3D打印模型在肝脏肿瘤切除手术中的应用*

王峻峰，孙志为，王罡，杨莹，李鹏，董坤，唐建中，李星逾，吕梁

（1.云南省第一人民医院 肝胆外科，云南 昆明 650032；2.云南省第一人民医院 放射科，云南 昆明 650032；3.昆明理工大学医学院，云南 昆明 650500）

临床报道

3D打印模型在肝脏肿瘤切除手术中的应用*

王峻峰1，孙志为1，王罡2，杨莹3，李鹏3，董坤1，唐建中1，李星逾1，吕梁2

（1.云南省第一人民医院 肝胆外科，云南 昆明 650032；2.云南省第一人民医院 放射科，云南 昆明 650032；3.昆明理工大学医学院，云南 昆明 650500）

D O I：10.3969/j.i s s n.1005-8982.2017.03.029

目的探讨3D打印模型能否有助于肝胆外科精准手术的规划及术中引导。方法对肝癌患者，利用3D打印模型引导肝脏肿瘤切除手术，手术顺利，术后患者恢复良好，术后随访12个月。结果肿瘤无复发。结论3D打印模型可以应用于肝胆外科手术的规划及术中引导。

肝脏肿瘤；手术；3D打印模型

21世纪肝脏外科手术要求手术向精准外科方向发展，传统的医学影象学资料像，如磁共振成像（m agnet i c resonance i m agi ng，M RI）、CT，只能从二维平面反应患者的病灶特点，基于影像学资料的3D打印技术能实现二维平面图像向实体三维物理模型的跨越式转变。近年来，3D打印技术已广泛应用于医学领域，如头颈外科、生物医药研究等[1]。在医学领域，3D打印模型能够直观地反映患者的病灶及其周围主要血管、组织的位置关系，有助于提高外科医师对患者进行精准手术，特别是对于二维CT或M RI图像复杂的解剖结构和病变[2]。有研究显示，3D打印技术在小肝癌的手术中，有助于获得良好地阴性手术切缘[3]。本研究结合临床，探讨3D打印模型能否有助于肝胆外科精准手术的规划及术中引导。

1 临床资料

患者男性，38岁。因体检发现肝脏占位病变1个月，伴体重下降3 kg，以肝脏占位病变收入院。既往：乙型肝炎病史12年，曾予中药及干扰素治疗。入院体检：一般情况可，神志清，全身浅表淋巴结未触及肿大，全身皮肤巩膜无黄染，无肝掌及蜘蛛痣，腹平坦，未见胃肠型及蠕动波、腹壁静脉曲张，腹软，无压痛、反跳痛，M urphy征阴性，无肌卫，肝触诊未及肿大，肝浊音界存在，肝区无叩痛，移动性浊音阴性，肠鸣音3～4次/m i n。

CT：①肝硬化、脾大、门静脉高压，侧枝循环建立;②肝右前叶35 m m×30 m m片状低密度影，增强扫描呈快进快出强化表现，多考虑为占位性病变（肝癌）。肿瘤标记物：甲胎蛋白1 028.79 ng/m l，癌胚抗原3.57 ng/m l，糖类抗原19 910.89 u/m l。肝功检查：谷草转氨酶36 u/L，谷丙转氨酶52 u/L，总胆红素24.1 μm ol/L，直接胆红素9.6 μm ol/L，间接胆红素14.5 μm ol/L，白蛋白47 g/L。弥散性血管内凝血筛选：活化部分凝血活酶时42.7 s，凝血酶原时间15.2 s，凝血酶原标准化比值1.20，纤维蛋白原含量1.86 g/L。乙型肝炎DNA测定：乙肝病毒DNA测定（定量）5.775×104IU/m l。肝炎病毒检查：乙肝病毒表面抗原定量（+）139.55 IU/m l，乙肝病毒表面抗体定量（-）0.12 m IU/m l，乙肝病毒e抗原定量（-）0.01 NCU/m l，乙肝病毒e抗体定量（+）38.66 NCU/m l，乙肝病毒核心抗体定量（+）103.99 NCU/m l，丙型肝炎抗体定性阴性（-）。见图1。

手术前，采用Sl i cer软件进行虚拟肝切除，并计算功能肝体积、肝肿瘤体积、残肝体积等。

3D打印模型建立，将Sl i cer重建的3D图像STL文件导入到快速成型Cura软件中，采用3dp-240打印机（昆明增材佳维科技有限公司）进行打印1∶1的3D物理模型，然后进行打印后处理，完成肝脏肿瘤及血管的3D打印模型制作。见图2。

图1 肝脏中叶肿瘤手术前CT

图2 肝脏肿瘤3D打印模型

手术前手术方案的制定，按标准肝脏体积计算为1 174 m l[4]，按照中国原发性肝癌诊疗规范（2011年版），标准残留肝脏体积为765 m l；肝脏肿瘤位于肝脏Ⅴ、Ⅷ段，同时合并乙肝肝硬化，如果手术切除肝脏右叶，残留肝脏体积为260 m l，占标准肝脏体积22.2%，如果手术切除肝脏右前叶，残留肝脏体积为847 m l，占标准肝脏体积72.2%，如果手术切除肝脏右前叶肿瘤，残留肝脏体积为1 242 m l，超过标准肝脏体积，结合患者术前肝功能、凝血功能及肝硬化等情况，决定采用3D打印肝脏肿瘤模型引导下的肝脏中叶部分切除手术。

手术过程顺利，手术时间180 m i n，术中出血300 m l，根据手术前肝脏肿瘤及血管3D打印模型的引导，手术切除肝脏中叶肿瘤及周边2 cm肝脏组织，保留肝脏右前叶及右后叶的重要血管和胆管。

术后第1天：肝功能检查，谷草转氨酶356 u/L，谷丙转氨酶401 u/L，总胆红素39.0 μm ol/L，直接胆红素18.6 μm ol/L，间接胆红素20.4 μm ol/L；急诊凝血，活化部分凝血活酶时36.7s，凝血酶原时间17.2 s，凝血酶原标准化比值1.40，纤维蛋白原含量2.04 g/L。

术后第3天：肝功能，谷草转氨酶119 u/L，谷丙转氨酶572 u/L，总胆红素25.0 μm ol/L，直接胆红素12.2 μm ol/L，间接胆红素12.8 μm ol/L，；急诊凝血，活化部分凝血活酶时33.5 s，凝血酶原时间15.8 s，凝血酶原标准化比值1.25，纤维蛋白原含量3.88 g/L。

术后第6天：肝功能，谷草转氨酶26 u/L，谷丙转氨酶185 u/L，总胆红素28.3 μm ol/L，直接胆红素13.9 μm ol/L，间接胆红素14.4 μm ol/L；急诊凝血，活化部分凝血活酶时34.3 s，凝血酶原时间16.4 s，凝血酶原标准化比值1.31，纤维蛋白原含量3.79 g/L。

术后病理检查：肝细胞性肝癌，肝硬化。术后14d，患者康复出院，术后1～6个月随访，无肿瘤复发，肝功能正常。见图3。

图3 肝脏中叶肿瘤切除术后1个月复查CT

2 讨论

肝癌是世界最常见且恶性程度最高的肿瘤之一，而我国是肝癌高发地区之一，占世界肝癌患者总数的50%以上，并且我国也是肝癌合并肝硬化高发区。2006年董家鸿教授提出“精准肝胆外科”这一理念，其核心要求是在彻底清除目标病灶，并保证剩余肝脏解剖结构的性完整及最大的功能性体积的基础上，最大限度控制术中出血和全身性创伤侵袭，减少手术出血量、降低手术并发症发生率和病死率，提高病变的根治性、切除率及长期生存[5]。

2012年英国《经济学人》发表专题报告指出，全球工业正经历第3次工业革命，将3D打印技术作为第3次工业革命的重要标志[6]。3D打印技术可打印出肿瘤及周围血管的3D模型，临床医学借助这些模型，能将肿瘤及周围血管的细节较真实地表达出来。3D打印技术实现CT、M RI等二维影像学数据向三维物理模型的跨越式转变，3D打印模型所提供的解剖学信息比传统医学影像资料更加直观、具体，更容易分辨出器官的组织结构、解剖特点、病灶部位；病灶与周围血管、器官的位置关系。

因为3D打印实现了三维图像向三维实体模型的转变，进行肝脏手术时，手术医师将3D打印模型带入手术室，在手术中进行实时比对，为手术关键步骤提供直观的实时导航，利于关键部位快速识别和定位。能够实时引导重要脉管的分离和肿瘤病灶的切除，切除病灶和避免重要解剖结构的副损伤，从而提高手术的根治性切除率，降低手术风险[7]。

刘宇斌等[8]的研究显示，基于螺旋CT的三维重建有利于胰腺、脾脏等腹部器官的个体化手术方案的制定、风险评估及临床教学的进行。在二维影像学的的基础上进行三维可视化的分析，可直观立体地观察肝静脉、门静脉、肿瘤等的三维结构与空间位置关系，根据患者个体化的血管走向，测算肝脏剩余百分比，在仿真模拟的基础上，为患者制定个性化的手术方案，能够达到最大切除病灶，保留正常肝组织的目的[9]。ZEIN等[10]将肝脏3D模型用于活体肝移植中，有助于关键部位的解剖定位、肝离断面的脉管处理，并减少手术时间和并发症。据报道，美国一家医院在给一对连体婴儿实施头颅分离手术前，为确保安全，医师先用3D打印制作出这对婴儿的连体头颅模型，参考模型对手术方案进行优化，最后不仅手术获得成功，而且时间也由以往的72 h缩短至22 h[11]。由此可见，3D打印技术在医学模型制造方面给医患带来福音。

手术中3D模型引导手术和传统手术相比有什么区别？这就好比汽车的行车导航，提高了驾驶者的安全性，普及了新技术；和传统的CT及M RI平面影像资料比较，手术中肿瘤血管3D打印模型为手术医师提供了更加直观、立体的肿瘤血管信息，提高手术的安全性及高难度手术的普及性，为以后肝胆胰脾外科、以至其他外科手术的安全性、合理性提供了一种新的方法和思路。

如果按照传统手术方式，手术当中可能会切除过多的正常肝脏组织，术后发生肝功能失代偿的机率较高。患者肿瘤及血管的3D打印模型能帮助医师手术前精确规划手术方案，术中引导医生进行精准切除；对于深部肝脏手术，由于有患者肿瘤、血管具体的3D打印模型作为引导，手术医师不再是凭借经验手术，而是在三维导航下手术。另外，手术前医师利用肿瘤及血管的3D打印模型，可以让患者及其家属能更好地理解病情，了解手术的必要性及风险，更好地进行医患沟通，减少医患双方在沟通中对手术方案理解的偏差。

[1]M ICH ALSKI M H,ROSS J S.The shape of t hi ngs t o com e 3D pri nt i ng i n m edi ci ne[J].JAM A,2014,312(21)：2213-2214.

[2]VENTOLA C L.M edi cal appl i cat i ons f or 3D pri nt i ng：current and proj ect ed uses[J].J Cl i n Pharm Ther,2014,39(10)：704.

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[4]李富贵,严律南,李波,等.中国成人标准肝体积评估公式的临床研究[J].四川大学学报（医学版）,2009,40(2)：302-306.

[5]梁斌,曾建平,张宁,等.国际精准肝脏外科研讨会会议纪要[J].中华消化外科,2013,12(9)：721-724.

[6]王忠宏,李扬帆,张曼茵.中国3D打印产业的现状及发展思路[J].经济纵横,2013,1：90-93.

[7]方驰华,方兆山,范应方,等.三维可视化、3D打印及3D腹腔镜在肝肿瘤外科诊治中的应用[J].南方医科大学学报,2015,35(5)：639-645.

[8]刘宇斌,方驰华,潘家辉,等.可视化仿真手术在胰腺和脾脏手术中的应用研究[J].中国现代医学杂志,2008,18(20)：2920-2924.

[9]FANG C H,TAO H S,YANG J,et al.Im pact of t hree-di m ensi onal reconst ruct i on t echni que i n t he operat i on pl anni ng of cent ral l y l ocat ed hepat oeel l ul ar carci nom a[J].J Am Col l Surg,2015, 220(1)：28-37.

[10]ZEIN N N,H ANOUNEH IA,BISH OP P D,et al.Three-dim ensi onal pri nt of a l i ver f or preoperat i ve pl anni ng i n l i vi ng donor l i ver t ranspl ant at i on[J].Li ver Transpl ant at i on,2013,19(12)：1304-1310.

[11]陈坚伟,张迪.3D打印技术医学应用综述与展望[J].电脑知识与技术,2013,9(15)：3632-3633.

（李科 编辑）

1005-8982（2017）03-0136-03

R 735.7

B

2016-06-15

云南省卫生科技计划基金（No：2010NS005），云南省科技惠民计划（No：2016RA011）