CT 三維可視化在原發性肝癌切除術中應用及發展

周嘯陽，許丁偉，黃潔，孫敏

（昆明醫科大學第二附屬醫院肝膽胰外科三病區，云南 昆明）

0 引言

原發性肝癌是我國第4 位常見惡性腫瘤及第2 位腫瘤致死病因，而肝切除術起到了重要的作用[1]。肝切除術后肝衰是肝癌手術治療的主要限制因素[2]，所以應在術前充分地對肝臟的儲備功能、腫瘤與周圍管道的解剖關系進行評估。肝臟的儲備功能與肝細胞的質量和數量是極其相關的[3]，而隨著基于CT 三維重建成像技術的不斷發展，帶來了一個真正意義上的外科3D 時代[4]，與Child-Pugh評分、終末期肝病模型評分、吲哚菁綠清除實驗評估等方法多元化地結合可以更加全面地去評估切肝患者的剩余肝體積的質量和數量；術前CT 三維重建圖形對肝臟解剖結構的認識和術中增強現實技術（augmented reality，AR）導航的綜合應用將使肝臟外科醫生達到精準肝切除的目的[5]，從而進一步降低術后肝衰的發生率。

1 術前應用

1.1 術前殘肝體積肝與臟儲備功能的綜合評估

由于切除后的肝功能受損是由于肝臟體積不足所致，因此對剩余的肝臟容積進行評估是術前評估的關鍵因素[6]。目前主要有三種計算肝臟體積的方式[7]：（1）運用肝臟體積計算公式。（2）影像科醫生通過CT 斷層影像學資料及手工或者自帶軟件進行肝臟體積計算。（3）基于體素的原理通過CT 三維重建對肝臟體積進行計算[8]。譚凱等[9]通過回顧性分析將9 例病人分別通過CT 自帶軟件與CT 三維重建軟件對聯合肝臟分隔和門靜脈結扎的分階段切除術（associating liver partition and portal vein ligation for staged hepatertomy，ALLPPS）進行配對分析，結果發現使用CT 相關軟件測量的殘余肝體積(future liver remnant,FLR) 要大于CT 三維重建的。并得出常見錯誤為：（1）影像科醫生無外科手術理念。（2）將肝臟離斷面失活組織納入想關剩余肝體積中。（3）肝臟解剖概念的混淆。（4）精準度不足。Cai 等[10]用簡單線性回歸、組內相關系數、Bland-Altman 的方法對69 例接受了三維可視化系統輔助下肝癌切除患者進行分析，結果得出實際切除肝體積與預測切除肝體積有很好的一致性。此外，陳琳等[11]通過CT 三維重建回顧了28 例行解剖性肝切除大肝癌(腫瘤最大徑＞10cm)的患者，得到了對大肝癌患者行解剖性肝切除時，腫瘤體積越大，切除功能性肝體積(excision functional liver volume,EFLV）越小，剩余功能性肝體積（residual functional liver volume，RFLV）越大的結論，這可能與非腫瘤肝組織的代償性增生有關。綜上，與傳統肝切除剩余肝體積評估方式相比，CT 三維重建更加地精確且對術前評估更具臨床價值。Clavien 等[12]認為肝切除術后肝衰主要是由術后剩余肝體積決定的，究其本質來講，其實是由術后剩余肝細胞的質量所決定的。因此為了準確評估術前患者肝臟儲備功能，還應結合Child-Pugh 評分系統、終末期肝病模型評分、吲哚菁綠清除實驗評估、锝標記的去唾液酸糖蛋白類似物半乳糖化人血清清蛋白顯像、99mTc-Mebrofenin(甲溴苯寧)肝膽顯像、白蛋白-膽紅素分級等方法。肝臟儲備功能的精準評估也還有待進一步完善[13]。

1.2 術前規劃及管道解剖

1.2.1 肝靜脈解剖

（1）肝實質保留：肝靜脈是肝臟的流出道，肝靜脈閉塞會導致肝實質的淤血，所以術前應當對肝靜脈的變異進行評估，從而判斷哪些肝實質可以保留。Fang 等[14]通過CT三維重建對200 例患者的肝靜脈進行了前瞻性的研究，其中就發現了在肝右靜脈較短的患者中，變異的肝中靜脈會代償性地引流V、VI 的肝實質，提示我們對于此類患者在切除了肝右靜脈時，可以保留V、VI 的肝實質。同樣的，國外有研究人員通過CT 三維重建對肝右靜脈及肝背靜脈進行了研究并將其分作了八型，得出了肝右靜脈直徑與引流右肝的肝背靜脈直徑呈反比的關系，I 型分型中指出肝中靜脈引流VI 段肝實質的概率很低，所以此型在離斷肝右靜脈后，不能對VI 段肝實質進行保留[15]。（2）肝內靜脈分流：Sakaguchi 等[16]通過靜脈造影對50 例者肝內靜脈分流進行觀察，發現不到一半的患者肝右靜脈與直徑大于3mm 的肝靜脈之間存在著分流，而肝硬化患者卻較少出現此種分流，這可能與肝臟纖維化有關，提示我們在肝硬化患者中行肝切除術時，因為肝內靜脈間的引流可能會減少，更應術前準確評估肝靜脈的引流，避免錯誤離斷多余肝實質的肝靜脈而導致術后的肝衰。此外，在行半肝切除術時，一定涉及到處理肝靜脈根部的解剖，但因為腫瘤的占位而導致的移位往往會使其失去原本正常的位置。所以術前通過CT 三維成像全方位認識肝靜脈及下腔靜脈的解剖關系，精準地對肝靜脈進行結扎離斷，將最大限度地減少術中因肝靜脈的撕裂.導致的大出血及空氣栓塞。

1.2.2 門靜脈與肝動脈解剖

（1）手術方案評估：門靜脈與肝動脈作為肝臟的入肝血管，在肝臟解剖性肝切除及非解剖性肝切除中都是極其重要的解剖結構。在行解剖性肝切除時，常常對相應肝實質的肝蒂進行離斷從而減少入肝血流。然而這種通過Glisson 鞘外入路行肝切除時可能因為解剖不清而失敗。Mouly 等[17]以CT 三維重建為方法前瞻性對右側Glisson入路與門靜脈解剖的相關性進行研究發現此方法只對75%的患者有效，失敗的原因可能是因為門靜脈左支與右支發生變異而導致夾閉門靜脈右支時誤夾閉了左支。為了清楚認識這種因變異而導致誤夾閉的風險，Fabien Clipet 等[18]通過CT 三維重建進行了回顧性分析，存在阻斷失敗風險主要有兩種：①1-3 型(Madoff’s 分型)；②門靜脈主干與左門靜脈夾角小于50°。此外Mise 等[19]指出三維可視化基于門靜脈血流測量可以詳細評估Couinaud分段甚至更小亞段的體積，使一些原本因肝功能較差而行非解剖性肝切除的患者可行解剖性肝切除。基于CT 三重建為基礎而發展的新興的3D 打印技術同樣在肝切除術前評估中起到了重要作用，相比于圖像，3D 模型可以更直觀地在術前評估和在術中實時導航。Nan 等[20]報道了一例右肝原發性肝癌患者，通過三維可視化分析發現肝癌深深浸入了完整的Ⅵ、Ⅶ段，但Ⅳ的門靜脈變異起源于右前門靜脈，若行右半肝切除則不得不進一步切除Ⅳ段肝實質而導致殘肝體積的減小，從而增加了術后肝衰的風險，為了最大限度地保留殘肝體積，從而保留了右前門靜脈，實施了小窄緣的右半肝切除術，術中實施與術前三維可視化規劃一致，術后病理診斷切肝邊緣為陰性。（2）解剖變異：最近對于肝動脈變異的研究分析逐漸增多，可能與三維可視化技術可以充分評價肝動脈變異有關。有研究通過CT 三維重建與腐蝕鑄型標本相結合發現了肝外動脈解剖不符合Michels 分類的[21]。Blasi 等[22]通過三維可視化報道了一例肝右動脈來自于脾動脈，肝左動脈來自于胃左動脈的解剖變異。

2 術中應用

2.1 AR

AR 是將術前肝臟的CT 三維重建圖像增加至手術視野上，是一種手術操作中的視覺輔助工具，以協助手術操作從而提高肝切除的準確性[23]。不僅可以充分認識肝切除的相關解剖結構，還可以彌補腹腔鏡手術中觸覺不足導致的缺陷[24]?，F有的AR 成像方式分為（1）基于投影的AR 顯示：通過外部投影儀將重建的三維圖像直接投影在手術視野當中。Volonté等[25]以CT 三維重建為基礎，通過OsiriX（一種圖像處理軟件）將CT 三位圖像投影至手術視野當中，以增強了手術過程中的空間感知能力。（2）基于透視的AR 顯示：通過半透明、半鍍銀的鏡子觀察手術區域，而該鏡子上疊加了三維成像的反射。Chen 等[26]研發了一種通過光學透視頭盔顯示器將虛擬圖像與真實解剖保持一致的AR 導航系統，其距離誤差與角度誤差均滿足臨床要求。（3）基于視屏AR 顯示：通過攝像機將腔鏡或者開腹手術中獲取的圖像和術前重建的三維圖像進行重疊，并顯示在額外的顯示屏上面。國外已經有很多團隊相繼報道了此類方法在腔鏡及開腹手術中的運用，這種方法的優點是，所有的外科醫生和助手都有相同的視覺視角，在圖像疊加過程中更容易同步分辨率和亮度[27-30]。雖然已經有研究報道了AR 在肝膽外科中的應用，但還不如神經外科、骨科等手術運用廣泛，因為在神經外科、骨科、整形外科手術中，其解剖結構的位置在術中相對固定，其三維重建圖像與實際術野的配準點也就比較穩定[28]。但在肝臟外科手術過程中，由于受到器械的翻動、體位的變化、呼吸運動等影響會使原先確定的解剖配準標志位置發生變化。Rui 等[30]就在術前通過膽囊窩、門靜脈矢狀面、肝中靜脈分叉處及與經皮經肝膽管引流管中點4 個點進行配準，但在開腹術中隨著器官的翻動，配準點也隨之移動，從而需要重復配準。同樣地，在腔鏡手術中，Prevost等[29]在術前三維圖像上選取了4 個點進行配準，術中通過腔鏡抓取器上的光學跟蹤和校準器來把圖像匹配到實際解剖上，但也發現其圖像配準的精度和實時性的問題。這就會影響到AR 在術中應用的時間及動態配準。為了彌補此類缺陷，在最新的研究中，Golse 等[28]基于開腹術前CT 三維重建圖像，研發了一種“非剛性配準”的算法，由單個RGB-D 攝像機提供的數據和實時計算的基于物理的肝臟彈性模型相結合。此種實時無標記的方法不僅無需耗費較多設備安裝時間，而且提供了滿意的精準度。綜上可發現，限制AR 在肝切除當中的應用主要是如何開發一種算法或系統實時地把重建圖像與實際術野進行配準并進一步在大的前瞻性研究中得到證實。

2.2 3D 打印

隨著三維數字化時代的逐漸發展，3D 打印技術逐漸變得流行起來。其最初是應用于整形外科[31]。但其優勢性在肝切除中也逐漸體現出來，相比于傳統影像學CT 等，3D 打印是解剖的高還原度的復制品，可以使術者團隊抓握實體來充分理解其結構和空間之間的關系，不僅在術前規劃提供指導，術中也可以進行實時導航。Perica 等[32]指出，在AR 中，由于肝臟牽引和呼吸運動而引起的肝臟形態改變可能會制約了圖像的配準，從而延長時間。此時如果運用3D 打印模型則可以在術中逼真地、全方位地進行導航從而彌補AR 的缺陷。而未來進一步的展望就是進一步降低3D 打印的成本及制造時間。

3 小結

數字化醫療以現代醫學為基石、數字化技術和智能化高新影像技術相結合，其涉及領域涵蓋了多個學科。以CT 三維重建所帶來的一系列技術在肝臟外科領域的術前評估、術中指導、其他相關技術等方面都體現出了巨大優勢。筆者認為隨著數字化醫療技術的進一步發展，未來的肝臟外科手術將發生“革命性”的變化，肝切除術也將變得更加精準化、個體化。