三維可視化技術在肝多房棘球蚴病中的應用進展

張 東， 王志鑫， 趙 乾， 蘇曉霞， 徐 凱， 董明明， 李 瑋， 侯立朝， 樊海寧， 王海久

青海大學附屬醫院 肝膽胰外科， 青海省包蟲病研究重點實驗室， 西寧 810001

肝多房棘球蚴病(hepatic alveolar echinococcosis，HAE)是由多房棘球絳蟲感染肝臟所致的寄生蟲疾病，我國的西部是世界上HAE發病率最高的地區[1]，HAE起病隱匿，發現時往往已為晚期，如果患者沒有得到治療或治療不當，10年的死亡率為94%[2]。目前B超、CT、MRI是HAE常規的影像學檢查方法[3]，但其均具有一定的局限性。依據董家鴻等[4]提出“精準肝切除”需要精確的術前評估、規劃和精準的手術操作。隨著科技的發展，新興的三維可視化技術和以其為基礎的衍生技術逐漸應用于HAE的診斷和手術評估并取得良好的效果。本文對三維可視化技術在HAE中的應用進行簡要綜述。

1 醫學三維可視化技術

三維重建是由二維圖像逆向還原出三維立體的物體或場景。醫學三維重建是指常規的CT、MRI檢查所得到的二維圖像，以原始的DICOM格式保存，通過三維重建軟件構建出對應的三維模型，最終經相關儀器顯示出來。可視化是指利用計算機合成和處理視覺信息，將相關數據轉換成圖像在計算機屏幕上顯示出來，并可通過設備進行信息交互處理[5]。

2 三維可視化技術在HAE診斷中的應用

2.1 定性診斷 HAE的定性診斷大多依靠超聲、CT、MRI[6]。三維可視化重建技術對原始二維圖像進行再加工，在制圖過程中存在一定程度的數據丟失；且其成像質量取決于原始數據的成像精度、三維軟件的功能等，因此相比較于普通二維CT、MRI，三維可視化技術對HAE的定性診斷并無明顯優勢[5]。

2.2 定位診斷 在肝臟手術中由于個體肝臟解剖結構存在差異性，因此了解病灶的位置及其與周圍組織解剖關系是非常重要的。超聲檢查為HAE的首選篩選方法，但其非常依賴檢查醫師的技術水平，差異化較大，同時圖像直觀和準確度不如CT、MRI；CT檢查為HAE的常規檢查方法，其靈敏度和特異度較高，可顯示多房棘球絳蟲壞死后出現的特殊鈣化灶；MRI檢查是重要的補充檢查，優勢在于檢查過程較短、圖像清晰度更好、軟組織分辨率較高和覆蓋區域更廣。CT、MRI的二維影像需依賴外科醫師的閱片經驗和手術經驗，在頭腦中構思出三維立體結構，三維可視化技術可直接為術者提供更為直觀、立體的解剖影像，對HAE的分期更加精準，實現了精準的術前定位診斷。有研究[7]通過三維可視化重建，基于門靜脈流域的個體化肝段分割和肝靜脈引流區域的評估，獲得了基于門靜脈分布區域特點的分段和個體化的病灶解剖關系。何翼彪等[8]利用三維可視化技術對85例HAE患者進行了術前評估和模擬手術，模擬方案與術中實際方案基本一致，三維可視化模擬手術切肝體積[(751±510)cm3]與實際手術[(777±567) cm3]相比較誤差率為4.7%，三維可視化技術能夠準確直觀地顯示HAE病灶的部位、形態、大小及其與周圍脈管系統的解剖關系并以此來指導手術。

2.3 制訂并評估手術方案

術前制訂并評估肝切除手術方案，需要精確了解肝臟的解剖空間結構。肝臟的特殊性在于解剖結構復雜，脈管系統變異概率高。既往通過二維影像學檢查，可以獲得肝臟和病灶的解剖關系；但通過三維可視化技術不僅可獲得立體的組織解剖關系和了解脈管變異情況，更重要是能繪制出肝蒂的門靜脈流域，并根據肝蒂的門靜脈流域劃分肝段的實際邊界，實現精準的診斷和術前評估。然后通過虛擬肝切技術進行反復模擬，在眾多方案中選出最佳手術方案[9]。

2.3.1 門靜脈的評估 門靜脈在肝門部的變異率為20%～35%[10]，其提供了肝臟血液供給的70%，它的解剖走形直接影響到各肝段的界定，對HAE推薦的解剖性肝切除術[11]具有重要意義。依靠二維影像信息了解肝段的血供范圍是比較困難的，而通過三維可視化技術可精確分析門靜脈的分布和流域范圍，進行個體化的肝段界定[12]，并以此為根據進行術前評估和模擬手術，對手術治療效果和預后有重大積極意義[13]。

2.3.2 肝靜脈的評估 肝靜脈作為肝臟血液的出肝通道，暢通與否對于術后肝淤血、肝功能下降具有重要影響，需要精確了解可能發生血管破壞或靜脈充血的區域，故術前必須規劃肝靜脈流域。二維影像學檢查很難了解肝靜脈流域，而通過三維可視化技術可以明確肝靜脈流域并進行術前規劃、模擬手術。有研究[14]對21例需要進行肝切除手術的患者進行三維可視化的術前評估，了解肝靜脈變異情況、肝靜脈引流區域，計算剩余的功能性肝體積，近1/3的患者根據評估結果改變了切除范圍和增加關鍵部位的血管重建，有效的改善了手術計劃。晚期的HAE患者行肝移植手術，肝存活的重要因素之一是肝靜脈回流是否通暢，晚期HAE的病變特點是病灶侵及范圍廣，解剖結構復雜，術式難度大。徐天天等[15]對8例終末期HAE患者行自體肝移植術，術前通過三維可視化技術對患者進行個體化切除和肝靜脈血管重建，如術中按照制訂方案對肝后下腔靜脈人造血管移植和肝靜脈吻合，術后大部分患者未復發，同時無人工血管漏的形成，證實了三維可視化技術對肝靜脈精準評估效果良好。

2.3.3 肝動脈的評估 肝動脈變異率為19.7%～46.5%[16-17]。變異的分型主要依據Michels或Hitta分型，而在這之外還有多達數十種變異未被歸納進該分型[18]，這些變異增加了手術難度，同時提升了膽管萎縮、肝衰竭、肝膿腫和膽瘺等術后并發癥的風險，而通過三維可視化重建，術前即可了解患者肝動脈變異情況[19]。另外肝動脈血管壁的健康度會增加手術難度和并發癥發生率。已有報道[20]對40例HAE患者術前行三維可視化技術的評估，發現三維可視化技術對比常規CT檢查，預測血管的處理方式、形態功能的準確率分別為71.1%和89.2%、78.9%和71.9%，三維可視化技術在HAE病灶對肝動脈處理方式的預測性效果尚可，在評價血管形態和功能方面具有更加明顯優勢。

2.3.4 脈管及空間結構的評估 HAE患者病變特點為前期癥狀多不明顯，發現時往往已到晚期，病變晚期的HAE病灶多侵犯數個肝段、重要的肝門結構并伴隨并發癥的出現，常發展為復雜肝泡型棘球蚴病(complex hepatic alveolar echinococcosis，cHAE)。這時僅依靠常規的二維影像檢查技術實現HAE病灶的精準切除是比較困難的，可根據專家共識[21]推薦使用三維立體可視化圖像重建，制訂精準的手術方案。有研究[22]將HAE患者分別根據普通二維CT和三維可視化重建進行了術前規劃和模擬手術，對比術中情況，規劃手術一致性、手術時間、術中出血量分別為53.3%、(220±32.3)min、(523±47.1)mL和86.7%、(156±17.6)min、(212±21.5)mL，三維可視化技術大大提高手術的可操作性和安全性。陽丹才讓等[23]也通過研究發現，對肝臟解剖、HAE病灶、肝動脈、門靜脈、下腔靜脈進行三維術前重建和評估，發現重建的周圍血管、病灶情況與術中所見具有高度一致性。HAE根治性肝切手術需預留足夠的健側殘肝體積[6]，一般情況下正常肝臟預留最少殘肝體積為25%～30%的標準肝體積，個體化差異如肝功能異常、肝臟自身疾病均影響預留最少殘肝體積[4]，而殘肝體積和術后肝衰竭發生有直接關系[24]，通過三維可視化技術可以多次模擬手術尋找最恰當斷肝位置，預留足夠的殘肝體積，有效減少術后小肝綜合征、術后肝衰竭的發生。

3 以三維可視化技術為基礎的術中精確實時導航技術和3D打印在HAE中的應用

3.1 三維可視化技術發展出虛擬現實、增強現實和混合現實 增強現實、混合現實輔助的術中精確實時導航在神經外科和泌尿外科等外科手術中已經得到普遍應用[25-26]，近些年在普通外科也逐漸應用，Sauer等[27]利用混合現實系統能夠將肝臟三維數據圖像整合在手術部位上方，實現術中實時導航，降低了術中出血風險。楊威等[28]對需要肝切除手術的HAE患者，利用術前三維可視化技術和混合現實輔助導航技術，術前評估的預定術式變異率為0；實現精確顯示切面導航，配準誤差 7(2～17)mm，實現了病灶徹底清除和重要結構確切的保護效果。但肝臟的結構特點為非剛性結構，呼吸運動、心跳和手術操作等導致的術中結構的改變，影響混合現實系統術中導航的準確性，這是目前應用的一大障礙，相信在隨著混合現實技術的發展，未來將會有更多手段實現靈敏的配準技術。

3.2 多模態影像融合導航和吲哚箐綠熒光影像技術 多影像融合介入導航技術(RVS)是將超聲和CT、MRI等聯合起來的動態導航技術。三維可視化技術初步規劃手術方案，結合RVS實時精準導航，讓手術醫生能實時準確地進行手術操作、優化現有的手術環境。有報道[29]指出，在復雜肝泡性棘球蚴病治療中，術前通過三維可視化技術規劃出肝切除范圍及斷肝平面，術中聯合RVS精準實時導航，可提升解剖定位的精準度和手術的安全性。

吲哚菁綠(indocyanine green，ICG)熒光影像技術聯合三維可視化技術在肝細胞癌(HCC)的診斷和術中導航中應用較多、效果較好[30]。目前在HAE的應用研究報道較少。有研究[31]報道術中使用ICG熒光影像技術導航，通過負顯影方式確定HAE病灶。顯影效果和肝纖維化程度、注射時間都有關系。本次研究未進行三維術前規劃、術中導航效果亦欠佳，但根據術后肝臟斷面的研究發現均為高亮均質的熒光顯像，提示在HAE病灶的完整切除上仍有一定的指導意義。該方法結合三維可視化技術用于HAE，仍有很大發展空間。

3.3 3D打印技術 3D打印技術是將三維可視化的虛擬三維信息轉換為實際的三維立體模型，該模型可以重建出透明實質的門靜脈、肝動脈、肝靜脈和病灶，實現了將三維圖像轉換為三維立體模型的跨越。目前已經確定其為規劃和實施復雜外科手術的有用工具，該技術能夠生成準確的、針對患者個體化的解剖模型[32]。術前準備3D打印模型，術中可隨時進行解剖對比，為手術關鍵步驟提供直觀的指導。Huettl等[33]研究發現，在使用3D打印模型時，術者的病灶定位精確度更高，術前規劃、評估時間短；3D模型是最“自然”的模式使術者簡單培訓后快速理解并使用。Huber等[34]在手術難度高、病情復雜的肝臟病例中，通過使用3D打印技術，重建關鍵區域的血管，完善了術前評估和手術方式，證明了使用3D打印的肝臟模型可以優化手術計劃。但3D打印存本身存在成本高、制造耗時長和污染術野等缺點，隨著科技的發展將有所改善[35]。目前3D打印技術在HAE的手術治療中應用報道較少。

4 結語

綜上所述，三維可視化技術和以其為基礎發展的混合現實技術和3D打印技術，在HAE的診斷和術前評估方面應用效果好。其存在的不足是三維可視化技術在實際制圖過程中，不是完全由機器全自動繪制，需要人工后期調整評估，導致標準性下降，隨著數字化和人工智能的發展相信未來可以完全由機器完成制圖，達到更高的標準性。在我國HAE流行地區各級醫院檢查設備參差不齊，只有在部分三甲醫院才具備三維可視化技術，在對HAE、尤其是cHAE的應用中發現CT檢查相比較于三維可視化技術其分期、術前評估效果欠佳，希望伴隨著三維可視化技術的發展和普及未來將會使更多的患者受益。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。

作者貢獻聲明：張東負責文獻收集和論文撰寫；徐凱、董明明、李瑋負責文獻收集；趙乾、侯立朝負責論文框架；樊海寧、王志鑫、蘇曉霞提出了修改意見；王海久負責論文審校和修訂。