3D技術(shù)在肝癌外科診治中的應(yīng)用研究.pdf

1、研究背景：
　　 肝臟是肝癌好發(fā)器官之一，我國是肝癌發(fā)病的大國。目前外科手術(shù)治療是肝癌的主要治療方法。隨著CT、MRI等影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展，許多高難度、極其復(fù)雜的肝癌手術(shù)得以開展，使肝臟外科有了長足的進(jìn)步。然而，CT、MRI等影像學(xué)圖像是二維的，難以提供肝臟及其內(nèi)部脈管解剖結(jié)構(gòu)的全部信息，盡管目前的MRI及多排螺旋CT具有強(qiáng)大的后處理功能，但其只能在價(jià)格昂貴的MRI或CT工作站完成，限制了其臨床應(yīng)用的廣泛性，且其重建的結(jié)果往往難以

2、滿足臨床外科醫(yī)生的要求，也不能對感興趣區(qū)域進(jìn)行顏色標(biāo)注、放大、縮小、透明化，從多角度不同方位進(jìn)行觀察，無法提供一個(gè)供外科醫(yī)生術(shù)前演練仿真手步驟，優(yōu)化手術(shù)方案的平臺(tái)。近年來，外科技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展促使肝癌切除的手術(shù)成功率大大提高，然而，由于肝臟解剖結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，肝臟內(nèi)部脈管系統(tǒng)的多變異性和生理功能的特殊性，依然使肝臟外科手術(shù)極具難度與風(fēng)險(xiǎn)。如何能讓外科醫(yī)生術(shù)前清晰地了解肝內(nèi)復(fù)雜的解剖結(jié)構(gòu)，尤其是肝癌大小、形狀、空間位置，肝臟血管管徑，走行，分

3、支距離，有無變異及肝癌與脈管的空間毗鄰關(guān)系等情況，以達(dá)到術(shù)前精確診斷來指導(dǎo)指導(dǎo)肝癌外科治療方案的制定。
　　 如何能在術(shù)前測量殘肝體積百分比，并結(jié)合患者其它臨床資料來綜合評(píng)估肝癌切除的手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，以降低術(shù)中出血、膽汁漏、肝功不全、肝衰竭等嚴(yán)重并發(fā)癥的發(fā)生率;如何能讓外科醫(yī)師在肝臟重建模型上反復(fù)演練手術(shù)步驟，優(yōu)化手術(shù)方案，熟悉手術(shù)流程，提高手術(shù)技能，以提高手術(shù)的成功率，均是目前肝臟外科的熱點(diǎn)研究問題。本研究利用自主研發(fā)的腹部醫(yī)學(xué)三維

4、可視化系統(tǒng)(MI-3DVS)對40例肝癌患者術(shù)前64排螺旋CT亞毫米原始數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建，使肝臟內(nèi)部復(fù)雜的脈管系統(tǒng)及其與肝癌的空間解剖關(guān)系清晰、直觀地顯示出來，進(jìn)而初步擬定手術(shù)方案，計(jì)算殘肝體積百分比，結(jié)合患者其它臨床資料，不斷優(yōu)化手術(shù)方案，進(jìn)而虛擬仿真手術(shù)，以追求術(shù)前精準(zhǔn)診斷，術(shù)中精確操作，術(shù)后盡快康復(fù)，力求達(dá)到精準(zhǔn)肝切除的目標(biāo)。
　　 目的：
　　 1.研究基于64排螺旋CT亞毫米原始數(shù)據(jù)的三維重建在肝癌外科診治中的

5、應(yīng)用;
　　 2.研究殘肝體積百分比計(jì)算在肝癌外科診治中的應(yīng)用;
　　 3.研究仿真手術(shù)在肝癌外科診治中的應(yīng)用。
　　 方法：
　　 1.材料:(1)荷蘭飛利浦公司64排螺旋CT及其后處理工作站Mxview（南方醫(yī)科大學(xué)珠江醫(yī)院影像中心）;(2)惠普刀片式服務(wù)器;(3)腹部醫(yī)學(xué)圖像三維可視化系統(tǒng)(MI-3DVS);(4)DICOMCT圖片查看器;(5)ACDSee10.0圖片處理及轉(zhuǎn)換軟件;(5)Free

6、FormModelingSystem（美國SensAbleTechnologies公司）;(6)力反饋設(shè)備PHANToM(PHANToMDesktop);
　　 2.對象:40例符合研究標(biāo)準(zhǔn)的我院2010年6月至2011年6月期肝癌患者（男31例，女9例，年齡為49.4±14.7歲），采集其術(shù)前64排螺旋CT亞毫米增強(qiáng)掃描數(shù)據(jù)。排除了肝外轉(zhuǎn)移，肝功能ChildC級(jí)或患者一般情況較差等無法進(jìn)行手術(shù)切除及無手術(shù)可能性的患者，所有病例

7、都經(jīng)病理證實(shí)為原發(fā)性肝癌。
　　 3.亞毫米64排CT原始數(shù)據(jù)獲取:(1)掃描參數(shù)設(shè)定:采用上腹部CTA，掃描時(shí)管電壓120KV、管電流300mAs、每旋轉(zhuǎn)1周所用時(shí)間為0.5s、螺距(pitch)0.984、層厚5mm:(2)分成四個(gè)期進(jìn)行掃描:平掃期、動(dòng)脈期、門脈期、延遲期，四期掃描完成后將原來層厚5mm的原始圖像數(shù)據(jù)推薄至1mm;(3)掃描前需如下準(zhǔn)備:患者禁食水4小時(shí)以上，掃描前20分鐘飲清水300ml使胃腸道充盈，右肘

8、靜脈留置紅色套管針備術(shù)中注射造影劑，采用優(yōu)維顯370造影劑。增強(qiáng)期掃描時(shí)以5ml/s的速率注射造影劑，動(dòng)脈期掃描根據(jù)測量主動(dòng)脈的造影劑峰值自動(dòng)觸發(fā)，一般在注射造影劑后的第20～25s，門脈期掃描時(shí)間段一般為第50～55s，隨后立即進(jìn)行延遲期掃描;(4)數(shù)據(jù)傳輸與儲(chǔ)存:在Mxview圖像后處理工作站上將亞毫米原始數(shù)據(jù)通過專線內(nèi)網(wǎng)傳輸至數(shù)字醫(yī)學(xué)研究中心惠普刀片式服務(wù)器儲(chǔ)存，導(dǎo)出進(jìn)行下一步三維重建工作。
　　 4.3D模型的重建:本研

9、究的分割方法采用閥值分割法與區(qū)域生長法、三維分割與二維分割相結(jié)合的方法。利用DICOM查看器和ACDSee10.0圖片轉(zhuǎn)換軟件對原始CT數(shù)據(jù)經(jīng)進(jìn)行批量格式轉(zhuǎn)換和圖像調(diào)整處理后，導(dǎo)入MI-3DVS進(jìn)行快速圖像分割、3D重建，肝臟、肝癌、肝動(dòng)脈、門靜脈系統(tǒng)、下腔靜脈系統(tǒng)的3D模型分別進(jìn)行，各個(gè)3D模型完成后實(shí)行自動(dòng)配準(zhǔn)。
　　 5.個(gè)體化肝臟分段原則:與Couinaud肝臟分段有所不同，本研究以門靜脈和肝靜脈的一、二級(jí)分支作為分段依

10、據(jù)，根據(jù)門靜脈和肝靜脈的走行變異，以保證各段有獨(dú)立的供血及回流管道系統(tǒng)為前提，進(jìn)行肝臟個(gè)體化分段，以利于肝癌的精準(zhǔn)定位和指導(dǎo)手術(shù)方案的制定。
　　 6.手術(shù)方案規(guī)劃:(1)肝癌的精確定位:采用半手工標(biāo)識(shí)點(diǎn)分段法，以肝內(nèi)血管（門靜脈和肝靜脈）的一級(jí)和二級(jí)分支作為分段依據(jù)，根據(jù)Couinaud肝段劃分原則，個(gè)體化劃分肝段，肝段劃分完畢后，透明化肝臟，觀察肝癌所在肝段位置，隱去肝癌所在肝段，獨(dú)立觀察肝癌與周圍肝段的空間距離及解剖關(guān)系，

11、以指導(dǎo)手術(shù)方案的制定;(2)殘肝體積百分比測算:運(yùn)用放大、縮小、透明化、多角度等手段對3D模型感興趣區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)觀察，以清晰地掌握肝癌的空間分布、形狀、血供，肝內(nèi)脈管的空間走行、有無變異，分支距離及其與肝癌的空間比鄰關(guān)系，初步擬定手術(shù)方案，進(jìn)而仿真手術(shù)，運(yùn)用MI-3DVS自帶的體積測量工具進(jìn)行測量殘肝體積、功能肝體積及肝癌體積。殘肝體積百分比=殘肝體積/功能肝體積(×)100％，肝癌體積百分比=肝癌體積/功能肝體積×100％。如果殘肝體

12、積百分比能保證術(shù)后的肝臟代償增生，則真實(shí)手術(shù)按照此初步擬定的方案執(zhí)行，否則，則改進(jìn)手術(shù)方案或改用保守治療。
　　 7.仿真手術(shù):利用腹部醫(yī)學(xué)圖像三維可視化系統(tǒng)(MI-3DVS)的仿真手術(shù)軟件，進(jìn)行肝臟切割手術(shù)虛擬。通過觀察重建模型肝癌與肝內(nèi)脈管的解剖關(guān)系，肝癌的空間分布、形狀、大小，擬定手術(shù)方案，用仿真手術(shù)軟件可對立體重建模型進(jìn)行大小及空間的隨意控制，運(yùn)用自主研發(fā)的“仿真手術(shù)器械”仿真肝癌切除全過程，成功完成手術(shù)切割、結(jié)扎、縫合

13、等操作。
　　 8.統(tǒng)計(jì)學(xué)方法:本研究僅涉及功能肝體積、肝癌體積、切除的功能肝體積、殘肝體積的平均數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算。
　　 結(jié)果：
　　 1.二維CT數(shù)據(jù)顯影
　　 40例肝癌患者的二維CT原始數(shù)據(jù)顯影清楚:肝臟、肝癌、肝動(dòng)脈、門靜脈系統(tǒng)、肝靜脈和下腔靜脈系統(tǒng)均顯示清晰，增強(qiáng)掃描效果佳，肝動(dòng)脈肝內(nèi)二級(jí)分支，門靜脈肝內(nèi)三級(jí)分支，肝靜脈肝內(nèi)三級(jí)屬支均能得到清楚地顯示，肝癌血供清晰顯示，肝癌與肝內(nèi)脈管之間的關(guān)系

14、大體清楚。
　　 2.肝臟及肝內(nèi)外脈管系統(tǒng)的3d重建
　　 3D重建模型能清晰、形象逼真地顯示肝臟、肝癌及肝內(nèi)外脈管的解剖結(jié)構(gòu)?？汕逦赜^察到肝臟有無增生肥大，肝癌的空間位置及其血供，可通過對感興趣部位進(jìn)行局部或整體性進(jìn)行放大、縮小、透明化及多方位旋轉(zhuǎn)以觀察肝動(dòng)脈、肝靜脈、門靜脈空間分布、有無變異、走行、分布，并可從不同角度觀察肝癌病灶與肝內(nèi)管道系統(tǒng)的空間解剖關(guān)系。
　　 3.個(gè)體化分段
　　 個(gè)體化肝臟

15、分段中，肝左葉未分型3例，即肝癌侵犯肝靜脈根部，肝左葉失去分段的管道依據(jù);肝中靜脈雙支型4例，此分型與Couinaud分段原則相同，但Ⅳ、Ⅷ或Ⅳ、Ⅴ肝段的分界是肝中靜脈左側(cè)支;右后下靜脈型4例，此型以肝右靜脈與肝右后下靜脈為段邊界將右半肝分成上、中、下3個(gè)扇區(qū)，門靜脈右支分支再將每個(gè)扇區(qū)分成2段，按順時(shí)針方向依次命名為Ⅴ—Ⅹ段;余下的為常規(guī)型，29例，與Couinaud分段相同。
　　 4.殘肝體積百分比與肝癌體積百分比計(jì)算

16、r>　　 40例肝癌患者功能肝體積介于1287.31±263.32m1;肝癌體積介于235.73±224.53m1;切除的功能肝體積介于432.57±234.21m1;殘肝體積介于854.73±241.70m1;肝癌體積百分比（即肝癌體積/功能性肝體積）:＜10％18例，＞10％而≦20％9例，＞20％而≦30％7例，＞30％而≦40％3例，＞40％3例。術(shù)前利用MI-3DVS測得的殘肝體積百分比結(jié)合患者的臨床資料進(jìn)行手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，術(shù)

17、前計(jì)算40例患者的殘肝體積百分比均能滿足術(shù)后肝功代償增生的要求，評(píng)估結(jié)果與真實(shí)風(fēng)險(xiǎn)一致，按術(shù)前擬定手術(shù)方案進(jìn)行手術(shù)，術(shù)后患者恢復(fù)良好，無1例發(fā)生肝功不全、肝衰竭等嚴(yán)重并發(fā)癥。
　　 5.仿真手術(shù)與真實(shí)手術(shù):仿真手術(shù)全過程具有“力”的反饋感覺及形體力學(xué)的效果，形態(tài)逼真，沉浸感強(qiáng)。通過術(shù)前對初步擬定的不同手術(shù)方案和不同手術(shù)方法和路徑仿真手術(shù)進(jìn)行反復(fù)演練，制定最優(yōu)手術(shù)方案，成功地指導(dǎo)了40例肝臟肝癌的精準(zhǔn)肝切除術(shù)。
　　 6.

18、預(yù)后:40例行肝癌切除治療的患者，術(shù)后恢復(fù)良好。術(shù)后病理報(bào)告均屬于肝癌，平均術(shù)后住院時(shí)間為11天，術(shù)后1月內(nèi)無復(fù)發(fā)，住院期間無死亡病例。每位患者出院后每隔一個(gè)月返院復(fù)診，出院后均隨訪3個(gè)月，生活質(zhì)量較術(shù)前改善，無瘤或帶瘤生存良好。術(shù)后所有病例均殘肝功能代償良好，無1人發(fā)生肝功不全、肝功能衰竭等嚴(yán)重并發(fā)癥。結(jié)果證實(shí)MI-3DVS對手術(shù)方案的安全性與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與術(shù)中術(shù)后真實(shí)情況一致。
　　 結(jié)論：
　　 1.3D重建模型基于6

19、4排螺旋CT亞毫米原始數(shù)據(jù)，能清晰、直觀、形象逼真地顯示肝臟、肝癌及肝內(nèi)外脈管復(fù)雜的解剖結(jié)構(gòu)，有助于術(shù)前精確診斷;
　　 2.個(gè)體化肝臟分段符合肝癌解剖特點(diǎn)，利于肝癌精準(zhǔn)定位，有助于手術(shù)方案的制定;
　　 3.術(shù)前殘肝體積百分比計(jì)算有助于手術(shù)可行性、安全性的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，有助于手術(shù)方案的制定，有助于減低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、減少手術(shù)并發(fā)癥的發(fā)生;
　　 4.術(shù)前仿真手術(shù)，有助于優(yōu)化手術(shù)方案，可幫助外科醫(yī)生熟悉手術(shù)過程，加快術(shù)中決