三維重建技術在肝臟體積測量中的臨床應用

賀愛，徐鈞

(1.山西醫科大學，山西 太原 030001；2.山西省腫瘤醫院，山西 太原 030013)

三維重建技術在肝臟體積測量中的臨床應用

賀愛1，徐鈞2*

(1.山西醫科大學，山西 太原 030001；2.山西省腫瘤醫院，山西 太原 030013)

隨著現代生物醫學學科、循證醫學、人文醫學的發展興起，現代科學技術與醫學結合出現的數字醫學，推動著傳統經驗外科模式向現代精準外科模式的轉變。肝臟外科憑借現代先進的科學技術跨入了精準肝切除的時代[1-2]。通過使用數字化外科技術，可以將個體的肝臟CT斷層圖像數據重建成三維立體化的肝臟模型，從而對肝臟內部復雜的解剖結構和發生病變部位的形態有所認識，并且可以對肝臟體積進行準確的定量分析。肝臟體積大小可反映肝臟實質細胞容量的變化，從而間接反映肝臟血流灌注和代謝能力，在國外已被視為與Child-pugh分級同等重要的肝臟儲備功能指標[3]。因此，精確的肝臟體積測量對安全實施肝臟外科手術、防止術后肝衰竭并發癥的發生起著至關重要的作用。

1 肝臟體積測量

1.1 肝臟體積測量的方法

目前常用的測量方法包括水測法、B超、單光子發射計算機斷層成像術(SPECT)、CT和MRI等，而臨床多采用水測法和CT測量法。眾多的研究指出，水測法盡管被公認為是測量肝體積的“金標準”，但只能用于離體肝體積的測量，導致了其對活體肝體積測量的局限。近年來，多層螺旋CT的傳統手工測量法和計算機三維重建法均已被臨床普遍認為是可以準確測量活體肝臟體積的方法[4]。傳統的測量方法復雜、粗糙、工作量大，受醫師的主觀影響大，而通過計算機三維軟件可以較為快速準確地計算出各個感興趣肝臟區段的體積，還可通過虛擬肝切除手術的模擬實施，為正確估計肝切除量及防止術后肝功能衰竭提供一種安全有效的評估方法。有研究指出[5]，Heymsfield、Mos先后分別應用傳統CT測量法與水測法測量肝實際體積，結果顯示兩種方法對肝體積的測量值相差小于5%。Schiano等[6]通過對579 例肝移植患者的研究表明，術前CT測量的實際肝體積與術后水測法測得的體積相差無幾。Saito等[7]采用CT三維重建法，對72 例行肝切除術的患者進行研究，發現術前CT三維技術測得的預計肝切除體積與術中實際切除的肝體積平均差值為9.3 mL。Itoh等[8]對304 例實施肝切除的患者術前使用三維重建軟件Zio M900(Ziosoft，日本)測量肝體積，最后手術零死亡。為了進一步研究CT三維重建法測量肝體積的準確性，國外學者通過傳統CT計算法與ScoutTM三維分析軟件得出的肝臟體積進行比較，結果兩者計算的體積均與相應肝臟重量有著明顯的相關性，P≤0.0 001，而通過ScoutTM三維分析出的肝臟體積準確性有明顯提高[9]。我國方馳華等[10]應用三維模擬軟件對CT薄層掃描的圖像進行重建，軟件自動計算出全肝體積、預切除肝體積及剩余肝體積，經研究證實其預切除肝體積與實際切除結果比較，差異有統計學意義，具有相關性。姜春林等[11]對34 例行精準肝切除手術的巨大肝癌患者，術前應用計算機三維模擬軟件規劃手術方案及計算肝體積，得出結論為使用三維重建技術計算出的預切除肝體積與實際切除肝臟體積比較，差異無統計學意義，兩者高度相關 (r= 0.961，0.923)；應用三維重建軟件制定的手術切緣距離與實際手術過程中的切緣距離高度吻合。林科燦等[12]利用肝臟手術規劃系統軟件 Liv1.0計算出的腫瘤所在肝段體積結果與實際手術切除的標本體積幾乎一致，為后續手術方案的制訂實施提供了強有力的數據支撐。由此可見，CT三維重建法肝體積的估算較傳統CT測量法更為精確。因此，越來越多的國外及國內學者認為，基于CT的三維重建技術可以精確地測量肝體積，減少了術中出血及術后病死率的發生。

1.2 肝臟體積計算公式

肝體積存在個體化及人種間的差異，相關國外文獻可見肝標準體積公式[13-15]：第一，基于德國人群的標準肝體積(SLV)公式：SLV(mL)=1 072.8×體表面積(BSA)-345.7；第二，基于美國人群的標準肝體積公式：SLV(mL)= 6×體質量(BW)+4×Age+350；第三，基于日本人群的標準肝體積公式：

SLV(mL)=706.2×BSA+2.4。由于我國人民自身因素的原因，上述體積公式不完全適用，為此國內大量的研究者對肝體積公式進行研究，黎一鳴等[16]根據體表面積推導出我國正常人群標準肝臟體積公式為：SLV(cm3)=613×BSA(m2)+162.8，BSA=0.071×身高(BH)+0.0133×BW-0.1971。王茂春等[17]研究得出的公式為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。李富貴等[18]通過對成人右半肝活體移植(不包括肝中靜脈)供體的臨床資料進行回顧性分析，得出實際的全肝體積的計算公式為：SLV(cm3)=11.508×BW(kg)+334.024。因其研究的差異以及無法預估的準確度及誤差，肝體積計算的公式尚無明確統一標準。

1.3 肝體積變化率與肝瞬時彈性值的關系

研究顯示基于CT的三維重建法測量的肝體積值與肝實際體積測定值非常接近，說明三維重建法具有良好的準確度，在臨床工作中可被廣泛用于估算實際肝體積。而肝體積受體表面積、體重、身高等自身因素的影響以及個體間的差異，導致肝體積的絕對值難以量化比較，故有學者提出肝體積變化率這一指標，更能準確反映患者肝細胞容量變化情況[19]。肝體積變化率(R)=(標準肝體積測定值-病肝體積CT測量值)/標準肝體積測定值×100%。然而單純地依靠肝體積變化率來評估肝硬化患者肝儲備功能并不確切，因此有研究提出測定肝組織彈性值并結合肝體積變化率來較為確切地評估患者有功能單位的肝細胞數目[19-20]。

2 三維重建法精確測量的肝體積與肝功能儲備之間的關系

2011年董家鴻等[4]提出的專家共識中指出，肝體積是評估肝儲備功能的主要方法之一，通過肝實質細胞數目的變化與結構的完整性來反映肝臟的功能儲備情況。正常肝臟其有功能的實質細胞數目與體積大小成正比，當肝臟發生病變時，實質細胞數目的減少與結構的破壞導致肝儲備功能的降低[21]。因此，正確測量肝臟體積和計算肝臟實質切除率具有重要的臨床意義，對于肝切除手術的安全實施至關重要。以前對剩余肝臟體積的評估是根據術前CT或MRI等影像粗略估算和術中對肝臟實體體積的大體目測，而基于CT的三維重建影像技術，可以把肝體積的測量細化到肝葉，甚至精確到每一個可見的供血區段。我國是乙肝大國，大多數肝癌患者通常都合并有不同程度的肝硬化，而肝硬化會導致肝體積的變化，因此術前準確測量肝體積，確定其安全切除量，對防止術后肝功能的不足顯得非常重要[22]。廖錦元和黃仲奎[23]研究顯示除尾狀葉外，肝硬化患者組與正常組之間其余的各肝葉體積和各肝葉占全肝體積百分比都有統計學意義，并且隨著肝硬化分級的增加，肝右葉和肝方葉逐級縮小，左肝外葉逐級增大，全肝體積縮小，而尾狀葉變化不大。黎一鳴等[24]使用CT對肝臟體積進行測量研究顯示，肝Child-Pugh功能分級越差，病變肝臟的平均體積就越小。研究中為了定量評估肝體積變化的情況，引用了體積變化率(R)。結果發現R值的大小與患者術后發生嚴重并發癥相關，當R≥20%時，術后并發癥發生率為7%，當R≤40%時，術后并發癥發生率可高達75%。因此將術前肝功能Child-Pugh分級與CT測量的肝體積結合起來，評估病變肝臟的儲備功能，有利于正確選擇合理的外科術式和手術時機，降低手術風險，提高療效。在肝功能儲備功能研究的最新進展中，Tong等[25]研究肝臟體積變化與肝功能之間的關系證實：經CT測得的肝體積與經體表面積換算得出的標準肝體積的比值<83.9%，則表明預后不良；當CT計算的剩余肝臟體積與體表面積的比值<250 mL/m2時，術后出現肝衰竭的風險將顯著增大。先進醫學影像技術的應用，尤其是應用CT三維重建技術評估肝臟儲備功能已成為發展趨勢。CT灌注成像與三維重建法聯合應用測量肝體積，通過肝實質細胞數量及其功能，可較為客觀地評價不同肝功能Child-Pugh分級的肝臟儲備功能。賈晶等[26]采用肝血流量與不同病變的肝體積(LV)相結合所得的體積-灌注綜合指數 (VBPI)這一指標對肝儲備功能進行量化評估，得出隨著肝纖維化程度的增加，各肝葉體積變化的同時引起了肝臟血流量灌注的減少，肝功能儲備降低。

3 三維重建法精確測量肝體積與肝切除剩余安全量的關系

研究顯示CT三維重建法測量的肝體積能較為精確地反映肝臟的實際體積。肝體積及肝實質切除率的精確計算結合肝臟儲備功能的量化評估，對于選擇合理安全的外科術式和確定肝切除剩余安全量具有重要的意義。肝臟切除限量是通過剩余肝體積占全肝體積的比值來設定。蘇黎世大學的標準中認定[4]，正常肝實質患者，剩余肝體積占全肝實質體積30%的肝切除量是安全的；對于肝功能代償良好且不伴門靜脈高壓癥、Child-Pugh A級的肝硬化患者來說，剩余肝體積不小于全部肝實質體積50%的肝切除量也是安全的。但也有研究指出，不同病變情況下的肝體積，其功能儲備不同，相同級別下的肝臟儲備功能差異大，顯然根據上述標準是不全面的。日本學者Mizuguchi等[27]應用吲哚氰綠15min滯留率(ICGR15) 的研究顯示，其可以對肝癌的切除最大范圍做出預測：ICGR15<10%，可以行4個肝 段切除，ICGR15 10%～19%，可以行2～3個肝 段切除，ICGR15 20%～29%，只能行單個肝段切除，ICGR15 30%～39%，僅能行腫瘤楔形切除術，ICGR15≥40%，只能行腫瘤剜除術，禁止行肝段切除。近年來，三維重建軟件的應用，對肝臟體積測量的準確性提高，對極量肝切除的研究越來越多。陳中等[28]回顧性分析7 年間手術治療的69 例巨大原發性肝癌患者的臨床資料，綜合分析評估巨大肝癌肝切除的術前肝功能、肝儲備功能、肝切除量、殘肝體積等指標，結果發現全組術前肝儲備功能ICGR15均≤15%，術前估計解剖性肝切除量在50%～70%，對43 例患者實施了根治性切除治療，26 例患者行姑息性切除治療。切除術后1個月內死亡3 例，手術病死率為4.4%，術后并發癥發生率為27.5%，經治療后均順利恢復出院。盡管計算機三維重建技術可以對肝體積精確測量，為肝切除安全限量及適當的肝切除范圍提供了可靠依據，但是，個體間的差異導致肝切除剩余量及安全線的不確定性，因此肝切除安全限量仍存在爭議，需進一步研究。

4 前景與展望

綜上所述，肝體積的精確測量為肝臟手術安全實施提供依據。基于CT的三維重建能夠準確測量全肝體積、預切除體積及剩余肝體積，并對肝內多管道系統進行重建，給肝臟外科醫生在術前制訂手術方案提供了參考[29]，盡可能準確地評估術后肝儲備功能，提高手術成功率，降低術后嚴重并發癥的發生。我國自主研發的3D+醫學影像可視化處理系統正逐步應用于臨床，因此準確測量肝體積對肝臟腫瘤行精準肝切除，具有明顯的臨床指導價值。

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2016-11-17

(本文編輯：張榮梅)

賀愛 (1989— )，女，山西省太原市人，在讀碩士。研究方向：普通外科學。

*本文通訊作者：徐鈞