醫學影像技術在肝臟虛擬手術的應用

閆建平綜述，黃 樞審校

(本文編輯:黃攸生)

肝臟是人體的重要器官，具有多套管道系統，是解剖結構極其復雜的實質性器官，其代謝活動十分復雜，具有重要的功能，是腫瘤好發的主要器官之一。肝臟手術一直被認為是很困難的［1］。該器官內部結構的復雜性和變異性，增加了手術時間及并發癥的發生率。由于肝臟復雜的解剖結構，制定精準的肝臟手術計劃很困難，這就要求外科醫生對肝臟的解剖結構充分掌握，手術方案依賴于對肝內血管樹和腫瘤三維空間關系的精確把握。而醫學影像技術和計算機技術的迅速發展使之成為可能。肝臟虛擬手術系統主要包括以下幾方面。

1 數字化虛擬肝對原位肝移植手術的指導價值

肝移植手術復雜，肝動脈的變異率較高，可達20% ～50%［2］，故肝臟移植手術的實施較復雜。肝臟的血供是防止膽道并發癥的必要條件，移植物的存活也需要有肝臟豐富的血液供應。1985年Bismuth等［3］為1例慢性肝病患者成功實施了臨床首例輔助性部分原位肝移植。虛擬外科手術系統的使用，令醫務工作者較真實地對各種肝臟臨床手術的實際情況進行體驗，從中學習如何應對各種突發情況，包括肝臟血管變異，大出血等，使年輕醫生實施手術的風險降低。這對臨床的教學意義重大，可以讓實習生在虛擬系統內親自動手［4］。

2 數字化虛擬肝應用于腹腔鏡下肝臟切除手術

在肝臟外科，由于腹腔鏡器械設備的不斷更新，腔鏡手術技巧的不斷提高，腹腔鏡手術已擴展到肝臟部分切除直至目前的肝葉解剖性切除。但是，大多數原發性肝癌的患者存在慢性肝損害現象［5］，受損的肝功能限制了手術切除肝組織的體積。應用數字化虛擬肝技術，可在術前明確肝靜脈、門靜脈和腫瘤血管的分布以及相互關系，有利于減少術中切肝時的出血量。此外，運用數字化虛擬肝系統可進行反復術前模擬仿真，顯示各種預切除方案的肝斷面及殘肝體積、需切除或保留的肝內管道，從而選擇既能完整切除腫瘤又能保留足夠殘肝體積的最優手術切除方案［6］，最大程度減少術后并發癥的發生，準確預測術后發生肝功能衰竭的可能性，提高手術的成功率。

3 數字化虛擬肝對門靜脈栓塞術的指導價值

在肝臟移植尚不能普及的今天，手術切除是目前治療肝癌的最有效方法。但是術后殘肝體積(future liver remnant，FLR)過少則是造成術后肝功能衰竭等并發癥的重要因素，限制了肝癌手術的進行［7］。對于預切除肝體積和預留肝體積等，國外有免費軟件和可供教學的網站［8-9］，數字化虛擬肝有助于在三維空間上對門靜脈進行直觀、準確地劃分，準確測定肝體積有助于門靜脈栓塞術后肝切除時機的選擇，從而最大限度地減少術后肝功能衰竭的發生，更加有利于術后患者的恢復，體現了數字化虛擬肝技術對門靜脈栓塞術的指導價值。虛擬手術具有可交互操作、可預測、可重復等優點，且在手術之前可預先模擬其手術過程，預測在真實手術過程中可能出現的復雜及險要情況。該系統有助于完整地保留殘肝、血管及重要結構的完整性，最大程度地減少術后并發癥的發生率，提高手術成功率。該系統通過測定擬切除肝臟的體積、殘余肝臟的體積、功能性肝臟的體積，完整地保留殘肝、血管及其重要結構，最大程度地減少術后并發癥的發生率，預測術后發生肝功能衰竭的風險性，從而提高肝臟手術的成功率［10］。

精準肝臟虛擬手術主要依靠三維影像技術及虛擬手術系統。三維圖像可視化重建技術又被稱為非損傷性立體解剖，其利用計算機圖像處理技術對二維切面圖像進行分析和處理實現了對人體器官、軟組織和病變組織的分割提取、三維重建和三維圖像的顯示，不需對二維圖像進行綜合想象，對肝臟、管道系統的分支走形及病灶的空間位置信息的顯示更加直觀、準確。可輔助外科醫生對病變區域進行分析，為手術方案設計提供了準確的個體化信息，大大提高了診斷的準確性和可靠性，比二維斷層圖像的臨床應用價值更高。三維可視化重建基礎上的虛擬手術技術是肝臟外科手術有效的輔助工具之一，這對制定合理的手術預案具有重要的臨床價值［11］。2004年起我們進行中國女性一號數字化虛擬肝臟三維重建及虛擬手術研究并得到了令人滿意的結果，為今后數字化虛擬肝臟及虛擬各種肝臟手術的研究做了積極探索［12］。這些方法主要是利用CT進行三維重建，先進的螺旋CT帶有三維軟件和重建功能，對收集的二維圖像通過計算機處理重建出三維圖像，對疾病的診斷和手術方案的制訂具有一定的指導作用。三維圖像可供外科醫生對肝臟進行多方位、多角度的觀察，有利于肝臟正確分段、肝內病變術前定位和肝內血管變異情況的觀察，降低手術的風險［13-16］。文獻報道應用三維腫瘤治療系統同樣是提高放療的精確定位和安全性的方法［17］，說明三維影像技術具有精確定位和精確引導的作用。

三維超聲具有更加準確、直觀的特點［18］，尤其是三維斷層超聲模式可根據實際需要任意調整最小層間距［19-20］，更加有利于分層及準確定位，對于肝臟的病變有更加準確的定位。三維超聲能提供許多二維超聲不能提供的信息［21-22］。可根據肝臟腫瘤內部血管的走形及空間位置關系進行準確的定位，從不同角度觀察手術區域，同時能從二維超聲不易得到的冠狀切面進行觀察，提高了手術的精確性。超聲造影可以作為評估肝癌治療療效的可靠方法［23］，可評估虛擬各種肝臟手術的效果。醫生可借助術前進行超聲影像技術的檢查，制定最佳手術路徑、切除肝段的大小、阻斷肝內管道的預案，達到減小手術損傷、預測治療效果的目的。由于CT價格昂貴且對人體產生輻射，雖然現在的防輻射技術有所提高，但是仍不適宜為外科醫生常用的手術方法。相比較之下，三維超聲具有無輻射的特點，可以反復操作，且其對血流具有較高的敏感性，更加有利于定位時趨避血管。在肝臟虛擬手術應用中，是一種具有廣泛發展前景的方法。

4 開展醫學影像技術在肝臟虛擬手術的展望

通過醫學影像技術在肝臟虛擬手術的應用，可以在手術前進行肝臟手術規劃，起到減小組織損傷的目的，經三維重建的肝臟腫瘤虛擬手術系統免去了臨床醫生復雜的圖形綜合空間想象過程，可以直觀、清晰、任意角度地顯示肝臟各段的解剖及肝內管道系統的走行，以及肝臟病灶的定位及大小，提高了定性、定位診斷的準確性和可靠性，可望為臨床制定精確的手術方案提供個體化的信息。

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