数字化肝静脉分型及其在肝脏肿瘤外科中的应用研究

摘要

研究背景:
　　 早在1952年就有学者提出了在肝脏外科手术中肝静脉的重要性以及在进行部分肝切除时保护肝静脉的必要性。然而直到1957年，肝脏部分切除术后由于肝静脉引流肝脏血液不畅而引发的严重后果被证明后人们才逐渐对肝静脉引流的重要性有所认识。
　　 肝脏手术后保证残肝有充分而通畅的肝静脉血液流出道是非常重要的，因为术后如延迟出血、肝功能紊乱、胆漏等并发症都与肝静脉引流不畅有关，并且绝大多数人在肝静脉的根部都没有潜在的交通支，使得一侧肝静脉引流不畅也不能通过开放潜在交通支来缓解相关症状，从而加剧了上述并发症的发生。
　　 目前，人们对肝脏外科手术导致的肝静脉流出道梗阻而引起的肝功能不全方面所知甚少。避免各种类型不同程度的肝静脉流出道梗阻，保证维持足够的静脉引流是公认的减少术后肝功能不全发生的有效措施之一。但在肝部分切除术后究竟要保留多少有回流作用的肝静脉才算足够这个问题上仍存在争议。术中如需切除远离肝脏边缘的病灶时，通常会把与病变部位以远的即使是正常的肝组织一并切除，以防术后这部分正常肝组织淤血、坏死的发生。为防止术后肝衰竭的发生，尤其对存在肝硬化的病人，要求尽可能多保留周围正常的肝组织，如不能保证残肝的静脉回流将可能会引发病灶远端的肝组织淤血、肝细胞坏死等一系列并发症的发生，将病变部位以远的正常肝组织一并切除又加大了肝脏衰竭的风险。因此，术前对病人肝静脉个体化变异情况的了解对手术方案的制定、最大限度保留正常肝组织、减少术后并发症的发生有重要意义。
　　 在国家“863”等科研项目支持下，本课题组通过采集200例行上腹部CT扫描的健康志愿者及80例肝脏肿瘤患者的图像数据，将自主研发的腹部医学图像三维可视化系统(MI-3DVS)应用于肝静脉解剖变异的研究，获得了一些有临床意义的个体化解剖信息。并运用自主研发的仿真手术系统将个体化肝静脉变异对手术的影响应用于肝脏肿瘤患者中，从而指导肝脏肿瘤的诊断和手术规划，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。
　　 一运用MI-3DVS重建个体化肝静脉的价值及其临床意义
　　 目的:
　　 1.研究MI-3DVS重建个体化数字化肝静脉的成像特点;
　　 2.研究数字化肝静脉的正常和变异表现及其实际意义;
　　 3.初步探讨个体化数字化肝静脉的正常和变异在肝脏肿瘤外科的应用价值。
　　 方法:
　　 1.研究对象及材料:(1)200名行上腹部CT扫描体检的健康志愿者，男性102人，女性98人，平均22.6岁（所有志愿者均签订知情同意书，经南方医科大学伦理委员会批准，符合医疗护理操作常规）。(2)①64排螺旋CT(PHILIPSBRILLIANCE64排螺旋CT扫描仪，探测器组合为0.625mm×64)及其自带Mxview后处理工作站;②双筒高压注射器及造影剂;③高配置计算机(CPU:4×Xeon2.8GHz、主板:X6DAL-XG、内存:4×DDR2，400，1.0G、显卡:QuadroFX2000、硬盘:金钻九代/6Y120P0160G、显示器:FP71G17寸宽屏显示器、操作系统:WindowsXP);④DICOM图片查看器;⑤ACDSee图片转换软件;⑥腹部医学图像三维可视化系统MI-3DVS(自主研发的医学图像处理软件);⑦FreeFormModelingSystem及其自带的PHANTOM设备。
　　 2.影像学扫描参数管电压为:120KV，管电流为:300mAs，排探测器组合为:0.625mm×64，层厚为:1mm，间隔为:1mm，螺距为:0.984mm，球管旋转一周时间为:0.5s，扫描视野为:40-50cm，矩阵为:512×512。
　　 3.数据采集:患者检查前20-30min口服清水500～1000ml，扫描开始前再口服清水500ml，以充盈胃肠道（作为阴性对比剂），并训练患者呼吸，最大程度的控制呼吸运动产生的伪影。(1)平扫:亚毫米状态下高分辨力容积扫描，常规平扫时患者取仰卧位，头足方向，扫描范围由膈顶至盆腔，扫描条件120KV、300mAs;采用0.625×64层探测器组合，以层厚5mm、间隔5mm，螺距(Pitch)0.984，球管旋转一周时间0.5s，扫描视野60-70cm，矩阵512×512，开始常规上腹部平扫。(2)CT动态增强扫描:小剂量预注射试验:将对比剂加热至37℃，20号套管针从双筒高压注射器A管经肘静脉以5ml/s速率注入对比剂20ml，在第一肝门区行同层动态扫描，层厚5mm，电压120kV、电流50mAs，旋转时间0.5s，间隔0.5s，自注入对比剂后开始扫描，共扫描30s，得到同层面腹主动脉的时间密度曲线，以测得腹主动脉CT值峰值时间作为CTA扫描启动时间。CTA扫描时以相同速率从A管注入70～120ml对比剂(剂量为1.5ml/kg)，对比剂注射完后从B管注入20ml生理盐水，以前测得值峰值时间启动CTA扫描，扫描中嘱患者屏住呼吸(约6-8s)。扫描参数:电压120kV、电流250mAs，准直:64×0.625，层厚5mm，Pitch0.984，旋转时间0.5s。扫描范围与平扫相同，共扫描约6-8s。CTA扫描结束后，为了不影响常规诊断，于注射对比剂开始后30-35s行动脉晚期扫描，50-55s行门静脉期扫描，每期扫描时间约6-8s。
　　 4.图像三维重建:将数据导入个人计算机，利用DICOM图片查看器将原始数据的格式转化为JPG格式;利用ACDSee软件调整图片大小并转换为24位深度BMP格式;导入自主开发的腹部医学图像三维可视化系统MI-3DVS进行程序分割重建，并输出后辍为STL的格式文件;将STL模型导入到FreeFormModelingSystem进行去噪、平滑、配色等处理后即可显示重建肝静脉模型。
　　 5.统计学方法:本实验主要为形态学描述，基本不涉及统计学推断。
　　 结果:
　　 数字化肝静脉显示效果统计:
　　 肝静脉重建模型清晰、逼真、立体感强，肝左、中、右静脉显示率为100％，在200例重建肝静脉中，肝左静脉和肝中静脉共干的情况占大多数(122/200，61％)，其余病例数均为肝左、肝中、肝右静脉分别汇入下腔静脉。在200例重建中，有78人(39％)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42人(21.0％)出现粗大的肝右后下静脉，17人(8.5％)出现副肝右静脉，13人(6.5％)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103(51.5％)人出现了Ⅳ段肝静脉，其中52人(26％)的Ⅳ段肝静脉汇入肝左静脉，35人(17.5％)汇入肝中静脉，16人(8％)直接汇入下腔静脉。
　　 结论:
　　 1.基于64排螺旋CT肝静脉增强扫描的数据集，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;在个体化肝脏分段、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.当出现Ⅳ段肝静脉、粗大的右后下静脉等变异时，在肝脏手术中应引起高度重视，充分利用这些变异的作用，数字化个体化的三维重建模型可提供相关重要信息。
　　 二腹部医学图像三维可视化系统重建肝静脉在肝脏肿瘤外科的应用价值
　　 目的
　　 上述200例正常人个体化肝静脉的中存在的变异信息及其意义，结合肝脏占位患者的三维重建、体积测量，将肝静脉变异应用于肝脏个体化分段、体积测量等，从而制定手术方案，并在重建模型上进行可视化仿真手术从而评估肝脏占位的可切除性。从尽可能多保留正常肝组织又能防止肝静脉流出道梗阻而引起的肝功能不全的角度评价手术的风险，评价肝静脉变异在最大限度保留正常肝脏组织的应用价值。
　　 方法:
　　 1.研究对象及材料:选取2009年11月至2012年4月间于我院行上腹部64排螺旋CT增强扫描检查的80例肝脏肿瘤患者的图像数据资料。其中男性57例，女性23例，年龄24～81岁，平均年龄47.3岁，肝癌66例，肝血管瘤10例，肝脏局灶结节性增生4例。材料同第一部分。
　　 2.数据采集:患者检查前20-30min口服清水500～1000ml，扫描开始前再口服清水500ml，以充盈胃肠道（作为阴性对比剂），并训练患者呼吸，最大程度的控制呼吸运动产生的伪影。(1)平扫:亚毫米状态下高分辨力容积扫描，常规平扫时患者取仰卧位，头足方向，扫描范围由膈顶至盆腔，扫描条件120KV、300mAs;采用0.625×64层探测器组合，以层厚5mm、间隔5mm，螺距(Pitch)0.984，球管旋转一周时间0.5s，扫描视野60-70cm，矩阵512×512，开始常规上腹部平扫。(2)CT动态增强扫描:小剂量预注射试验:将对比剂加热至37℃，20号套管针从双筒高压注射器A管经肘静脉以5ml/s速率注入对比剂20ml，在第一肝门区行同层动态扫描，层厚5mm，电压120kV、电流50mAs，旋转时间0.5s，间隔0.5s，自注入对比剂后开始扫描，共扫描30s，得到同层面腹主动脉的时间密度曲线，以测得腹主动脉CT值峰值时间作为CTA扫描启动时间。CTA扫描时以相同速率从A管注入70～120ml对比剂(剂量为1.5ml/kg)，对比剂注射完后从B管注入20ml生理盐水，以前测得值峰值时间启动CTA扫描，扫描中嘱患者屏住呼吸（约6-8s）。扫描参数:电压120kV、电流250mAs，准直:64×0.625，层厚5mm,Pitch0.984，旋转时间0.5s。扫描范围与平扫相同，共扫描约6-8s。CTA扫描结束后，为了不影响常规诊断，于注射对比剂开始后30-35s行动脉晚期扫描，50-55s行门静脉期扫描，每期扫描时间约6-8s。部分患者加行延迟期扫描。
　　 3.图像三维重建方法及步骤:将不同扫描期（动脉期、门静脉期、静脉期、延迟期）的数据分别导入个人计算机，利用DICOM图片查看器将原始数据的格式转化为JPG格式;利用ACDSee软件调整图片大小并转换为24位深度BMP格式;依据不同扫描期中各血管及器官造影剂的充盈情况，从而确定不同扫描期重建的内容，将BMP导入自主开发的腹部医学图像三维可视化系统MI-3DVS进行程序分割重建，并输出后辍为STL的格式文件;将STL模型导入到FreeFormModelingSystem进行去噪、平滑、配色等处理，各三维重建模型即可实现自动配准。
　　 4.肝脏占位的诊断及可切除性评估:术前通过旋转、放大、透明化等方式观察个体化肝脏及其内部病灶三维模型并结合病史，由经验丰富的肝胆外科医师进行诊断;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，对肝脏进行个体化分段，仿真手术模拟实际手术过程，对占位、正常肝脏组织、切除后剩余肝脏组织进行体积测量。统计出病变肝脏肝静脉变异情况、以Couinaud分段为参考行个体化分段、仿真手术术后残肝体积占总体正常肝脏百分比等与手术密切相关的数据。
　　 5.实际手术内容对比:所有肝脏占位病例均由经验丰富的肝脏外科医师进行手术探查及切除。实际手术操作方案与术前诊断、仿真手术预案进行对照。
　　 6.统计学分析:本实验主要为形态学描述，基本不涉及统计学推断。
　　 结果:
　　 1.个体化数字化肝脏、肝内管道、肝脏占位及肝脏肿瘤显示效果
　　 通过MI-3DVS重建的肝脏、肝内各管道及其内部病灶显示率为100％，三维模型显示逼真、清晰、立体感强。肿瘤及其周围正常肝脏组织的形态、范围、与肝静脉分支的毗邻关系清晰可辨。
　　 2、肝脏占位患者中肝静脉变异情况:肝静脉重建模型清晰、逼真、立体感强，80例肝静脉重建中，肝左静脉和肝中静脉共干的占72.5％，余病例数均为肝左、肝中、肝右静脉分别汇入下腔静脉。在80例案例中，有18人(22.5％)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13人(16.2％)出现粗大的肝右后下静脉，5人(6.25％)出现副肝右静脉。共13(16.25％)人出现了Ⅳ段肝静脉，其中6人(7.5％)的Ⅳ段肝静脉汇入肝左静脉，4人(5％)汇入肝中静脉，3人(3.75％)直接汇入下腔静脉。
　　 3、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64例，由于Ⅳ段静脉、右后下静脉的出现、肝右静脉在根部即发出分支等原因将肝脏分成10段的有3例，分成9段的有7例;因为肝内占位侵蚀、挤压等造成肝静脉、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;分成6段的有3例;分成5段的有2例。
　　 4、术前仿真手术及个体化肝脏体积测量情况:依据术前3D结果对患者作出可切除性评估，术前评估可进行手术且患者同意进行手术的病例行仿真手术，并测量肝脏占位体积、正常肝脏体积及残肝肝体积占正常肝脏体积的百分比。所有80例病例中，由于术前3D显示肿瘤侵犯大血管判定不宜手术、患者拒绝手术治疗等原因未能行手术治疗的病例17例。其余63例均行手术治疗。行手术治疗的患者中，正常肝脏体积介于785.1ml～2024.1ml，肿瘤体积介于3.9～1163.6m，残肝体积百分比为33.5％～93.8％，所有患者术后均未发生肝衰等严重并发症。
　　 结论:
　　 1.使用MI-3DVS进行数字化三维重建的肝脏肿瘤病例个体化模型清晰、逼真、立体感强，肝脏及其内部管道解剖结构等可反映活人体腹腔内部情况，在解剖学、术前诊断、手术方案制定、临床教学等方面有较高的实际应用价值;
　　 2.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分支的关系，在切除肿瘤的同时最大限度保留正常肝脏组织、减少肝衰竭发生、促进病人术后肝功能的恢复等方面具有显著意义。

目录

摘要

前言

第一章 运用MI-3DVS重建个体化肝静脉的价值及其临床意义

引言

1 材料与方法

2 结果

3 讨论

参考文献

第二章 MI-3DVS重建肝静脉在肝脏肿瘤外科的应用价值研究

引言

1 材料与方法

2 结果

3 讨论

参考文献

中英文缩略词对照表

攻读学位期间成果

致谢

声明

统计学审稿证明