以血管为轴心的巨块型肝脏肿瘤三维可视化术前规划和诊疗

方驰华 赵东 曾思略

肝脏部位巨块型的恶性肿瘤主要来源于肝细胞性肝癌或肝内胆管细胞癌。近年来，巨块型肝脏肿瘤手术的安全性不断提高，这不仅源于日益精湛的手术操作技术，而且得益于日益先进的术前评估手段。在临床工作中，肿瘤的大小并不是影响肿瘤可切除性和手术安全性的重要因素，而是肿瘤所涉及到的重要血管，包括门静脉、肝静脉及下腔静脉等。传统的术前评估主要依赖CT或MRI影像资料，外科医师只能凭借经验对二维图像进行抽象的三维认识，术前很难做出准确的手术规划[1]。数字医学的发展为其提供了新的诊疗方式，三维可视化技术改变了疾病传统的二维诊治模式。近年来，它在CT、MRI等影像学检查获得器官和病变信息的基础上有了更进一步的发展，从三维可视化、3D打印，进一步转化为虚拟现实(virtual reality, VR)模型，获得更为直观、立体、准确的肿瘤与周围重要血管的解剖信息，在手术中结合吲哚菁绿(indocyanine green,ICG)分子荧光影像技术，为术前规划和诊疗发挥重要作用[2]，实现了巨块型肝脏肿瘤解剖性、功能性、根治性的手术治疗。

一、传统影像学在巨块型肝脏肿瘤诊治的局限

肝脏肿瘤由于起病隐匿，早期往往症状不明显，就诊时肿瘤多数已经生长巨大。巨块型肝脏肿瘤由于其体积巨大，常压迫、侵犯肝内血管，使手术难度增大，手术风险增加。传统的CT和MRI影像学检查仅能提供二维平面图像，无法直观、立体地显示肿瘤与周围重要脉管的解剖关系；难以准确测算标准肝脏体积及剩余肝脏体积(future liver remnant,FLR)，难以为术前规划提供更多有效的信息；无法术中导航，精确界定肿瘤边界指导解剖性肝切除术。

二、以血管为轴心的巨块型肝脏肿瘤三维可视化术前规划和诊疗的研究及应用

近十年来，随着数字医学这门新兴交叉学科的迅猛发展，三维可视化技术使得巨块型肝脏肿瘤的诊断由传统影像学二维平面的诊治模式向三维立体模式跨越式转化，实现了从过去“摸着石头过河”到如今“看着石头过河”。临床医师运用三维可视化技术为巨块型肝脏肿瘤进行以血管为轴心的分型及术前规划，术中结合ICG分子荧光影像技术界定肿瘤边界、确定肝切除界线及侦测微小癌灶，从而导航巨块型肝脏肿瘤解剖性、功能性、根治性的手术治疗。

1.以血管为轴心巨块型肝脏肿瘤分型及手术规划 巨块型肝脏肿瘤体积巨大，常常邻近第一、二、三肝门区域，主要累及的血管包括门静脉左支、门静脉右支；肝右静脉、肝中静脉、肝左静脉；肝右动脉、肝左动脉及下腔静脉等。根据肿瘤所在部位、肿瘤累及的血管、血管被压迫或侵犯程度进行分型及手术规划。

以血管为轴心的巨块型肝脏肿瘤三维可视化分型可分为6型。①Ⅰ型：肿瘤涉及门静脉。Ⅰa 型：肿瘤涉及门静脉右支；Ⅰb型：肿瘤涉及门静脉左支。②Ⅱ型：肿瘤涉及肝静脉。Ⅱa型：肿瘤涉及肝右静脉；Ⅱb型：肿瘤涉及肝中静脉；Ⅱc型：肿瘤涉及肝左静脉。③Ⅲ型：肿瘤涉及肝动脉。Ⅲa型：肿瘤涉及肝右动脉；Ⅲb型：肿瘤涉及肝左动脉；④Ⅳ型：肿瘤涉及下腔静脉。⑤Ⅴ型：肿瘤涉及腹主动脉。⑥Ⅵ型：其他情况，肿瘤侵犯多条血管。

根据肿瘤侵犯血管程度分为4级，分别为：0级：肿瘤未压迫血管；1级：肿瘤压迫但未侵犯血管；2级：肿瘤侵犯血管但未中断；3级：肿瘤侵犯血管，导致血管连续性中断。

因此，采用以血管为轴心的三维可视化分型和分级，精确测量肿瘤与相邻重要血管的距离，分析两者之间的关系以及有无血管变异，能够更加合理制定手术方案，减少术中医源性血管损伤。肝脏脉管系统变异率高，MI-3DVS三维重建肝内血管分支可达3～4级水平，术者可根据门静脉变异情况制定个体化肝切除平面，最大限度保留正常肝脏组织，降低术后并发症发生率；肝静脉如回流不畅，术后容易导致肝淤血、肝衰竭，维持足够静脉引流能降低术后肝功能不全发生率，术前充分了解肝静脉走行及变异情况对降低术后并发症发生率有重要意义[3]。

2.三维可视化肝脏分段及体积计算 对于巨块型肝脏肿瘤术前评估能否行手术切除，不可回避的问题即肿瘤所涉及肝段以及标准肝脏体积和剩余肝脏体积的计算。传统的方法是运用肝脏体积计算公式及基于CT、MRI的二维平面的体积测算。MI-3DVS是以Couinaud分段理论为基础，通过计算机图像分割技术将肝脏、肿瘤和血管划分出来，按照血流拓扑的方法，自动提取门静脉的中心线，建立血管树模型。基于门静脉和肝静脉的血流拓扑学关系，每个肝段都有其独立的门静脉供血和肝静脉回流血管，无论门静脉、肝静脉是否变异，均可进行自动个体化肝脏分段，并用基于体素的原理通过三维重建算法，实现肝脏任意肝段及任意门静脉分支流域的体积计算。它可以直观、清晰、任意角度地显示肝段的解剖位置，以及门静脉、肝静脉、肝动脉的走向。医生可以根据需要调整三维可视化模型各个肝脏分段，结合肝脏个体化解剖特征，模拟多个肝脏切除平面离断血管，优化手术入路。研究证实，三维可视化技术测量的肝脏体积结果与实际肝脏体积是相符合的[4]。利用三维重建技术对大肝癌病人进行手术规划，其研究结果显示三维重建技术在保障大肝癌病人手术安全性方面发挥了重要作用[5]。

3.VR在巨块型肝脏肿瘤诊疗中的应用 VR技术是一种能够创建和体验虚拟世界的计算机仿真技术，它利用计算机生成特定模拟场景，是一种实现多源信息融合的、交互式的三维动态视景技术。将三维可视化模型导入高质量开发引擎进行VR建模，操作者通过佩戴头戴式VR眼镜及使用操作手柄在虚拟场景中移动目标解剖结构，对VR模型进行更深入地判读分析。这种沉浸式的人机交互模式真实展现了前期三维可视化研究的立体感和空间感，结合以血管为轴心巨块型肝脏肿瘤三维可视化分型及分级，对肿瘤与周围血管解剖关系及血管的侵犯程度做出精确的术前评估和手术指导。

随着计算机技术及数字医学的发展，VR、混合现实(mixed reality, MR)、增强现实(augmented reality，AR)技术逐渐开始应用于医学领域。在外科领域尚处于起步阶段，仍有很大的发展空间及应用前景，目前已有报道应用于外科医师基本技能的培训及简单的手术操作[6-8]，对于模拟复杂性手术操作及在人机交互过程提供更为逼真的力学、触觉反馈虚拟现实技术还有待进一步发展。

4.3D打印技术在巨块型肝脏肿瘤术前规划的应用 近几年，3D打印技术发展迅速，在医学领域已广泛应用[9-11]。3D打印实现了三维可视化影像平面模式向三维可视化物理立体模型的跨越式转变。对于巨块型肝脏肿瘤病人，手术难度大，解剖结构复杂，术前通过3D打印模型进行评估可以提高手术安全性[10]。借助3D打印模型，结合以血管为轴心三维可视化分型，外科医生术前可以从多角度观察肿瘤与周围重要血管之间的关系及判断两者空间距离，在实物上进行术前规划、模拟手术；也可以在术中实时的多方位、多角度观察病变的实物模型，利用实物模型带来更多解剖结构的深度信息和空间真实感，指导精准手术操作。

三、ICG分子荧光成像技术导航肝切除术

自Ishizawa等[12]首次使用ICG分子荧光成像技术指导肝切除术以来，该技术作为一种细胞功能水平的辅助工具，在肝脏肿瘤诊断和手术导航中的应用越来越广泛[13-17]。计算机辅助联合 ICG分子荧光影像技术可以从肝脏组织三维的形态解剖和细胞功能水平指导肝脏肿瘤的诊断及手术导航，临床应用证明其有独特的精准诊疗价值。对于巨大的肝脏肿瘤，通过术中使用ICG分子荧光影像技术，可以实时对肿瘤进行定位与边界界定，确定肝切除范围、侦测肝断面有无残余病灶及有无胆漏发生[18]。ICG分子荧光影像技术与术前三维可视化、虚拟现实、3D打印及术中快速病理检查进行一致性验证，确保手术有的放矢，从而实现巨块型肝脏肿瘤病人解剖性、功能性、根治性肝切除术，改善病人预后。

目前，ICG靶向光学分子影像探针对于疾病诊断和治疗的研究与应用已经得到越来越多的关注[19]，随着临床实践和技术创新的不断深入发展，该项技术亦将不断完善，为肝脏肿瘤的精准诊疗展示良好的应用前景。但是，ICG分子荧光技术目前也有一定的局限性：一是对深部结节的低灵敏度。由于近红外光透过人体组织的能力有限，ICG发出的荧光信号仅能穿透10 mm 以内的肝脏实质[20]；二是肝脏结节的高假阳性率[21]，特别是有肝硬化背景的病人，肝脏肿瘤组织与其余肝组织的荧光对比度下降，检测敏感度将进一步降低。因此，ICG靶向光学分子影像探针在临床实践的应用仍有待进一步探究。

四、结语

巨块型肝脏肿瘤手术治疗难度大，肿瘤与周围血管关系复杂密切，术后并发症多。术前精确的手术规划，能有效提高手术成功率、降低手术并发症。数字医学技术近十年来蓬勃发展，以三维可视化、虚拟现实、3D打印等技术为代表的数字医学技术正在改变传统巨大肝脏肿瘤的诊疗模式，从而提高手术决策水平，降低手术风险。