數(shù)字化三維重建技術(shù)在肝移植術(shù)前評(píng)估中的應(yīng)用

孫延?xùn)| 季家祥 趙揚(yáng) 楊帆 郭源

(青島大學(xué)附屬醫(yī)院器官移植中心，山東 青島 266100)

肝移植手術(shù)為終末期肝病患者提供了治愈疾病的唯一機(jī)會(huì)[1]。但肝移植手術(shù)操作復(fù)雜、難度大，手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)高，且肝臟血管和膽管解剖結(jié)構(gòu)在個(gè)體之間差異較大，因此，如何實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的術(shù)前評(píng)估和手術(shù)規(guī)劃是肝移植手術(shù)成功的關(guān)鍵。通過海信計(jì)算機(jī)手術(shù)輔助系統(tǒng)(海信CAS)可以將二維醫(yī)學(xué)圖像以三維方式呈現(xiàn)出來，可為肝移植術(shù)前評(píng)估提供方便有效的工具。本研究利用海信CAS建立數(shù)字化肝臟三維模型，進(jìn)行術(shù)前精確評(píng)估和個(gè)體化手術(shù)方案的制定，旨在探討數(shù)字化三維重建技術(shù)在肝移植中的應(yīng)用價(jià)值，提高肝移植手術(shù)安全性，降低手術(shù)并發(fā)癥的發(fā)生率。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

選取2017年11月—2018年7月在青島大學(xué)附屬醫(yī)院擬接受尸體供肝肝移植的患者56例。排除標(biāo)準(zhǔn)：①急診肝移植者；②劈離式肝移植、活體肝移植、減體積肝移植、多米諾肝移植者；③兒童肝移植者；④資料不完整者。其中男44例，女12例；年齡25～75歲，BMI 16.5～28.4；原發(fā)病：肝癌合并乙肝肝硬化27例，乙肝肝硬化11例，酒精性肝硬化6例，自身免疫性肝硬化5例，藥物性肝硬化2例，多囊肝1例，慢加急性肝衰竭2例，肝門膽管癌1例，肝轉(zhuǎn)移癌1例。

1.2 研究方法

所有研究對(duì)象術(shù)前均行上腹部CT動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描(層厚≤0.6 mm)，將掃描數(shù)據(jù)(包括動(dòng)脈期、門靜脈期、平衡期)于圖像后處理工作站處理后刻盤存儲(chǔ)，然后導(dǎo)入海信CAS進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和肝臟及其血管的重建，建立患者數(shù)字化肝臟(包括肝臟及腹腔動(dòng)脈、門靜脈、肝靜脈、下腔靜脈部位)三維模型，并預(yù)測(cè)術(shù)前肝臟體積及質(zhì)量。在肝移植術(shù)中切取下患者全部肝臟(不帶膽囊，帶少量肝門血管結(jié)構(gòu))，術(shù)中測(cè)量全肝體積(采用排水法測(cè)量)，同時(shí)測(cè)量術(shù)中實(shí)際肝臟質(zhì)量。

1.3 統(tǒng)計(jì)方法

2 結(jié) 果

2.1 CT三維重建

術(shù)前每例患者均通過海信CAS建立了數(shù)字化肝臟三維模型，通過模型可以清晰顯示肝臟及其脈管的三維空間解剖關(guān)系(圖1A)，如腹主動(dòng)脈、肝動(dòng)脈及肝內(nèi)分支、腸系膜動(dòng)脈、腎動(dòng)脈、脾動(dòng)脈三維空間解剖關(guān)系(圖1B)，門靜脈主干及主要分支三維空間解剖關(guān)系(圖1C)，以及肝左、肝中、肝右靜脈及分支與下腔靜脈三維空間解剖關(guān)系(圖1D)。

2.2 術(shù)前和術(shù)中指標(biāo)的相關(guān)性分析及模型預(yù)測(cè)效果評(píng)價(jià)

患者術(shù)前預(yù)測(cè)肝臟體積(1 373.9±909.3)mL，術(shù)中測(cè)量全肝體積為(1 308.8±763.3)mL，兩者比較差異無顯著性(P>0.05)；術(shù)中實(shí)際肝臟質(zhì)量為(1 367.5±754.1)g。

對(duì)術(shù)前預(yù)測(cè)肝臟體積(X)和術(shù)中測(cè)量全肝體積(Y)構(gòu)建一般線性模型顯示，Y=0.8X+200.0，繪制散點(diǎn)圖顯示，二者差距較小且均勻分布在Y=X線的兩側(cè)(圖2A)。對(duì)患者術(shù)前預(yù)測(cè)肝臟體積(X)與術(shù)中實(shí)際肝臟質(zhì)量(Y)構(gòu)建一般線性模型，結(jié)果顯示，Y=0.8X+271.2(圖2B)。

模型預(yù)測(cè)效果評(píng)價(jià)：海信CAS術(shù)前預(yù)測(cè)肝臟體積與術(shù)中測(cè)量全肝體積的Pearson相關(guān)性分析顯示，相關(guān)性模型r=0.96，P<0.001，SE=207.5。對(duì)模型術(shù)前預(yù)測(cè)肝臟質(zhì)量與術(shù)中實(shí)際肝臟質(zhì)量做散點(diǎn)圖，顯示模型預(yù)測(cè)效果良好，且模型的預(yù)測(cè)效果在患者術(shù)前的原發(fā)病之間無顯著差異(圖2C，圖中直線為Y=X，P>0.05)。

3 討 論

經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，肝移植手術(shù)日臻成熟，患者術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生率不斷降低，存活時(shí)間不斷延長(zhǎng)，目前患者術(shù)后5年生存率可達(dá)75%[2]。但該手術(shù)也存在很多問題，比如技術(shù)性并發(fā)癥、小肝綜合征、供肝短缺等，如何進(jìn)一步提高肝移植患者的療效仍然是困擾肝移植科醫(yī)師的難題[3]。

隨著外科技術(shù)的不斷革新發(fā)展，精細(xì)化手術(shù)越來越受到移植外科醫(yī)師的重視。肝臟結(jié)構(gòu)復(fù)雜、解剖變異普遍，尤其是肝動(dòng)脈變異非常多見，解剖變異率高達(dá)32%[4]。這些先天性變異雖不是肝移植手術(shù)禁忌證，但增加了肝動(dòng)脈并發(fā)癥的發(fā)生率[5]，影響患者預(yù)后。移植前正確識(shí)別這些解剖變異，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)評(píng)估，對(duì)制定個(gè)體化的肝移植手術(shù)方案，降低術(shù)后患者并發(fā)癥的發(fā)生率及改善預(yù)后，具有重要意義。數(shù)字化三維重建技術(shù)的發(fā)展為解決以上問題提供了有效的工具。通過將患者增強(qiáng)CT掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可以重建得到三維數(shù)字化模型。本研究應(yīng)用青島大學(xué)附屬醫(yī)院和海信聯(lián)合研發(fā)的海信CAS，將采集的CT掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行模式化處理，能夠清晰顯示肝臟及其脈管結(jié)構(gòu)，可從不同角度觀察門靜脈、肝靜脈、肝動(dòng)脈等復(fù)雜的空間解剖關(guān)系。

肝移植術(shù)后技術(shù)性并發(fā)癥最常見的是血管相關(guān)并發(fā)癥，總體發(fā)生率為8%～15%，包括肝動(dòng)脈、門靜脈、肝靜脈病變及脾動(dòng)脈盜血綜合征[6-7]。其中，肝動(dòng)脈相關(guān)并發(fā)癥最常見(>50%)，如肝動(dòng)脈血栓形成、肝動(dòng)脈狹窄等[8]。一旦發(fā)生，患者預(yù)后往往不佳，常導(dǎo)致患者術(shù)后肝功能恢復(fù)延遲、住院時(shí)間延長(zhǎng)、膽管并發(fā)癥發(fā)生率增加，甚至移植肝臟失功能致再次肝移植等。肝動(dòng)脈血栓形成是導(dǎo)致再次肝移植的主要原因之一[9-10]。FUJIKI等[11]報(bào)道，肝移植術(shù)后肝動(dòng)脈血栓形成患者中22.7%需要二次移植，而47.1%的患者雖未行二次移植，但易導(dǎo)致缺血性膽道損傷，需要反復(fù)的內(nèi)鏡、膽道鏡或介入治療。林婷等[12]報(bào)道肝臟解剖變異是肝移植術(shù)后血管相關(guān)并發(fā)癥的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。HERRERO等[13]也研究發(fā)現(xiàn)，肝動(dòng)脈重建類型與術(shù)后早期肝動(dòng)脈血栓形成相關(guān)。因此，減少技術(shù)性并發(fā)癥的發(fā)生率是改善患者預(yù)后的最重要途徑之一。

A：肝臟及其脈管模型，B：腹腔動(dòng)脈模型，C：門靜脈系統(tǒng)模型，D：肝靜脈及下腔靜脈模型圖1 患者的數(shù)字化肝臟三維模型Fig.1 The digital three-dimensional model of the potient’s liver

圖2 術(shù)前和術(shù)中指標(biāo)的相關(guān)性分析及模型預(yù)測(cè)效果評(píng)價(jià)Fig.2 Correlation between preoperative and intraoperative indicators and the prediction effect of the model

通過數(shù)字化三維重建，肝移植術(shù)前評(píng)估中即可了解肝臟解剖變異情況，制定個(gè)體化的手術(shù)方案，使得主要手術(shù)決策均在術(shù)前完成，如肝動(dòng)脈重建方式、脾動(dòng)脈結(jié)扎與否等。其中在血管重建方面的經(jīng)驗(yàn)有：①對(duì)于術(shù)前重建的肝左、肝右動(dòng)脈較粗且分叉較高患者，術(shù)中可直接將肝左、肝右動(dòng)脈分叉與供體動(dòng)脈吻合，不必常規(guī)游離、顯露胃十二指腸動(dòng)脈及肝總動(dòng)脈，但對(duì)于胃十二指腸動(dòng)脈粗大患者建議結(jié)扎胃十二指腸動(dòng)脈，以增加肝固有動(dòng)脈血流量；②對(duì)于脾動(dòng)脈與肝總動(dòng)脈直徑比值≥1.5∶1者，建議術(shù)中結(jié)扎脾動(dòng)脈，避免術(shù)后出現(xiàn)脾動(dòng)脈盜血綜合征[14]；③術(shù)前重建發(fā)現(xiàn)副肝左動(dòng)脈或肝替代肝左、肝右動(dòng)脈患者，術(shù)中分離肝門時(shí)，避免損傷，根據(jù)供肝動(dòng)脈情況，制定合理的重建方案；④對(duì)于門靜脈海綿樣變者，通過重建精確定位粗大曲張靜脈位置，制定重建方案。本研究應(yīng)用海信CAS建立的數(shù)字化肝臟三維模型結(jié)構(gòu)清晰，形態(tài)逼真，可清楚顯示肝臟、腹腔動(dòng)脈系統(tǒng)(腹主動(dòng)脈、腹腔干及分支、腸系膜上動(dòng)脈及分支)、門靜脈系統(tǒng)(門靜脈及其側(cè)支循環(huán)情況)、肝靜脈及分支、下腔靜脈，可獨(dú)立多角度、放大或縮小、旋轉(zhuǎn)觀察各脈管系統(tǒng)變異情況，也可通過調(diào)節(jié)肝臟透明度，組合顯示肝臟及其脈管結(jié)構(gòu)各部分的空間解剖關(guān)系，實(shí)現(xiàn)可視化，且與術(shù)中解剖結(jié)果一致。

此外，長(zhǎng)期以來，供肝短缺一直制約著肝移植的發(fā)展，尤其是兒童供肝短缺更加嚴(yán)重。親體肝移植的出現(xiàn)為供肝短缺提供了一條可執(zhí)行的解決方案，但如何切取合適體積的供肝是困擾肝移植科醫(yī)生的難題[15-16]。移植物體積過大，可能導(dǎo)致供者殘余肝體積不足，而受者可能出現(xiàn)移植物灌注不足、呼吸困難等。移植物體積過小，則可能導(dǎo)致小肝綜合征。一般認(rèn)為，移植物與受者體質(zhì)量比應(yīng)盡量達(dá)到1.2%以上，標(biāo)準(zhǔn)肝臟體積在40%以上，預(yù)后通常較好[17]。而且肝臟解剖變異復(fù)雜，若不能制定合理的脈管分配方案，即使殘余肝體積足夠，但因?yàn)楦蝿?dòng)脈、門靜脈供血不足或者肝靜脈回流障礙導(dǎo)致部分肝臟失功能，實(shí)際殘余功能肝體積不足，可引起嚴(yán)重的術(shù)后并發(fā)癥，甚至導(dǎo)致手術(shù)失敗。對(duì)肝臟各重要脈管結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合、深入和準(zhǔn)確地影像評(píng)估，是精準(zhǔn)肝臟外科理念應(yīng)用于活體肝移植最重要的內(nèi)容之一。本研究應(yīng)用海信CAS，可以重建肝臟復(fù)雜的脈管系統(tǒng)，還可以精確預(yù)測(cè)肝臟體積，且與術(shù)后實(shí)際測(cè)量肝臟體積有明顯相關(guān)性，與文獻(xiàn)報(bào)道的結(jié)果一致[18]。根據(jù)供者及患者情況，反復(fù)比較，制定個(gè)體化的手術(shù)方案，以達(dá)到精準(zhǔn)肝移植的目的。

綜上，應(yīng)用數(shù)字化三維重建技術(shù)進(jìn)行肝移植術(shù)前評(píng)估，可立體、直觀、精確地了解肝臟及其血管解剖結(jié)構(gòu)及變異特點(diǎn)，幫助肝臟移植醫(yī)生更加安全、合理地規(guī)劃手術(shù)方案。

利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突

ConflictsofInterest： All authors disclose no relevant conflicts of interest.

倫理批準(zhǔn)和知情同意：本研究涉及的所有試驗(yàn)均已通過青島大學(xué)附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)的審核批準(zhǔn)(文件號(hào)QYFYWZLL27253)。所有試驗(yàn)過程均遵照2013年修訂的《赫爾辛基宣言》要求的條例進(jìn)行。受試對(duì)象或其親屬已經(jīng)簽署知情同意書。

EthicsApprovalandPatientConsent： All experimental protocols in this study were reviewed and approved by The Medical Ethics Committee of The Affiliated Hospital of Qingdao University (Approval Letter No.QYFYWZLL27253), and all experimental protocols were carried out by following the guidelines of The Declaration Helsinki (version 2013). Consent letters have been signed by the research participants or their relatives.

作者貢獻(xiàn)：孫延?xùn)|、趙揚(yáng)、郭源參與了研究設(shè)計(jì)；孫延?xùn)|、季家祥、楊帆參與了數(shù)據(jù)收集及論文的寫作和修改。所有作者均閱讀并同意發(fā)表該論文。

Contributions： The study was designed bySUNYandong,ZHAOYang, andGUOYuan. The manuscript was drafted and revised bySUNYandong,JIJiaxiangandYANGFan. All the authors have read the last version of the paper and consented submission.