方案及计算肝体积,得出结论为使用三维重建技术计算出的预切除肝体积与实际切除肝脏体积比较,差异无统计学意义,两者高度相关 (r= 0.961,0.923);应用三维重建软件制定的手术切缘距离与实际手术过程中的切缘距离高度吻合。林科灿等[12]利用肝脏手术规划系统软件 Liv1.0计算出的肿瘤所在肝段体积结果与实际手术切除的标本体积几乎一致,为后续手术方案的制订实施提供了强有力的数据支撑。由此可见,CT三维重建法肝体积的估算较传统CT测量法更为精确。因此,越来越多的国外及国内学者认为,基于CT的三维重建技术可以精确地测量肝体积,减少了术中出血及术后病死率的发生。

1.2 肝脏体积计算公式

肝体积存在个体化及人种间的差异,相关国外文献可见肝标准体积公式[13-15]:第一,基于德国人群的标准肝体积(SLV)公式:SLV(mL)=1 072.8×体表面积(BSA)-345.7;第二,基于美国人群的标准肝体积公式:SLV(mL)= 6×体质量(BW)+4×Age+350;第三,基于日本人群的标准肝体积公式:

SLV(mL)=706.2×BSA+2.4。由于我国人民自身因素的原因,上述体积公式不完全适用,为此国内大量的研究者对肝体积公式进行研究,黎一鸣等[16]根据体表面积推导出我国正常人群标准肝脏体积公式为:SLV(cm3)=613×BSA(m2)+162.8,BSA=0.071×身高(BH)+0.0133×BW-0.1971。王茂春等[17]研究得出的公式为SLV(cm3)= 12.745×BH(cm)-879.24,SLV(cm3)=10.298×BW(kg)+550.02,SLV(cm3)=570.1×BSA(m2)+168.8。BSA(m2)=0.007×BH(cm)+0.0133×BW(kg)-0.1971。李富贵等[18]通过对成人右半肝活体移植(不包括肝中静脉)供体的临床资料进行回顾性分析,得出实际的全肝体积的计算公式为:SLV(cm3)=11.508×BW(kg)+334.024。因其研究的差异以及无法预估的准确度及误差,肝体积计算的公式尚无明确统一标准。

1.3 肝体积变化率与肝瞬时弹性值的关系

研究显示基于CT的三维重建法测量的肝体积值与肝实际体积测定值非常接近,说明三维重建法具有良好的准确度,在临床工作中可被广泛用于估算实际肝体积。而肝体积受体表面积、体重、身高等自身因素的影响以及个体间的差异,导致肝体积的绝对值难以量化比较,故有学者提出肝体积变化率这一指标,更能准确反映患者肝细胞容量变化情况[19]。肝体积变化率(R)=(标准肝体积测定值-病肝体积CT测量值)/标准肝体积测定值×100%。然而单纯地依靠肝体积变化率来评估肝硬化患者肝储备功能并不确切,因此有研究提出测定肝组织弹性值并结合肝体积变化率来较为确切地评估患者有功能单位的肝细胞数目[19-20]。

2 三维重建法精确测量的肝体积与肝功能储备之间的关系

2011年董家鸿等[4]提出的专家共识中指出,肝体积是评估肝储备功能的主要方法之一,通过肝实质细胞数目的变化与结构的完整性来反映肝脏的功能储备情况。正常肝脏其有功能的实质细胞数目与体积大小成正比,当肝脏发生病变时,实质细胞数目的减少与结构的破坏导致肝储备功能的降低[21]。因此,正确测量肝脏体积和计算肝脏实质切除率具有重要的临床意义,对于肝切除手术的安全实施至关重要。以前对剩余肝脏体积的评估是根据术前CT或MRI等影像粗略估算和术中对肝脏实体体积的大体目测,而基于CT的三维重建影像技术,可以把肝体积的测量细化到肝叶,甚至精确到每一个可见的供血区段。我国是乙肝大国,大多数肝癌患者通常都合并有不同程度的肝硬化,而肝硬化会导致肝体积的变化,因此术前准确测量肝体积,确定其安全切除量,对防止术后肝功能的不足显得非常重要[22]。廖锦元和黄仲奎[23]研究显示除尾状叶外,肝硬化患者组与正常组之间其余的各肝叶体积和各肝叶占全肝体积百分比都有统计学意义,并且随着肝硬化分级的增加,肝右叶和肝方叶逐级缩小,左肝外叶逐级增大,全肝体积缩小,而尾状叶变化不大。黎一鸣等[24]使用CT对肝脏体积进行测量研究显示,肝Child-Pugh功能分级越差,病变肝脏的平均体积就越小。研究中为了定量评估肝体积变化的情况,引用了体积变化率(R)。结果发现R值的大小与患者术后发生严重并发症相关,当R≥20%时,术后并发症发生率为7%,当R≤40%时,术后并发症发生率可高达75%。因此将术前肝功能Child-Pugh分级与CT测量的肝体积结合起来,评估病变肝脏的储备功能,有利于正确选择合理的外科术式和手术时机,降低手术风险,提高疗效。在肝功能储备功能研究的最新进展中,Tong等[25]研究肝脏体积变化与肝功能之间的关系证实:经CT测得的肝体积与经体表面积换算得出的标准肝体积的比值<83.9%,则表明预后不良;当CT计算的剩余肝脏体积与体表面积的比值<250 mL/m2时,术后出现肝衰竭的风险将显著增大。先进医学影像技术的应用,尤其是应用CT三维重建技术评估肝脏储备功能已成为发展趋势。CT灌注成像与三维重建法联合应用测量肝体积,通过肝实质细胞数量及其功能,可较为客观地评价不同肝功能Child-Pugh分级的肝脏储备功能。贾晶等[26]采用肝血流量与不同病变的肝体积(LV)相结合所得的体积-灌注综合指数 (VBPI)这一指标对肝储备功能进行量化评估,得出随着肝纤维化程度的增加,各肝叶体积变化的同时引起了肝脏血流量灌注的减少,肝功能储备降低。

3 三维重建法精确测量肝体积与肝切除剩余安全量的关系

研究显示CT三维重建法测量的肝体积能较为精确地反映肝脏的实际体积。肝体积及肝实质切除率的精确计算结合肝脏储备功能的量化评估,对于选择合理安全的外科术式和确定肝切除剩余安全量具有重要的意义。肝脏切除限量是通过剩余肝体积占全肝体积的比值来设定。苏黎世大学的标准中认定[4],正常肝实质患者,剩余肝体积占全肝实质体积30%的肝切除量是安全的;对于肝功能代偿良好且不伴门静脉高压症、Child-Pugh A级的肝硬化患者来说,剩余肝体积不小于全部肝实质体积50%的肝切除量也是安全的。但也有研究指出,不同病变情况下的肝体积,其功能储备不同,相同级别下的肝脏储备功能差异大,显然根据上述标准是不全面的。日本学者Mizuguchi等[27]应用吲哚氰绿15min滞留率(ICGR15) 的研究显示,其可以对肝癌的切除最大范围做出预测:ICGR15<10%,可以行4个肝 段切除,ICGR15 10%~19%,可以行2~3个肝 段切除,ICGR15 20%~29%,只能行单个肝段切除,ICGR15 30%~39%,仅能行肿瘤楔形切除术,ICGR15≥40%,只能行肿瘤剜除术,禁止行肝段切除。近年来,三维重建软件的应用,对肝脏体积测量的准确性提高,对极量肝切除的研究越来越多。陈中等[28]回顾性分析7 年间手术治疗的69 例巨大原发性肝癌患者的临床资料,综合分析评估巨大肝癌肝切除的术前肝功能、肝储备功能、肝切除量、残肝体积等指标,结果发现全组术前肝储备功能ICGR15均≤15%,术前估计解剖性肝切除量在50%~70%,对43 例患者实施了根治性切除治疗,26 例患者行姑息性切除治疗。切除术后1个月内死亡3 例,手术病死率为4.4%,术后并发症发生率为27.5%,经治疗后均顺利恢复出院。尽管计算机三维重建技术可以对肝体积精确测量,为肝切除安全限量及适当的肝切除范围提供了可靠依据,但是,个体间的差异导致肝切除剩余量及安全线的不确定性,因此肝切除安全限量仍存在争议,需进一步研究。

4 前景与展望

综上所述,肝体积的精确测量为肝脏手术安全实施提供依据。基于CT的三维重建能够准确测量全肝体积、预切除体积及剩余肝体积,并对肝内多管道系统进行重建,给肝脏外科医生在术前制订手术方案提供了参考[29],尽可能准确地评估术后肝储备功能,提高手术成功率,降低术后严重并发症的发生。我国自主研发的3D+医学影像可视化处理系统正逐步应用于临床,因此准确测量肝体积对肝脏肿瘤行精准肝切除,具有明显的临床指导价值。

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2016-11-17

(本文编辑:张荣梅)

贺爱 (1989— ),女,山西省太原市人,在读硕士。研究方向:普通外科学。

*本文通讯作者:徐钧

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