个体化肝静脉、门静脉三维重建在肝脏外科中的应用

摘要

背景：
　　 肝脏肿瘤以恶性为主，其中最为常见的是肝细胞肝癌。肝细胞肝癌是世界第五大常见肿瘤，也是第三大最容易致死的肿瘤。手术切除是目前最为有效的治疗方法，然而，大部分肝癌患者伴有肝硬化，其肝功能储备缺乏，再生能力下降，导致术后肝衰竭的风险大大增加。所以，如何选择合适的手术方式，最大限度的保留术后功能肝体积成为目前关注的焦点。
　　 肝静脉、门静脉的走行对于肝脏肿瘤手术方式的选择极为重要，其走行和分布有较大的个体化差异，肝切除术后静脉引流不畅是肝功能不全的重要影响因素。此外，肝癌有沿门静脉播散的倾向，是肝内复发最重要的危险因素。因此，术前准确的评估静脉系统的走行及分布情况对于保证术后保留完整流入流出道、完整移除受累的门静脉系统格外重要，也是最大限度保留术后功能肝体积的前提。
　　 CT、MRI等影像学检查方法可提供关于肿瘤浸润、肝脏重要管道走行的有效信息。近期，有报道通过观察CT肝静脉走行选择合适手术方式避免了术后肝淤血的发生。此外，也有研究通过术中超声观察肝静脉走行最大限度地保留了肝体积。上述研究对于减少肝切除术后并发症及肝衰竭的发生提供了较好的方法，然而器官的连续性、直观性依然不能得到很好的解决。现今手术对可视化的需求越来越高，三维重建在肝脏外科的应用也越来越广泛。在国家“863”等科研项目支持下，本研究运用自行研发的医学图像三维可视化系统(medical imagethree-dimensional visualization system，MI-3DVS)，基于活人体的肝脏薄层CT图像数据进行快速准确的三维重建，可在虚拟可视的情况下立体、直观的显示个体化静脉系统的走行、分布及其与病灶的相互关系，根据肝内门静脉和肝静脉走行分布个体化划分肝段定位肿瘤，运用可视化仿真手术系统对肝脏肿瘤进行仿真切割及体积计算，为外科医师行小块或大块肝切除的术式选择时提出一种安全可行的新方法。不仅改进了肝脏肿瘤疾病的传统诊断方式，术前仿真手术还指导了实际手术操作，使更多正常肝组织得以保留，减少术后并发症的发生，具有显著的临床实用价值。
　　 目的：
　　 1、研究MI-3DVS重建个体化数字化肝静脉、门静脉的成像特点及变异情况;
　　 2、研究肝静脉、门静脉变异对肝脏分段的影响;
　　 3、比较研究基于三维图像的手术规划与基于CT图像的手术规划指导肝切除术的临床效果。
　　 4、仿真手术与真实手术的相互指导研究。
　　 方法：
　　 1.研究对象
　　 这个回顾性分析包括2008.06至2012.09本中心在MI-3DVS指导下进行的81例肝切除术，其中男性61例，女性20例。年龄中位数为46岁，范围12-81。肝细胞癌66例，肝胆管细胞癌3例，肝细胞腺瘤1例，肝脏局灶性结节性增生4例，肝海绵状血管瘤7例，其中41例伴有肝硬化。所有患者肝功能Child-Pugh分级为A级，恶性肿瘤患者无肝门部及远处淋巴结转移，无临近器官的侵犯，无远处器官转移，无其他脏器器质性病变。所有患者均术前行64排螺旋CT增强扫描。
　　 2.设备和材料
　　 (1)64排螺旋CT（PHILIPS BRILLIANCE64排螺旋CT扫描仪，探测器组合为0.625mm×64）及其后处理工作站Mxview（南方医科大学珠江医院影像中心）;(2)双筒高压注射器及造影剂;(3)惠普刀片式服务器;(4)计算机(CPU:4×Xeon2.8 GHz、主板:X6DAL-XG、内存:4×DDR2，400，2.0 G、显卡:QuadroFX2000、硬盘:金钻九代/6Y120P0250G、显示器:FP71G17寸宽屏显示器、操作系统:Windows XP);(5) DICOM CT图片查看器;(6) ACDSee10.0图片处理及转换软件;(7)腹部医学图像三维可视化系统(MI-3DVS)(8) FreeFormModeling System及其自带的PHANTOM设备。
　　 3.CT数据采集所用参数，数据的分割，及肝脏和脉管系统的三维重建方法见文献(方驰华，等.数字医学技术在肝癌外科治疗中的应用价值[J].中华外科杂志，2009，47(7):523-6)。
　　 4.个体化肝脏分段
　　 根据患者肝静脉、门静脉特点以“第一肝段有独立的血供及血液引流”为原则，以Couinaud分段为参考行个体化分段，将肝脏分为8个段。若出现肝右后静脉变异，且右后静脉位于门静脉右支平面以上，则以右后静脉为段边界继续分段，右半肝将多分出2个段，肝脏可分为10个段;若右后静脉位于门静脉右支平面以下，则右半肝将多分出1个段，肝脏可分为9个段。若出现Ⅳ段肝静脉，则以Ⅳ段肝静脉为段边界，将左内叶分为2个段，肝脏可分为9个段。若同时出现肝右后静脉及Ⅳ段肝静脉，分段原则同上，肝脏可分为10个段或11个段。将划分好的每一肝段配以不同的颜色加以区分。
　　 5.仿真切割和实际手术
　　 从不同角度和平面立体观察三维模型中肝静脉系统及门静脉系统的分布及变异情况，组合观察血管与病灶和周围组织的关系，在完全可视化的情况下运用可视化仿真手术系统进行仿真切割。当有三段或者更多肝段需要切除时（按照经典Couinaud分段方法的肝段数量），我们认为是大块肝切除，当切除小于两段时（按照经典Couinaud分段方法的肝段数量），我们认为是小块肝切除。对评估可行小块肝切除术的患者，按照个体化分段中肿瘤位置划定预切线行解剖性肝段切除或非解剖性局部切除，因预切除肝脏体积较小，无残肝体积过小的影响，可不予体积计算;对需行大块肝切除术者，在保证残肝充足流入流出道的前提下选择手术切面，进行仿真切割及体积计算，得出各种仿真术式残肝体积百分比(残肝体积百分比=残肝体积/功能肝体积×100％)。若仿真解剖性肝段切除术后剩余肝体积百分比小于50％（伴有肝硬化患者），则需根据肿瘤位置以及与周围血管的毗邻关系，改行非解剖性肝切除，而不以肉眼肿瘤边界2cm为切除线，在最大限度减少瘤细胞负荷的情况下保留更多的正常肝脏组织，保证围手术期患者安全性，而且保证剩余肝脏的各个完整或不完整的肝段都有各自的血液供应和回流通道，避免术后发生缺血坏死或淤血。这种情况下若测得剩余肝体积百分比大于等于50％，则实际手术按此方案进行，若不足50％，则放弃手术切除。对照术中实际解剖情况，指导手术操作。通过实际手术，对比术前三维与术中解剖所见，术前仿真手术与实际手术操作情况，评价3D技术指导肝切除术的临床应用价值。
　　 6.随访与统计
　　 所有病理证实为恶性的肿瘤患者每3个月门诊或住院行甲胎蛋白(AFP)和肝脏超声检查来监控复发，怀疑复发的患者通过增强CT确诊。患者中最短随访时间为3个月，生存时间统计从手术时间至最后一次随访时间或至2012年12月25日。生存率采用Life Table（寿命表法）来分析，使用的统计软件是SPSS13.0。
　　 结果：
　　 1.肝静脉、门静脉变异情况
　　 肝静脉、门静脉重建模型清晰、逼真、立体感强。在81例重建中，肝左静脉和肝中静脉共干的情况占大多数(50/81，61.7％)，其余病例数均为肝左、肝中、肝右静脉分别汇入下腔静脉。有24人(29.6％)的肝右静脉为一细小的短支，但均有周围肝静脉代偿性引流，其中10人(12.3％)出现粗大的肝右后下静脉，8人(9.9％)出现副肝右静脉，6人(7.4％)有发达的肝中静脉代偿引流右肝血液从而保证了肝血流的引流充分。共34(41.9％)人出现了Ⅳ段肝静脉，其中18人(22.2％)的Ⅳ段肝静脉汇入肝左静脉，12人(14.8％)汇入肝中静脉，4人(4.9％)直接汇入下腔静脉。观察门静脉0-2级分支，门静脉共可分为4种类型:Ⅰ型为常见型，64例，门静脉主干在肝门处分为左支和右支;Ⅱ型，10例，门静脉主干在肝门处呈三叉状直接分为左支、右前支和右后支;Ⅲ型，6例，门静脉左支和右前支共干从主干分出，右后支单独从主干发出;Ⅳ型，1例，门静脉左支水平段缺如。
　　 2.个体化数字化肝脏分段情况
　　 单独显示肝脏、肝静脉、门静脉的3D模型，依据患者肝静脉、门静脉本身的生长特点及在肝脏占位的影响下所起的特异性变化进行肝脏个体化分段。其中符合传统Couinaud肝脏分段法分成8段的病例有42例，由于Ⅳ段静脉、右后下静脉的出现将肝脏分成11段的有1例，分成10段的有6例，分成9段的有31例;因为肝内占位侵蚀、挤压等造成门静脉部分分支萎缩、不显影等原因将肝脏分成7段的有1例。
　　 3.实际手术规划
　　 观察3D模型中肿瘤与肝脏、肝静脉、门静脉关系，重建结果准确地显示了肝脏肿瘤的大小、部位、形态、空间的立体位置、与肝内和周围血管的关系，个体化肝脏分段结果为精细肝切除提供了空间立体结构信息。基于立体直观的三维重建结果，5例CT评估为需行大块肝切除术的患者经三维重建评估后认为可行小块肝切除术。共有57例患者行小块肝切除术，按照个体化分段中肿瘤位置划定预切线，在三维重建指导下行解剖性肝段或非解剖性局部切除。24例行大块肝切除术，其中10例患者行解剖性半肝切除术，1例患者术前3D评估行右半肝切除术，术中行非解剖性右半肝+尾状叶切除，另有1例行非解剖性半肝切除，体积计算显示中位残肝体积比为52％(范围，40％-82％);12例行非解剖性相对缩小的肝切除术，体积计算显示中位残肝体积比为55％(范围，44％-79％);7例无伴肝硬化的患者残肝体积比均在40％-48％之间，评估可耐受手术。
　　 4.基于三维图像的手术规划与基于CT图像的对比基于三维图像的手术规划结果与实际手术方式相符率为98.7％(80/81)，基于CT图像的手术规划结果与实际手术方式相符率为82.7％(67/81)。利用配对x2检验得出p＜0.05(双侧)，差异显著，即基于三维图像的手术规划准确率显著优于基于CT图像的手术规划。
　　 5.实际手术及随访
　　 90天死亡率为0，5例恶性肿瘤患者失随访，恶性肿瘤患者中，行小块肝切除者1年生存率83％，行相对缩小的大块肝切除者1年生存率77％，常规大块肝切除术者1年生存率75％。在MI-3DVS实时指导下，术中可以依靠位置及管径大小轻易识别目标区域的静脉，仿真切除中预切除区域的静脉都已被标注，可以用这些结构来追踪手术进程。实际手术按照仿真切除进行，医师可以预测肿瘤位置，增加对静脉的控制，也确保了围绕肿瘤的安全切缘。所有患者均实现RO切除。术后12例(14.8％)患者出现并发症，均为胸腔积液，需放置胸腔闭式引流管进行治疗。术后CT复查无肝淤血征象，术后均未见肝功能衰竭发生。
　　 结论：
　　 1.基于64排螺旋CT增强扫描的数据集，使用MI-3DVS进行数字化三维重建速度快、效果好，肝静脉及门静脉模型清晰、逼真、立体感强、可根据需要进行随意旋转、透明化等操作;可在术前评估个体化肝静脉、门静脉变异情况，在手术风险评估、手术方式的选择以及在临床教学等方面都有很大的应用价值。
　　 2.3D技术的应用可避免部分基于二维CT的手术设计导致的剩余肝组织发生潜在血运障碍的风险，利用MI-3DVS进行三维重建可精确直观反映肝脏内部病灶及其周围正常肝脏组织与肝静脉及门静脉的关系，个体化肝脏分段可直观显示肿瘤位置，为精确肝切除奠定了基础，在小块或大块肝切除术中为最佳手术方式的选择提供了直观的依据，可以降低手术风险，最大限度保留正常肝脏组织，防止术后肝衰竭的发生。

目录

摘要

前言

引言

一、材料和方法

二、结果

1．3D模型重建结果

2．肝静脉、门静脉三维重建解剖及变异情况

3．个体化肝脏分段结果

4．三维重建指导下的实际手术方式

5．基于三维图像的手术规划与基于CT图像的对比

6．实际手术及围手术期统计结果

7．随访

8．病例分析

三、讨论

1、门静脉及肝静脉解剖变异在肝脏外科的价值

2．针对肝脏外科的传统影像学检查与MI-3DVS三维重建的差异

3．数字化个体化肝脏分段与Couinaud分段的区别

4．三维重建对小块或大块肝切除术手术方式选择的价值

5、解剖性肝切除与非解剖性肝切除

参考文献

中英文缩略词对照表

读研期间取得的成绩和工作小结

致谢

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