曾宁肝门部胆管癌三维可视化精准诊疗平台
2016-10-15 来源：本站原创 浏览次数：次引用本文：曾宁，方驰华，范应方，等．肝门部胆管癌三维可视化精准诊疗平台构建及临床应用[J]．中华外科杂志，，54（9）：-．
肝门部胆管癌三维可视化精准诊疗平台构建及临床应用
曾宁 方驰华 范应方 杨剑 项楠 祝文 刘军 蔡伟 莫志康
肝门部胆管癌发病率占肝外胆管癌的58%～75%，且呈逐年上升趋势。手术切除是肝门部胆管癌的最主要治疗方式[1]，实现肝门部胆管癌术前精准评估，优化其手术规划十分重要[2,3]。近年来，随着数字医学技术的发展及三维（three-dimensional，3D）可视化精准诊疗理念的推广和实践，国内外3D可视化技术、3D打印技术在医学领域的应用越来越多。3D可视化和3D打印模型比CT、MRI等二维图像更直观、更精确，有助于肝门部胆管癌的精确诊断、术前评估和精准手术，逐步为肝胆外科医师所接受[4]。我科成功构建了肝门部胆管癌3D可视化精准诊疗平台，并取得满意效果，现报告如下。
资料与方法
一、一般资料
本研究纳入标准：（1）术前影像学诊断为肝门部胆管癌；（2）肝功能分级为Child-PughA或B级；（3）Ⅰ型肝门部胆管癌行肿瘤局部切除，胆肠吻合术；Ⅱ型行肝脏4b段切除、5段部分切除、1段切除，胆肠吻合术；Ⅲa型行右半肝切除、肝脏1段切除，胆肠吻合术；Ⅲb型行左半肝切除、肝脏1段切除，胆肠吻合术；Ⅳ型行肝脏4b段切除、5段切除，胆肠吻合术；（4）所有患者术前均成功构建3D重建模型。排除标准：肝内外有广泛转移或严重侵犯主要血管（肝动脉主干、门静脉主干）。
年1月至年12月我科共收治肝门部胆管癌患者57例，其中符合纳入和排除标准者32例。男性20例，女性12例；年龄40～85岁，平均62岁。Bismuth-Corlette3D可视化分型：Ⅰ型2例、Ⅱ型5例、Ⅲa型10例、Ⅲb型11例、Ⅳ型4例。术前均行上腹部超声、CT及MRI检查，收集原始CT数据。其中年12月至年10月收治的5例患者（Ⅲa型1例、Ⅲb型2例、Ⅳ型2例）经3D重建后构建1∶1比例的3D打印模型。
所有患者均签署知情同意书，且经我院伦理委员会批准，符合医疗护理操作常规。
二、3D可视化模型的构建
1．利用体绘制交互的分割算法、区域生长法和面绘制等方法进行肝脏、肝脏周围器官、肝脏肿瘤、脉管系统的3D重建。具体方法及参数设置见文献[5]。
2．3D可视化指导个体化肝静脉、门静脉、肝动脉和胆管分型：（1）个体化肝动脉分型：个体化3D可视化肝动脉分型参照Michels[6]的肝动脉分型确立，分为10型；个体化3D可视化门静脉分型参照Cheng分型[7]确立，分为7型；个体化3D可视化肝静脉分型参照文献[8]中介绍的分型确立，分为3型；个体化3D可视化胆管分型参照文献[9]中介绍的方法依据CT分型确立。（2）个体化肝脏分段、肝体积测量：3D可视化肝脏分段、体积计算根据血流拓扑关系进行，即每一个功能区域的肝段均由独立的门静脉供血和肝静脉回流所决定[10]。
3．3D可视化指导下门静脉变异的手术规划：肝门部胆管癌最大的特点是肿瘤早期侵犯门静脉，加之门静脉变异率较高，门静脉在肝门部胆管癌手术规划中十分关键。应用3D可视化技术可清楚辨别各型门静脉的变异、定位肝切除极限点（U点指门静脉左支水平部与矢状部的转角处；P点指门静脉右前支、右后支分叉部）。
我们对临床上常见的4种门静脉变异进行汇总和分析：（1）Ⅰ型（图1A），即Cheng分型Ⅰ型，正常型。（2）Ⅱ型（图1B），即Cheng分型Ⅱ型：右前门静脉、右后门静脉、门静脉左支呈三分叉形；由于门静脉左支主干依然存在，U点可确定，在Ⅲa型肝门部胆管癌行右半肝切除时，方法同Ⅰ型，然而在Ⅲb型肝门部胆管癌行左半肝切除时，由于P点往第一肝门前移，所以P点与第一肝门的距离缩短。（3）Ⅲ型（图1C），即Cheng分型Ⅲ型：门静脉右后支直接发自门静脉主干，左支及右前支亦来自门静脉主干。这种情况下，右半肝切除时，必须分离出门静脉左支和右前支，将门静脉左支置带保护后才可以切断门静脉右前支。而左侧胆管分离极限点依旧是U点，左半肝切除时，必须分离出门静脉左支和右前支，将右前支置带保护后才可以切断门静脉左支。（4）Ⅳ型（图1D），即Cheng分型Ⅳ型：门静脉右后支直接发自门静脉主干，门静脉右前支来自门静脉左支主干。这种情况下，右半肝切除时，必须分离出门静脉左支和右前支，将门静脉左支置带保护后才可以切断右前门静脉。而左侧胆管分离极限点依旧是U点，左半肝切除时，必须分离出门静脉左支和右前门静脉，分离右前门静脉时需要尽量靠近左侧劈开一部分肝脏以保护右前门静脉。
图1 临床上4种常见门静脉变异类型的三维重建模型图像；1A示Ⅰ型，门静脉主干（MPV）在肝门处分为门静脉左支（LPV）和门静脉右支（RPV），RPV向右侧走行并分为门静脉右支前支（RAPV）和门静脉右支后支（RPPV）；1B示Ⅱ型，MPV在肝门处呈三分叉状，分为LPV、RAPV和RPPV；1C示Ⅲ型，MPV先发出RPPV，LPV和RAPV共干；1D示Ⅳ型，MPV先发出RPPV，RAPV发自LPV
4．3D打印：以STL格式储存3D可视化模型文件，导入至3D打印机（美国ZCorporation公司，型号：SpectrumZTMDprinter）的桌面界面软件ZEdit?，薄层数据发至3D打印机，使用高性能复合材料ZP逐层打印、制造肝脏脉管和肝脏肿瘤3D物理模型。
三、3D可视化诊疗平台的构建
参考文献[11]，本研究中的32例肝门部胆管癌患者的诊治流程见图2。
图2 肝门部胆管癌患者的诊治流程图
四、统计学方法
采用SPSS20.0统计学软件进行分析。符合正态分布的计量资料采用±s表示，不符合正态分布的计量资料采用中位数（数值范围）表示。
结果
一、3D可视化技术的结果
本组患者均成功构建3D模型，包括肝脏、肝静脉、肝动脉、门静脉、胆道系统和肿瘤等。3D可视化模型可通过放大、旋转、透明化操作，从多角度多平面观察目标器官的解剖结构，明确肿瘤的大小和位置、肝内脉管系统走行及有无变异、肿瘤与周围重要脉管的毗邻关系等，为术者提供清晰的术前虚拟3D重建图像。
二、3D打印技术的结果
5例患者真实立体的3D打印模型均被成功构建。打印出肝脏、肝静脉、肝动脉、门静脉、扩张的胆道及肿瘤清晰可见，术前可°旋转，观察肿瘤与门静脉及肝内各管道的关系，尤其在出现管道变异的情况下，能精准定位肝切除的极限点。
三、手术方式
所有患者均顺利行外科手术治疗；其中Ⅰ型2例行肿瘤局部切除，胆肠吻合术；Ⅱ型5例行肝脏4b段切除、5段部分切除、1段切除，胆肠吻合术；Ⅲa型10例行右半肝切除、肝脏1段切除，胆肠吻合术；Ⅲb型11例行左半肝切除、肝脏1段切除，胆肠吻合术；Ⅳ型4例行肝脏4b段切除、5段切除，胆肠吻合术。手术时间～min，术中失血量～0ml，平均ml；术后住院时间12～42d，平均25d；术后第3天总胆红素水平7.3～.0μmol/L，平均μmol/L；术后出现胆漏1例，经通常引流内科治疗治愈；无肝功能衰竭及围手术期死亡病例。
典型病例的具体诊治流程如下。
患者男性，59岁，因皮肤巩膜黄染半月余入院。术前上腹部增强CT及MRI检查：肝门部占位，肝内胆管广泛扩张。3D重建后显示门静脉变异为Cheng分型Ⅱ型，肿瘤位于门静脉上前方，未侵犯门静脉右前支及肝右动脉（图3A）。术前3D可视化3D打印进行手术规划，确定既保证病灶R0切除又可避免损伤门静脉右前支的最佳切入点，术中不断调整操作方案（图3B）。术前考虑右肝胆管分离极限点应在门静脉右前支、右后支的分叉处，若行左半肝切除则极限点（P点）位置应向第一肝门前移，此时肝切面距离门静脉右前支已非常接近，术中如误伤门静脉右前支，将导致肝脏5、8段缺血坏死而被迫行扩大左三叶切除术，致使剩余肝脏体积百分比仅为32.45%（.58ml），术后很可能发生肝功能衰竭。故术中应行左半肝切除术，剩余肝脏体积百分比为68.78%（.57ml）（图3C，图3D）。
图3 胆管细胞癌患者（男性，59岁）术前及术中图像：3A示术前增强CT扫描图像，可见肝门部肿物，肝内外胆管广泛扩张；3B示术前肝脏管道系统和肿物的三维重建图像，可见扩张的胆管、肿物与三分叉门静脉之间的关系；3C示术前肝脏的三维重建图像，可计算切除和剩余肝脏体积、模拟左半肝切除术；3D示术前肝内管道系统与肿物的三维打印模型，可见U点及P点关系；3E示术中图像，可见门静脉右前支、右后支、左支，分别置带牵引；3F示术中行左半肝切除＋右肝胆管空肠Roux-en-Y吻合术后图像
将3D可视化3D打印模型带入手术室，进行实时导航。先游离肝动脉置带悬吊，显露后方门静脉，再游离出门静脉主干并置带；结合患者3D可视化3D打印模型，下降肝门板后发现门静脉发出3个分支，在肝外分离出门静脉右前支、右后支予置带保护，避免损伤门静脉右前支，继续向左侧解剖发现左支进入矢状裂，予置带牵引（图3E），均暂未离断；试夹门静脉左支，发现左半肝颜色明显变暗，右半肝颜色正常，于此处结扎切断门静脉左支、肝左动脉及肝左静脉，完成左半肝联合尾状叶切除、肝十二指肠韧带骨骼化清扫、右肝管成形、空肠Roux-Y吻合术（图3F）。术前3D可视化3D打印模型与术中情况相一致。手术时间min，术中出血量ml，术后住院时间14d。病理诊断：胆管细胞癌，肝脏切缘病理阴性。
讨论
一、3D可视化精准诊疗平台对肝门部胆管癌个体化术前评估的意义
肝门部胆管癌预后不佳，目前外科手术仍然是患者获得长期生存的唯一治疗方法。肝门部胆管癌患者往往需要行较大范围的肝切除术，甚至扩大的左/右肝叶＋联合尾状叶切除术[12]。通过术前3D重建，能够清晰显示肝内外血管、扩张胆管的立体解剖结构，有无肝内血管的变异及其与肿瘤的毗邻关系及浸润程度[13,14]。
在门静脉存在变异的情况下，通过3D可视化3D打印模型可在术前准确定位胆管分离极限点，对于肝门部胆管癌的手术尤为重要。我科将虚拟3D可视化3D打印技术应用于肝门部胆管癌手术规划，取得良好的治疗效果[15,16]。在本研究中，我们采用虚拟3D可视化精准诊疗平台对伴有4种常见类型的门静脉变异的肝门部胆管癌进行汇总和分析，根据每种类型的特点，制定了相应的手术处理方式。通过3D可视化模型，我们可以准确定位胆管分离极限点，缩短了手术时间，提高了手术成功率。
二、3D可视化精准诊疗平台对肝门部胆管癌个体化术前评估的疗效分析
获得R0切除及保证手术的安全性是肝门部胆管癌手术的目标，也是预防术后复发的基本条件。对于胆汁淤积肝功能受损的患者，如何最大程度地保留剩余肝脏的体积及功能已成为当前肝脏外科发展的焦点。本研究中，我们在3D可视化术前手术规划的指导下，部分病例还进行了3D打印模型的构建，实现了术中实时导航、精准定位肿瘤及辨析肝内重要管道的关系的目的，尤其针对门静脉变异的情况，可精确定位胆管分离极限点，快速确定肝切除范围，缩短了手术时间，尽量保留较多的功能性肝脏体积，所有患者的手术均顺利完成，术后仅1例出现少量胆漏，经通常引流内科保守治疗治愈，术后未发生肝功能衰竭和围手术期死亡。
三、3D打印技术在Ⅲ、Ⅳ型肝门部胆管癌诊治中的应用价值
3D打印物理模型可帮助医师提高疾病诊断的准确率，进行复杂的肝门部胆管癌手术术前规划，特别对于在二维CT或MRI图像上不易理解的解剖结构和疾病，3D物理模型的应用价值非常大。术前将3D可视化模型进行等比例3D打印，能真实立体地展示肝门部肿瘤与肝脏脉管的空间关系；将3D打印模型带入手术室，通过精确定位病灶、血管，并确定手术切除平面，可为手术关键步骤提供直观的实时导航，实现完整切除病灶、保证切缘阴性和避免重要解剖结构副损伤的目的，提高手术精准性，降低手术风险[17]。
（参考文献略）
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