复杂肝胆管结石病3D技术指导下外科综合诊疗效果的评价研究

摘要

背景复杂肝胆管结石病(Complicated Hepatolithiasis)的概念目前尚未统一。对于肝胆管结石病，尤其对实施再次手术处理持有不同经验者而言，对概念的认识不尽一致。目前国内外多数学者认为，复杂肝胆管结石病是指除去病人全身情况，因为其他系统疾病如心脏、肺、肾脏、糖尿病等构成胆道手术威胁外，存在以下病情者视为复杂肝胆管结石病:(1)肝胆道结石病经历一次或以上胆道手术，但肝内胆管结石残留、复发或反复胆管炎发作需再次接受手术;(2)既往接受不适当的胆道手术，如接受各类胆肠吻合术后吻合口狭窄需要再次手术者;(3)两侧肝叶均弥漫分布肝内胆管结石;(4)肝内胆管结石病合并高位胆道狭窄或Caroli病;(5)肝内胆管结石病合并胆汁性肝硬化、门静脉高压症;(6)肝内胆管结石病合并胆管细胞癌(梁力建，李绍强.复杂肝胆管结石诊断和治疗原则[J].中国实用外科杂志.2009;29(7):542-544.)。 复杂肝胆管结石病是胆道外科中最难治疗且再手术率最高的良性疾病。复杂肝胆管结石病的基本病理改变是肝内胆管扩张与狭窄，合并胆道机械性梗阻、胆道感染和肝实质组织损害。这一病理本质贯穿于复杂肝胆管结石病病理演变的全过程，与肝胆管结石和胆道狭窄的发生发展有密切的关系。临床上有关肝胆管细胞癌的报告显示:反复多次发作的胆道感染，可能是导致胆道病变性质的改变，诱发胆管细胞癌。根据对复杂肝胆管结石病上述病理演变认识，0ng等早于1962年提出了复杂肝胆管结石病外科治疗原则:“详尽了解胆管病理改变，根除结石、狭窄及包含复发感染灶的病变肝段组织”。其方案与黄志强院士提出的“取尽结石、解除梗阻、去除病灶、通畅引流”可谓不谋而合。因为肝胆管结石病的病灶不仅是肝胆管系统内堆积的结石，往往伴有发生在肝内各级肝管中的狭窄及增生性病灶，这是治疗的核心，而外科治疗则仍是达到这一治疗目的最有效、最常用的方法。手术方案的选择必须个体化，根据肝内胆管结石的数量及分布范围、胆道狭窄的部位和程度、肝脏的病理改变、肝功能状态及患者的全身状况，制定针对性的个体化治疗方案并选择合适的手术方法。 尽管在近20年来对复杂肝胆管结石病的认识和治疗有了明显的进步，但由于其复杂的病理生理过程和术中术后容易出现严重并发症的特点，复杂肝胆管结石病的诊治仍然是困扰胆道外科医生的难题。对于复杂肝内胆管结石病患者应尽量获取详尽的患者影像学资料和肝功能评估等实验室检查资料，做好充足的术前准备工作。术前对胆道系统的解剖，肝内胆管结石的位置、分布、数量，狭窄胆管的部位、形态等应有准确的诊断评估，并且要注意有无变异的肝内胆管，特别是右后叶胆管的变异，如右后叶胆管直接汇入左肝管。对于变异的右后叶胆管结石，由于汇入的角度成锐角，单凭取石钳取石或术中胆道镜取石往往很难取净结石，这是造成术后右后叶结石残留的重要解剖因素(Mori T，Sugiyama M, Atomi Y.Gallstone disease: Management of intrahepatic stones[J].Best Pract Res Clin Gastroenterol，2006，20(6):1117-1137.)。同时，应充分了解既往手术情况、手术原因和方法，以及目前病变的具体情况极为重要，从而制订出再次手术的个体化外科治疗方案。任何匆忙决定的手术方案可能会导致更多次的手术可能，令病人遭受更大的痛苦。 近年来，伴随着腹腔镜技术、内镜技术及介入技术的发展应用，多种微创性治疗手段已被广泛报道，如经皮经肝穿刺胆道镜碎石术和胆道镜联合钬激光或气压弹道碎石，对一般的肝胆管结石取得了令人瞩目的疗效，但是对于复杂肝胆管结石病其术后残石率却高达20％-50％(Cheng Y F，Lee T Y，Sheen-Chen SM, et al.Treatment of complicated hepatolithiasis with intrahepatic biliary stricture by ductal dilatation and stenting: long-term results[J].World JSurg，2000，24(6):712-716.)。上述内镜治疗技术对于复杂肝胆管结石病的治疗尚有争论，仍然缺乏大宗病例证据。 目前，复杂肝胆管结石病的诊断手段主要依靠B超、CT和MR等无创性影像学检查，以明确结石的部位、大小、数量和分布情况，胆管狭窄的部位及程度，从而进行定位诊断;并结合患者肝功能状况、Oddi括约肌功能、有无肝胆管炎发作、有无梗阻性黄疸、有无肝门部胆管狭窄、有无门静脉高压症和脾肿大等综合因素制定手术方案。但由于复杂肝胆管结石病肝内胆管结石的分布广泛，同时合并不同程度的肝胆管狭窄和肝脏毁损性病变，上述各种影像学检查手段各有优势和不足，常需多种影像学检查方法的综合运用，才能做出较为全面的诊断。目前尚无一种理想的诊断方法能够同时对结石大小、数量和分布，胆管狭窄程度和长度，肝脏病理形态，以及胆管和血管的关系做出系统全面的诊断。 随着计算机科学的发展，基于CT或MRI的三维重建技术已经广泛应用于肝胆外科临床诊治活动中，其虚拟手术规划系统可以帮助肝胆外科医生在术前提前进行手术模拟操作，制定出个体化的手术方案，进而减少实际手术中的无意义损伤，提高实际手术的安全性。目前国内外已有多个数字化肝胆外科虚拟手术系统应用于临床的报道，其指导临床外科治疗效果满意。但是，数字医学技术应用于肝胆管结石病的临床研究仍处于早期应用阶段，相关文献报道不多，缺乏大宗病例临床评价证据。而且，针对大宗病例的复杂肝胆管结石病三维重建技术（3D技术）指导下外科诊疗效果的系统评价尚未见文献报道。 基于上述问题，本课题收集南方医科大学珠江医院肝胆一科2008年6月至2013年12月收治的复杂肝胆管结石病患者高质量亚毫米CT数据基础上，利用具有自主研发的腹部医学图像三维可视化系统(Medical ImageThree-Dimensional Visualization System，MI-3DVS)（软件专利号:2008SR18798），构建针对具体个体的复杂肝胆管结石病程序化3D诊疗模式，系统探讨3D技术指导下外科综合诊疗模式在复杂肝胆管结石病临床应用价值和意义。 一、复杂肝胆管结石病患者三维重建数据库系统的构建 目的: 1.优化CT数据采集方法，获取高质量复杂肝胆管结石病患者亚毫米CT数据; 2.研究基于体绘制交互的分割新算法，构建活人体复杂肝胆管结石病患者模型数据库; 3.利用ResMan临床试验公共管理平台构建复杂肝胆管结石病患者三维重建数据库系统 4.探讨复杂肝胆管结石病患者三维重建数据库系统的临床应用价值。 方法: 1.研究对象:逐步收集南方医科大学珠江医院肝胆一科2008年6月至2013年12月收治的复杂肝胆管结石病患者病例资料。 2.数据采集设备: (1)64排/256层螺旋CT-PHILIPS Brilliance（荷兰PHILIPS公司）;双筒高压注射器及造影剂（碘比乐370mg I/ml）。 (2)图像后处理工作站为PHILIPS Brilliance层螺旋CT自带的Mxview工作站; (3)南方医科大学数字医学临床中心HP刀片式服务器、高配置计算机; (4)腹部医学图像三维可视化系统; 3.高质量肝胆管结石亚毫米CT数据采集方法参考(Fang C H，Liu J，Fan Y F，et al.Outcomes of hepatectomy for hepatolithiasis based on3-dimensional reconstructiontechnique[J].J Am Coil Surg,2013,217(2):280-288.)。 4.复杂肝胆管结石3D模型构建方法: (1)基于体绘制交互的图像分割算法:先进行体绘制重建，通过对窗宽和窗位的调节，得到所需胆道结构最清晰的三维图像，直接在体绘制图像上取得三维种子点，进行区域生长，同时在体绘制图像上显示生长的过程，当生长停止时可以通过人机交互，在体绘制三维图像上进行修补。特别对于三级以上胆管，通过局部放大，并对断续胆管进行连接，再进行分割，可以把局部小胆管提取出来。使得组织分割，特别对肝内胆管分割更精细，达到与体绘制相同的分辨率水平。当用户满意当前分割结果时可以立即将当前的分割结果保存，并进行快速的面绘制三维重建。 (2)把基于体绘制交互的分割算法作为一个分割插件整合到腹部医学图像三维可视化系统(MI-3DVS)中，将DICOM格式的亚毫米CT数据导入到MI-3DVS中进行配准、分割、三维重建。 ①肝内胆管、胰腺等腹腔脏器重建:使用区域生长法完成分割，采用面绘制方法进行脏器三维重建。 ②肝内主要血管三维重建:使用基于体绘制交互的分割算法完成对亚毫米CT断层图像中的血管数据分割，采用面绘制方法进行脏器三维重建。 (3)3D模型的后处理及立体结构观察分析通过MI-3DVS中的面数据图形处理工具对3D模型进行平滑和去噪，然后将肝内胆管系统3D模型在空间上组合和显示，通过放大、缩小、旋转可视化3D模型来观察、分析肝内胆管病变的分布特点。 5.利用ResMan临床试验公共管理平台构建复杂肝胆管结石病患者三维重建数据库系统根据中国临床试验中心临床研究电子管理公平台(Research Manager,ResMan)指引(中国临床试验注册中心公告[J].中国循证医学杂志，2007(08):557-558.)，制定复杂肝胆管结石病3D技术指导下外科综合诊疗临床试验的管理流程。利用设计好的流程，将外科诊疗过程中记录的受试者基线资料包括人口学资料和入组时影像学检查及3D基线数据、临床外科试验过程中的实施情况、结果数据等相关资料即“复杂肝胆管结石病3D技术指导下外科综合诊疗临床试验病例记录表(case record form，CRF)”的所有内容，基于互联网在线记录并传送到中央数据库保存管理。 结果: 1.使用试验注射法采集的亚毫米CT数据图像质量高，胆道系统、肝胆管周围血管、胆道的病变显示清晰。 2.复杂肝胆管结石病患者3D模型立体感强，可清晰地再现患者肝脏的立体形态和有无肥大和萎缩;肝内一、二、三级胆管树立体形态及狭窄或扩张胆管的长度和直径显示清晰，部分肝内胆管结石合并肝内胆管广泛扩张者，甚至四级胆管（亚肝段胆管）也可以得到显示;结石的大小、数量及其在肝内外胆管的分布，门静脉、肝静脉及肝动脉三套血管及其分支在肝内的立体分布等情况也清晰可见。 3.成功建立基于ResMan临床试验公共管理平台的复杂肝胆管结石病3D技术指导下外科综合诊疗公共数据库(public accessable database)。实现试验研究者方便地保存和管理试验资料，免除使用纸张记录，减少集中录入数据的错误可能性和工作量，提高记录可靠性，利于提高临床试验质量。 4.复杂肝胆管结石病3D技术指导下外科综合诊疗公共数据库(publicaccessable database)达到中国临床试验中心的规范要求，成功完成临床试验的注册。 结论: 1.采集方法优化后的64排/256层螺旋CT可以获得高质量的复杂肝胆管结石病患者亚毫米CT数据，各级胆管系统显影良好，能够区分出微细结构的影像学特征，能满足胆管三维重建分割、三维重建的要求。 2.复杂肝胆管结石病患者3D模型能对肝内结石的分布，胆管狭窄程度和分布，肝脏病理形态改变作出准确系统全面的诊断。 3.基于ResMan临床试验公共管理平台的复杂肝胆管结石病3D技术指导下外科综合诊疗公共数据库提高记录可靠性，利于提高复杂肝胆管结石病3

目录

摘要

前言

参考文献

第一部分 复杂肝胆管结石病患者三维重建数据库系统的构建

引言

材料和方法

结果

讨论

参考文献

附图

第二部分 复杂肝胆管结石病患者3D模型在临床诊疗中的应用研究

引言

材料与方法

结果

讨论

参考文献

附图

附件

第三部分 3D技术联合胆道硬镜外科治疗复杂肝胆管结石病的疗效评价

引言

材料与方法

结果

讨论

参考文献

附图

不足与展望

附录：中英文缩略词对照表

博士研究生期间发表论文

博士研究生期间参与编写的专著

综述 肝胆管结石病的诊治进展

致谢

声明

统计学证明