AI輔助3D slicer建模在復雜肝膽管結石手術中的應用

摘 要 目的：探討人工智能（AI）輔助3D slicer建模在復雜肝膽管結石手術中的應用。方法：63例復雜肝膽管結石患者隨機分為傳統組（n=31）及建模組（n=32），傳統組行傳統肝切除術，建模組予以AI輔助3D slicer建模診療，觀察兩組患者手術指標、肝膽功能、并發癥發生率及術后6個月結石復發率。結果：兩組肝功能恢復時間及術后6個月AST、ALT及ALP、谷氨酰轉肽酶、總膽紅素、直接膽紅素水平比較無統計學意義（P>0.05）；建模組手術時間及住院時間短于傳統組，術中出血量少于傳統組（P<0.05），并發癥發生率低于傳統組，術后6個月結石復發率低于傳統組（P<0.05）。結論：復雜肝膽管結石手術中應用AI輔助3D slicer建模診療總體可減少術后并發癥，但對術后膽瘺及膽管炎并發癥發生率還需大樣本進行研究。

關鍵詞 人工智能 3D slicer建模 肝膽管結石

中圖分類號：R575.7 文獻標志碼：B 文章編號：1006-1533（2024）19-0052-04

引用本文 袁國輝， 熊少敏， 熊日暉， 等. AI輔助3D slicer建模在復雜肝膽管結石手術中的應用[J]. 上海醫藥， 2024， 45（19）： 52-55.

基金項目：江西省衛健委科技計劃項目（202211838）

Application of AI-assisted 3D slicer modeling in complex hepatolithiasis surgery

YUAN Guohui， XIONG Shaomin， XIONG Rihui， JIANG Can， XU Jianfeng， MEI Baohua

（Department of Hepatobiliary and Pancreatic Surgery， the First People’s Hospital of Jiujiang City， Jiujiang 332000， China）

ABSTRACT Objective： To explore the application of artificial intelligence （AI）-assisted 3D slicer modeling in complex hepatolithiasis surgery. Methods： Sixty-three patients with complex hepatolithiasis were randomly divided into a traditional group （ 31 cases， underwent traditional liver resection） and a modeling group （32 cases， received AI-assisted 3D slicer modeling diagnosis and treatment）. The surgical indicators， the hepatobiliary function， the incidence of complications and the recurrence rate of stones at 6 months after surgery were compared between the two groups. Results： There were no statistically significant differences in the recovery time of liver function and the levels of AST， ALT， ALP， glutamyltranspeptidase， total bilirubin and direct bilirubin between the two groups （all P>0.05）. The time for surgery and hospitalization was shorter， the intraoperative bleeding and the incidence of complications were less and the recurrence rate of stones at 6 months after surgery was lower in the modeling group than the traditional group （all P<0.05）. Conclusion： The application of AI-assisted 3D slicer modeling in the diagnosis and treatment of complex hepatolithiasis surgery can reduce postoperative complications overall， but the incidence of postoperative biliary fistula and cholangitis complications still needs to be studied with large samples.

KEY WORDS artificial intelligence； 3D slicer modeling； hepatolithiasis

肝內膽管結石是肝膽外科的常見頑疾，其發病率呈逐年上升趨勢，已成為良性膽道疾病患者的重要死因之一[1]。在發病早期，患者往往會表現出上腹部疼痛，隨著病情的發展，逐漸發展為持續性的疼痛，還會伴有發熱、寒戰、黃疸等癥狀[2]。既往臨床對于肝膽管結石常行傳統肝切除術進行治療，但此方法存在一定的局限性，無法確定膽道結石的具體位置，對于肝膽管結石的定位效果不太理想，在操作過程中可能會對機體造成較大的損傷。三維可視化技術的興起為醫師提供了新的思路和方法[3]，其可精確評估肝臟的解剖結構和病理情況，對肝切除術、膽道鏡取石術和膽道引流等具有重要指導作用，由于AI輔助3D slicer模型可以提供更加準確的信息，因此在術前評估和指導手術中都能發揮重要作用[4]。因此，將此種診療方式用于治療復雜肝膽管結石可能會更有效。本研究將探討此種手術方式對于復雜肝膽管結石患者的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2021年9月至2022年9月期間本院收治的63例非復雜肝膽管結石患者，隨機分為傳統組（n=31）和建模組（n=32）。傳統組男、女分別為20和11例；年齡50～72歲，平均（59.16±7.44）歲；Child-Pugh分級：A級15例，B級16例；體質量指數（BMI）20～25 kg/m2，平均BMI（22.62±2.19）kg/m2。建模組男、女分別為20和12例；年齡50～72歲，平均年齡（58.86±6.79）歲；ChildPugh分級：A級20例，B級12例；BMI 20～26 kg/m2，平均BMI（23.011±2.13）kg/m2。兩組患者一般資料對比差異無統計學意義（P>0.05）。納入標準：①符合肝膽管結石的診斷標準[5]；②術前的肝臟Child-Pugh分級為A或B級；③能夠耐受手術者。排除標準：①伴有較為嚴重的基礎性疾病；②凝血功能障礙或存在出血傾向者；③中途退出或者隨訪脫落。

1.2 方法

傳統組予以傳統肝切除術，患者氣管插管全麻后，采取仰臥位。首先，在右肋緣下取約20 cm切口，逐層切開皮膚、皮下組織及肌層，進入腹腔，暴露肝臟后，切開肝包膜，小心分離肝實質和肝門的筋膜組織。再仔細探查肝臟、肝內膽道及肝門的情況。在膽道內插入一根直徑約2 mm的小膽道，觀察其與肝管狹窄的程度，并通過調整小膽道的位置，使小膽道的開口盡量靠近肝管狹窄的部位。通過小膽管內注入造影劑或抗生素水溶液，觀察到肝管狹窄的情況。借助膽道鏡由小到大對狹窄的部位進行擴展，將結石取盡，同時也對整個膽囊內的結石進行一個清理。將整個膽囊和膽道系統的結石都處理干凈以后，最后常規切除肝段、肝葉。

建模組予以AI輔助3D slicer建模診療。①增強CT數據采集：術前對病人進行64或256排螺旋CT掃描，采用0.625～1.250 mm層厚掃描，術前常規采集CT 強化的圖像數據，在平掃以及增強圖上可以清晰地顯示膽管以及肝內血管的二維圖像，同時將薄層CT圖像數據經過圖像工作站處理后，所有數據圖片保存為DICOM格式，刻錄光盤存儲。②3D slicer軟件AI輔助快速建模：將上述DICOM格式CT圖像導入3D slicer 4.11.0版本（https：//download.slicer.org/），在Slicer Extensions管理中，選擇Nvidia AI Assisted Annotation插件安裝，完成后點擊Nvidia AIAA，在圖像分割模塊下采用AI自動分割建模，按視頻教程和軟件文檔操作，將肝臟、血管、膽管和結石3D模型輸出，保存為STL格式。③組建肝膽管結石外科手術三維可視化：將模型導入軟件Paraview中，按照肝膽管結石三維可視化臨床診斷及數字化分型、術前規劃和仿真手術的技術方法，設透明區，計算肝臟體積和結石數量、大小與位置。在三維可視化技術構建的立體化模型中，肝內“膽管樹”和“血管樹”立體形態及相互關系、結石的大小及其在各肝段膽管內的分布、膽管狹窄程度和范圍、血管變異、肝臟有無萎縮等均可得到清楚顯示。

兩組患者均術后隨訪6個月。

1.3 觀察指標和評價標準

1）手術相關指標 比較兩組患者手術時間、術中失血量、肝功能恢復時間及住院時間。

2）肝功能 于術前、術后6個月后抽取空腹靜脈血5 mL，應用生化分析儀檢測天冬氨酸轉氨酶（AST）、丙氨酸轉氨酶（ALT）及堿性磷酸酶（ALP）水平，選用循環酶速率法檢測谷氨酰轉肽酶、總膽紅素、直接膽紅素水平。

3）并發癥 比較兩組患者發生結石殘留、膽管炎、膽道出血、膽道損傷、膽瘺的情況。術后6個月對比兩組患者結石復發情況。復發標準：患者出現復發后，多有腹痛、發熱、黃疸等癥狀，影像學檢查提示膽管結石。

1.4 統計學方法

2 結果

2.1 手術相關指標比較

兩組肝功能恢復時間比較差異無統計學意義（P>0.05），建模組手術及住院時間短于傳統組，術中出血量少于傳統組（表1，P<0.05）。

2.2 肝功能比較

術前，兩組AST、ALT、ALP、谷氨酰轉肽酶、總膽紅素、直接膽紅素的水平比較，差異均無統計學意義（P>0.05）。術后6個月，兩組AST、ALT、ALP、谷氨酰轉肽酶、總膽紅素、直接膽紅素的水平顯著低于術前，但兩組比較差異無統計學意義（表2，P>0.05）。

2.3 并發癥發生率比較

建模組并發癥發生率低于傳統組（12.50% vs 35.48%）；術后6個月，建模組結石復發率低于傳統組（9.38% vs 32.25%）（表3，P<0.05）。

3 討論

肝膽管結石是我國常見膽管疾病，由于發病率較高，病情復雜，因此需及時進行治療[6]。臨床治療肝膽管結石的方法為肝切除術，但肝實質易碎不易縫合，術前僅憑二維圖像便盲目進行肝切除，易發生嚴重并發癥[7]。肝膽管結石三維可視化是指用于顯示、描述和解釋肝膽管結石三維解剖和形態特征的一種工具。其可直觀、準確、快捷地將目標從視覺上分離出來，為術前準確診斷、手術方案個體化規劃和手術入路選擇提供決策意見[8]。國內有大量的臨床研究使用該軟件基于CT和MRI數據建立3D組織器官模型。楊吉鵬等[9]評價3D slicer軟件在乙狀竇后入路術中的應用價值，利用其建立顱骨與靜脈竇3D模型，于顱骨表面標記關鍵孔位置并測量關鍵孔與星點與二腹肌溝上末端的距離，根據兩組距離確定術中關鍵孔位置。

本研究表明在復雜肝膽管結石手術中通過應用AI輔助3D slicer建模診療可減少手術時間和術中出血量，對肝功能的恢復無明顯影響。可能的原因是隨著AI輔助3D slicer建模的發展，3D打印結石模型可以用來精確評估結石的位置、數目及與組織空間的關系，從而為經皮經膽道鏡碎石取石術中穿刺點的選擇提供幫助[10]。此外，在3D模型的幫助下，可以更清晰地了解結石的位置、大小、形態等相關信息，從而減少術中不必要的膽管探查，減少擴張次數。對于一些疑難病例，我們可以通過3D模型觀察，設計出個體化手術方案，術前對手術進行模擬，有利于制定出最佳手術方案，便于經皮經膽道鏡碎石取石治療時行精準手術操作，從而減少手術時的組織損傷[11]。

本研究結果還表明在復雜肝膽管結石手術中通過應用AI輔助3D slicer建模診療可提高結石清除率，減少復發。同時總體可減少術后并發癥發生。可能原因是AI輔助3D slicer建模能夠將將2D影像轉換成3D影像，提升了肝臟結構和解剖學的立體感，幫助醫生在術前對肝臟內部狀況有更加清晰的認識，從而能夠制定出更加合理的手術計劃，從而保證手術成功進行[11]。同時可將病變位置以及與周邊組織血管間的關系進行立體、直觀、清晰的觀察，并利用術前仿真來確定最優的手術路徑，減少手術帶來的組織損害，降低手術風險[12]。同時，AI輔助3D slicer建模所獲取的肝臟實物模型，為醫師提供了更為詳盡、直觀的個體化資料，同時有助于醫生對肝臟、脈管解剖和結石的位置有一個全方位的了解，并對結石與肝內脈管系統的毗鄰關系有一個全面的了解，使手術更精準[13]，提高對手術風險的防范能力，以此為基礎，醫生在進行肝切除術時，可避免出現較多并發癥及術后復發風險，從而提高治療效果。

綜上，在復雜肝膽管結石手術中通過應用AI輔助3D slicer建模診療可減少手術時間和術中出血量，提高結石清除率，減少復發，同時總體可減少術后并發癥的發生。但本研究樣本量少，隨訪時間短，對于術后膽瘺及膽管炎的并發癥發生率還需大樣本進行研究對照。

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