CT 三维可视化在原发性肝癌切除术中应用及发展

周啸阳，许丁伟，黄洁，孙敏

（昆明医科大学第二附属医院肝胆胰外科三病区，云南 昆明）

0 引言

原发性肝癌是我国第4 位常见恶性肿瘤及第2 位肿瘤致死病因，而肝切除术起到了重要的作用[1]。肝切除术后肝衰是肝癌手术治疗的主要限制因素[2]，所以应在术前充分地对肝脏的储备功能、肿瘤与周围管道的解剖关系进行评估。肝脏的储备功能与肝细胞的质量和数量是极其相关的[3]，而随着基于CT 三维重建成像技术的不断发展，带来了一个真正意义上的外科3D 时代[4]，与Child-Pugh评分、终末期肝病模型评分、吲哚菁绿清除实验评估等方法多元化地结合可以更加全面地去评估切肝患者的剩余肝体积的质量和数量；术前CT 三维重建图形对肝脏解剖结构的认识和术中增强现实技术（augmented reality，AR）导航的综合应用将使肝脏外科医生达到精准肝切除的目的[5]，从而进一步降低术后肝衰的发生率。

1 术前应用

1.1 术前残肝体积肝与脏储备功能的综合评估

由于切除后的肝功能受损是由于肝脏体积不足所致，因此对剩余的肝脏容积进行评估是术前评估的关键因素[6]。目前主要有三种计算肝脏体积的方式[7]：（1）运用肝脏体积计算公式。（2）影像科医生通过CT 断层影像学资料及手工或者自带软件进行肝脏体积计算。（3）基于体素的原理通过CT 三维重建对肝脏体积进行计算[8]。谭凯等[9]通过回顾性分析将9 例病人分别通过CT 自带软件与CT 三维重建软件对联合肝脏分隔和门静脉结扎的分阶段切除术（associating liver partition and portal vein ligation for staged hepatertomy，ALLPPS）进行配对分析，结果发现使用CT 相关软件测量的残余肝体积(future liver remnant,FLR) 要大于CT 三维重建的。并得出常见错误为：（1）影像科医生无外科手术理念。（2）将肝脏离断面失活组织纳入想关剩余肝体积中。（3）肝脏解剖概念的混淆。（4）精准度不足。Cai 等[10]用简单线性回归、组内相关系数、Bland-Altman 的方法对69 例接受了三维可视化系统辅助下肝癌切除患者进行分析，结果得出实际切除肝体积与预测切除肝体积有很好的一致性。此外，陈琳等[11]通过CT 三维重建回顾了28 例行解剖性肝切除大肝癌(肿瘤最大径＞10cm)的患者，得到了对大肝癌患者行解剖性肝切除时，肿瘤体积越大，切除功能性肝体积(excision functional liver volume,EFLV）越小，剩余功能性肝体积（residual functional liver volume，RFLV）越大的结论，这可能与非肿瘤肝组织的代偿性增生有关。综上，与传统肝切除剩余肝体积评估方式相比，CT 三维重建更加地精确且对术前评估更具临床价值。Clavien 等[12]认为肝切除术后肝衰主要是由术后剩余肝体积决定的，究其本质来讲，其实是由术后剩余肝细胞的质量所决定的。因此为了准确评估术前患者肝脏储备功能，还应结合Child-Pugh 评分系统、终末期肝病模型评分、吲哚菁绿清除实验评估、锝标记的去唾液酸糖蛋白类似物半乳糖化人血清清蛋白显像、99mTc-Mebrofenin(甲溴苯宁)肝胆显像、白蛋白-胆红素分级等方法。肝脏储备功能的精准评估也还有待进一步完善[13]。

1.2 术前规划及管道解剖

1.2.1 肝静脉解剖

（1）肝实质保留：肝静脉是肝脏的流出道，肝静脉闭塞会导致肝实质的淤血，所以术前应当对肝静脉的变异进行评估，从而判断哪些肝实质可以保留。Fang 等[14]通过CT三维重建对200 例患者的肝静脉进行了前瞻性的研究，其中就发现了在肝右静脉较短的患者中，变异的肝中静脉会代偿性地引流V、VI 的肝实质，提示我们对于此类患者在切除了肝右静脉时，可以保留V、VI 的肝实质。同样的，国外有研究人员通过CT 三维重建对肝右静脉及肝背静脉进行了研究并将其分作了八型，得出了肝右静脉直径与引流右肝的肝背静脉直径呈反比的关系，I 型分型中指出肝中静脉引流VI 段肝实质的概率很低，所以此型在离断肝右静脉后，不能对VI 段肝实质进行保留[15]。（2）肝内静脉分流：Sakaguchi 等[16]通过静脉造影对50 例者肝内静脉分流进行观察，发现不到一半的患者肝右静脉与直径大于3mm 的肝静脉之间存在着分流，而肝硬化患者却较少出现此种分流，这可能与肝脏纤维化有关，提示我们在肝硬化患者中行肝切除术时，因为肝内静脉间的引流可能会减少，更应术前准确评估肝静脉的引流，避免错误离断多余肝实质的肝静脉而导致术后的肝衰。此外，在行半肝切除术时，一定涉及到处理肝静脉根部的解剖，但因为肿瘤的占位而导致的移位往往会使其失去原本正常的位置。所以术前通过CT 三维成像全方位认识肝静脉及下腔静脉的解剖关系，精准地对肝静脉进行结扎离断，将最大限度地减少术中因肝静脉的撕裂.导致的大出血及空气栓塞。

1.2.2 门静脉与肝动脉解剖

（1）手术方案评估：门静脉与肝动脉作为肝脏的入肝血管，在肝脏解剖性肝切除及非解剖性肝切除中都是极其重要的解剖结构。在行解剖性肝切除时，常常对相应肝实质的肝蒂进行离断从而减少入肝血流。然而这种通过Glisson 鞘外入路行肝切除时可能因为解剖不清而失败。Mouly 等[17]以CT 三维重建为方法前瞻性对右侧Glisson入路与门静脉解剖的相关性进行研究发现此方法只对75%的患者有效，失败的原因可能是因为门静脉左支与右支发生变异而导致夹闭门静脉右支时误夹闭了左支。为了清楚认识这种因变异而导致误夹闭的风险，Fabien Clipet 等[18]通过CT 三维重建进行了回顾性分析，存在阻断失败风险主要有两种：①1-3 型(Madoff’s 分型)；②门静脉主干与左门静脉夹角小于50°。此外Mise 等[19]指出三维可视化基于门静脉血流测量可以详细评估Couinaud分段甚至更小亚段的体积，使一些原本因肝功能较差而行非解剖性肝切除的患者可行解剖性肝切除。基于CT 三重建为基础而发展的新兴的3D 打印技术同样在肝切除术前评估中起到了重要作用，相比于图像，3D 模型可以更直观地在术前评估和在术中实时导航。Nan 等[20]报道了一例右肝原发性肝癌患者，通过三维可视化分析发现肝癌深深浸入了完整的Ⅵ、Ⅶ段，但Ⅳ的门静脉变异起源于右前门静脉，若行右半肝切除则不得不进一步切除Ⅳ段肝实质而导致残肝体积的减小，从而增加了术后肝衰的风险，为了最大限度地保留残肝体积，从而保留了右前门静脉，实施了小窄缘的右半肝切除术，术中实施与术前三维可视化规划一致，术后病理诊断切肝边缘为阴性。（2）解剖变异：最近对于肝动脉变异的研究分析逐渐增多，可能与三维可视化技术可以充分评价肝动脉变异有关。有研究通过CT 三维重建与腐蚀铸型标本相结合发现了肝外动脉解剖不符合Michels 分类的[21]。Blasi 等[22]通过三维可视化报道了一例肝右动脉来自于脾动脉，肝左动脉来自于胃左动脉的解剖变异。

2 术中应用

2.1 AR

AR 是将术前肝脏的CT 三维重建图像增加至手术视野上，是一种手术操作中的视觉辅助工具，以协助手术操作从而提高肝切除的准确性[23]。不仅可以充分认识肝切除的相关解剖结构，还可以弥补腹腔镜手术中触觉不足导致的缺陷[24]。现有的AR 成像方式分为（1）基于投影的AR 显示：通过外部投影仪将重建的三维图像直接投影在手术视野当中。Volonté等[25]以CT 三维重建为基础，通过OsiriX（一种图像处理软件）将CT 三位图像投影至手术视野当中，以增强了手术过程中的空间感知能力。（2）基于透视的AR 显示：通过半透明、半镀银的镜子观察手术区域，而该镜子上叠加了三维成像的反射。Chen 等[26]研发了一种通过光学透视头盔显示器将虚拟图像与真实解剖保持一致的AR 导航系统，其距离误差与角度误差均满足临床要求。（3）基于视屏AR 显示：通过摄像机将腔镜或者开腹手术中获取的图像和术前重建的三维图像进行重叠，并显示在额外的显示屏上面。国外已经有很多团队相继报道了此类方法在腔镜及开腹手术中的运用，这种方法的优点是，所有的外科医生和助手都有相同的视觉视角，在图像叠加过程中更容易同步分辨率和亮度[27-30]。虽然已经有研究报道了AR 在肝胆外科中的应用，但还不如神经外科、骨科等手术运用广泛，因为在神经外科、骨科、整形外科手术中，其解剖结构的位置在术中相对固定，其三维重建图像与实际术野的配准点也就比较稳定[28]。但在肝脏外科手术过程中，由于受到器械的翻动、体位的变化、呼吸运动等影响会使原先确定的解剖配准标志位置发生变化。Rui 等[30]就在术前通过胆囊窝、门静脉矢状面、肝中静脉分叉处及与经皮经肝胆管引流管中点4 个点进行配准，但在开腹术中随着器官的翻动，配准点也随之移动，从而需要重复配准。同样地，在腔镜手术中，Prevost等[29]在术前三维图像上选取了4 个点进行配准，术中通过腔镜抓取器上的光学跟踪和校准器来把图像匹配到实际解剖上，但也发现其图像配准的精度和实时性的问题。这就会影响到AR 在术中应用的时间及动态配准。为了弥补此类缺陷，在最新的研究中，Golse 等[28]基于开腹术前CT 三维重建图像，研发了一种“非刚性配准”的算法，由单个RGB-D 摄像机提供的数据和实时计算的基于物理的肝脏弹性模型相结合。此种实时无标记的方法不仅无需耗费较多设备安装时间，而且提供了满意的精准度。综上可发现，限制AR 在肝切除当中的应用主要是如何开发一种算法或系统实时地把重建图像与实际术野进行配准并进一步在大的前瞻性研究中得到证实。

2.2 3D 打印

随着三维数字化时代的逐渐发展，3D 打印技术逐渐变得流行起来。其最初是应用于整形外科[31]。但其优势性在肝切除中也逐渐体现出来，相比于传统影像学CT 等，3D 打印是解剖的高还原度的复制品，可以使术者团队抓握实体来充分理解其结构和空间之间的关系，不仅在术前规划提供指导，术中也可以进行实时导航。Perica 等[32]指出，在AR 中，由于肝脏牵引和呼吸运动而引起的肝脏形态改变可能会制约了图像的配准，从而延长时间。此时如果运用3D 打印模型则可以在术中逼真地、全方位地进行导航从而弥补AR 的缺陷。而未来进一步的展望就是进一步降低3D 打印的成本及制造时间。

3 小结

数字化医疗以现代医学为基石、数字化技术和智能化高新影像技术相结合，其涉及领域涵盖了多个学科。以CT 三维重建所带来的一系列技术在肝脏外科领域的术前评估、术中指导、其他相关技术等方面都体现出了巨大优势。笔者认为随着数字化医疗技术的进一步发展，未来的肝脏外科手术将发生“革命性”的变化，肝切除术也将变得更加精准化、个体化。