专家论坛从数字虚拟人技术到数字化微创外科

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方驰华教授

方驰华李乔林蔡伟

通信作者：方驰华

本文来源?中华消化外科杂志年4月第17卷第4期-页作者单位

医院肝胆一科

摘要

数字医学经历了从数字虚拟人技术到数字医学技术的转化，近10年来在临床医学各方面均有广泛应用，尤其是肝门部胆管癌，其因手术难度大，术前传统影像学(CT、MRI等)检查评估难以精准判断肿瘤横向及纵向侵犯情况。三维可视化技术在CT、MRI等检查获得器官和病变信息基础上，可获得更多、更清晰、更准确的数据；能直观、立体、准确地显示肿瘤侵犯周围重要血管的范围及血管变异情况，在肝门部胆管癌术前评估、手术规划、提高手术成功率、降低术后并发症发生率等方面发挥了重要作用，改变了“摸着石头过河”，实现了“看着石头过河”。数字医学技术在肝门部胆管癌的临床应用是转化医学的成功范例。

关键词

胆道肿瘤，肝门部；肝门部胆管癌；数字医学；转化医学；三维可视化；3D打印；诊断；治疗

近年来，随着科技进步与发展，数字医学技术已被广泛应用于肝胆胰外科疾病的诊断与治疗。从源于尸体标本数据的数字虚拟人技术初出茅庐，到随后基于临床患者的个体三维可视化和虚拟仿真手术广泛应用，再到目前三维可视化肝脏、胆道3D打印和分子影像学技术在手术中的初步探索，数字医学技术在肝胆胰外科的快速发展成为转化医学的成功范例［1］。作为一种前沿的疾病诊断与治疗模式，以三维可视化为代表的数字医学使临床医师全方位、立体了解患者病变及周围情况，为高难度、高风险手术安全开展提供了有力保障。肝门部胆管癌起病隐匿，早期很少有特异性腹部症状，确诊时仅有约10%的患者能行手术切除，但术后并发症较多，且对放化疗不敏感，总体5年生存率不理想［2］。R0切除是肝门部胆管癌患者获得良好预后的重要因素，数字医学技术为精确术前评估提供依据，数字化微创外科技术为精准手术施行、减少患者痛苦提供保障，这是未来精准肝胆外科的发展趋势，有助于实现肝胆胰外科疾病解剖性、功能性、根治性治疗［3］。

1传统影像学检查在肝门部胆管癌术前规划中的局限

肝门部胆管癌手术的高难度、高风险与肝门部复杂的解剖结构有关，术前精准了解肿瘤侵犯胆管、门静脉、肝动脉的关系尤为重要。传统CT、MRI等检查在肝门部胆管癌术前评估中存在以下局限：(1)二维图像。(2)不能立体显示肿瘤、扩张胆管、门静脉、肝动脉、肝静脉及其相互解剖关系。(3)难以发现变异血管、胆管。(4)不能根据术前规划行虚拟仿真手术。(5)难以测算标准肝脏体积和剩余肝脏体积［4］。

2数字医学技术在肝门部胆管癌精准诊断与治疗中的临床应用

随着数字医学技术的发展和三维可视化精准诊断与治疗理论与实践的不断完善，三维可视化及3D打印技术已在国内外逐步被应用。在CT、MRI检查显示器官和病变基础上，三维可视化技术能看得更多、更清、更准。三维可视化模型可清晰显示肿瘤部位、大小、形态和分布以及门静脉、肝动脉走向和变异，对术前精确判断病变部位、评估肿瘤与血管关系、制订手术方案等发挥重要作用。三维可视化正改变着肝门部胆管癌传统二维诊断与治疗模式。肝脏、胆道3D打印实现了三维可视化影像平面模式向三维可视化物理立体模型的跨越式转变，可在术中多方位、多角度观察病变，指导肝门部胆管癌精准手术。术中利用分子影像学技术可辅助界定肿瘤侵犯肝组织边界、检测胆汁漏。数字化微创外科技术可提高手术确定性，保证手术安全。

2.1三维可视化门静脉分型及手术规划

肝门部胆管癌一般首先侵犯门静脉，术前了解门静脉侵犯和变异情况对手术规划有重要意义。显示门静脉主干及其2、3、4级分支是肝门部胆管癌术前评估的核心条件之一，加之门静脉变异率较高，故门静脉三维可视化分型尤为重要［4］。利用三维可视化技术可将门静脉分为5型：(1)正常型，门静脉主干在肝门处分为左支和右支。(2)Ⅰ型变异，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。(3)Ⅱ型变异，门静脉主干先分出右后支，再上行分为右前支和左支。(4)Ⅲ型变异，门静脉右支水平分出前支和后支。(5)Ⅳ型变异，门静脉左支水平段缺如；特殊变异，门静脉左支来自右前支［4-5］。正常门静脉胆管分离极限点指行肝切除术中，胆管能从并行门静脉和肝动脉中剥离出来的极限部位，极限点上游胆管不能分离和离断，包括U点和P点。U点为门静脉左支水平部与矢状部转角处，P点为门静脉右前支和右后支分叉部。通过对门静脉胆管分离极限点进行三维可视化分析和3D打印，可立体、全方位观察正常型门静脉、各型变异门静脉U点和P点，指导精准制订和施行手术。肝门部胆管癌门静脉Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型变异时，U点不变，P点向第一肝门前移，则行右半肝切除术时，须分离出门静脉主干、右前支和左支，将门静脉主干、左支均置带保护后，方可离断门静脉右前支；行左半肝切除术时，则须分离出门静脉右前支和左支，将门静脉右前支置带保护后，方可离断门静脉左支。同时，术中可结合肝脏、胆道3D打印模型和术中病理学检查结果，实时修正肝门部胆管癌临床分型，选择相应手术方式。笔者建议行肝门部胆管癌手术前，利用三维可视化模型，了解门静脉变异分型，确定门静脉胆管分离极限点位置，制订合理手术方案［4］。

2.2三维可视化肝动脉分型及手术规划

肝门部胆管癌手术中，肝动脉变异也值得注意。正常型肝动脉指肝总动脉起源于腹腔干后，分出肝固有动脉和胃十二指肠动脉；肝固有动脉再分出肝左动脉和肝右动脉。肝动脉常见变异有：(1)Ⅰ型变异，肝左动脉起源于胃左动脉或存在副肝左动脉。(2)Ⅱ型变异，肝右动脉起源于肠系膜上动脉或存在副肝右动脉。(3)Ⅲ型变异，肝左动脉和肝右动脉分别起源于胃左动脉和肠系膜上动脉［6］。其他少见肝动脉变异还包括肝中动脉起源于胃十二指肠动脉或肝总动脉，肝右动脉起源于胰背动脉等。术前利用三维可视化技术可清晰显示肝动脉走向和变异，避免术中副损伤，尤其是对术前存在肝硬化、肝功能不全的患者，可尽量保留剩余肝脏动脉血供，对防止术后发生胆汁漏、肝衰竭有重要意义。

2.3三维可视化肝静脉分型及手术规划

肝门部胆管癌手术常需行半肝或扩大半肝联合肝尾状叶切除术，因此，需尽可能保留正常肝组织静脉引流。(1)肝静脉分型：根据其汇入下腔静脉方式分为两型［7-8］。Ⅰ型为肝右静脉单独汇入下腔静脉，肝左静脉和肝中静脉合并后汇入下腔静脉。Ⅱ型为肝左静脉、肝右静脉和肝中静脉分别单独汇入下腔静脉。(2)肝右静脉分型：Ⅰ型粗大，引流肝右叶大部分，伴小的或不伴右后下肝静脉；Ⅱ型为一短干，伴粗大肝中静脉起代偿作用；Ⅲ型仅为引流肝Ⅶ段的短小肝右静脉，肝中静脉粗大；Ⅳ型为细小肝右静脉伴1支细小的、直接注入下腔静脉的副肝右静脉。(3)肝中静脉变异与分型：Ⅰ型仅有1支主干和若干小分支；Ⅱ型为出现汇入肝中静脉的肝Ⅳ段静脉；Ⅲ型为出现直接汇入下腔静脉的肝Ⅳ段静脉。(4)肝左静脉变异与分型：Ⅰ型仅有1支主干和若干小分支；Ⅱ型为出现汇入肝左静脉的肝Ⅳ段静脉。利用三维可视化技术可清晰显示肝门部胆管癌中肝静脉变异情况，术后肝静脉引流不畅可导致肝脏瘀血、肝衰竭，保证维持足够静脉引流是目前学术界公认降低术后肝功能不全发生率的有效措施之一。因此，肝门部胆管癌术前利用三维可视化技术对患者肝静脉进行个体化分型，针对变异情况个体化制订手术方案，从而最大限度保留正常肝组织，对降低术后并发症发生率有重要意义［9］。

2.4三维可视化胆管和肝门部胆管癌分型

胆管分型：Ⅰ型为正常型，右前肝管与右后肝管汇合为右肝管后，与左肝管汇合为肝总管；Ⅱ型为右前肝管、右后肝管、左肝管一起呈三叉状汇入肝总管；Ⅲ型为右后肝管汇入左肝管后，再与右前肝管一起汇入肝总管；Ⅳ型为右后肝管汇入胆总管，右前肝管与左肝管汇入肝总管［6,10］。

结合Bismuth-Corlette分型系统，利用三维可视化技术可将肝门部胆管癌分为：Ⅰ型，肿瘤侵犯肝总管，未侵犯左、右肝管汇合部，无门静脉、肝动脉侵犯，无肝区或肝段萎缩；Ⅱ型，肿瘤侵犯左、右肝管汇合部，有或无门静脉、肝动脉侵犯，无肝区或肝段萎缩；Ⅲa型，肿瘤侵犯左、右肝管汇合部，侵犯右肝管为主，伴门静脉或肝右动脉侵犯，有或无肝区或肝段萎缩；Ⅲb型，肿瘤侵犯左、右肝管汇合部，侵犯左肝管为主，伴门静脉或肝左动脉侵犯，有或无肝区或肝段萎缩；Ⅳa型，肿瘤侵犯左、右肝管汇合部，侵犯右半肝2级胆管，伴门静脉右支或肝右动脉侵犯，未超出P点范围，有右半肝肝区或肝段萎缩；Ⅳb型，肿瘤侵犯左、右肝管汇合部，侵犯左半肝2级胆管，伴门静脉左支或肝左动脉侵犯，未超出U点范围，有左半肝肝区或肝段萎缩；Ⅴ型，肿瘤侵犯范围超出U点和P点，伴门静脉左、右支和肝左、右动脉侵犯，有或无全肝萎缩。肝门部胆管癌术前利用三维可视化技术了解胆管变异及肿瘤侵犯情况，对选择合理手术方式及胆肠吻合方式有重要意义。

2.5三维可视化肝脏、胆道3D打印和分子影像学技术指导手术

对需行右半肝切除或扩大右半肝切除联合肝尾状叶切除术，以及肿瘤侵犯血管、需行血管切除或重建的肝门部胆管癌患者，术前可利用三维可视化模型测算标准肝脏体积和剩余肝脏体积，尽可能保留正常肝组织，降低术后因肝脏体积不足导致的肝衰竭风险，还可行肝脏、胆道3D打印，用于术中间接导航。术中利用分子影像学技术辅助界定肿瘤侵犯肝组织边界、检测肝断面是否存在胆汁漏，使手术过程游刃有余，由既往“摸着石头过河”变成“看着石头过河”。利用数字化微创外科技术行3D腹腔镜手术，保证手术有的放矢，实现解剖性、功能性、根治性肝切除术，可最大程度减少患者损伤，减少术后并发症发生［11］。

2.6肝门部胆管癌三维可视化诊断与治疗平台的构建

现代影像学的发展促进了胆道外科进步。既往，外科医师仅能依靠CT、MRI等检查所得二维图像，结合自身临床经验，通过大脑抽象思维，形成对疾病的三维认知。但这种感知认识是不确定和模糊的，有时甚至失真［12］。外科医师一直期望术前能获得并熟知胆道肿瘤患者肝脏内部如门静脉、肝静脉、肿瘤等的三维可视化结构和空间位置关系，进行术前规划，提高手术安全性，保障患者预后。因此，笔者将数字虚拟人技术转化为数字医学技术，应用于肝门部胆管癌患者的诊断与治疗研究，构建了肝门部胆管癌三维可视化诊断与治疗平台［13］。该平台内容包括：(1)采集肝门部胆管癌患者CT检查“四期”数据，对数据进行再处理，获得高质量亚毫米薄层CT检查数据。(2)通过内部网络传输系统将数据传送至服务器储存。(3)提取患者CT检查数据，导入三维可视化系统，构建三维可视化模型，包括：①个体化门静脉分型；②个体化肝动脉分型；③个体化肝静脉分型；④根据门静脉、肝静脉血流拓扑关系，进行个体化肝脏分段和体积测算；⑤个体化肝门部胆管癌分型诊断。(4)对复杂性肝门部胆管癌患者，还进行3D打印。(5)术前行个体化虚拟仿真手术。(6)验证实际手术与术前规划的一致性。该平台在临床应用中取得了良好效果［13］。

3结语

肝门部胆管癌解剖位置复杂，涉及众多重要血管和胆管，手术难度极大。精准医学时代，精确地术前诊断和个体化手术规划，使外科医师在肝门部胆管癌术前对肿瘤与重要血管的关系、重要血管变异等情况有了立体、形象的认识，从而指导手术、减少副损伤和术后并发症、保证手术成功。随着计算机和数字医学技术的发展，三维可视化技术、3D打印和分子影像学技术也必将进一步发展，术前诊断准确率进一步提高，进而提高肝门部胆管癌可切除性。此外，靶向治疗将驱动肿瘤生长的信号传导通路作为治疗靶点，为肝门部胆管癌治疗提供新希望。这些都将是转化医学在肝胆外科的良好应用。笔者相信，通过整合精准地术前手术规划和术后靶向治疗,有望达到肝门部胆管癌的精准治疗。

参考文献

参考文献略

本文引用格式

方驰华,李乔林,蔡伟.从数字虚拟人技术到数字化微创外科：三维可视化技术在肝门部胆管癌诊断与治疗中的转化应用［J］.中华消化外科杂志,,17(4):-.DOI:10./cma.j.issn.-..04..

FangChihua,LiQiaolin,CaiWei.Fromdigitalvisualhumantechnologytodigitalminimallyinvasivesurgery:translationalapplicationofthree-dimensionalvisualizationtechnologyinthediagnosisandtreatmentofhilarcholangiocarcinoma［J］.ChinJDigSurg,,17(4):-.DOI:10./cma.j.issn.-..04..

(收稿日期:-03-19)

(本文编辑：王雪梅)

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