三维可视化、3D打印及3D腹腔镜在肝肿瘤外科诊治中的应用研究

发布时间：2020-07-20 11:23

【摘要】：前言肝脏肿瘤患者术前常规进行上腹部增强CT扫描,可获取CT二维图像信息,但是对CT二维图像的理解,医生需凭借经验在头脑抽象为3D图像,才能对肝脏肿瘤疾病进一步诊治,这种经验常常是不够可靠,可能出现偏差的。而CT工作站上的自带计算机3D重建软件,需影像科医师阅片后进行3D重建,提供给临床医师的3D图像不能自由组合观察脉管与肿瘤空间关系,与临床医师需求有一定差别。肝脏具有复杂脉管系统,常伴有变异,在术前对肝脏肿瘤与肝脏脉管进行精准定位,对确保手术安全是非常必要的。数字医学的发展,计算机3D重建软件(如Medical Image Three-Dimensional Visualization System MI-3DVS)解决了这个术前肝脏可视化问题,但是通过计算机2D显示器观察肝脏3D图像模型,空间距离感存在一定缺失。伴随科技的进步,近年来3D打印模型已经应用于临床,如头颈外科、颌面部整形外科、骨科、假体植入等领域,3D打印模型真实的反应了病灶与周围脏器的空间关系,其主要用于术前诊断、解剖定位、虚拟手术,以及指导术中实时操作。有研究表明,采用肝脏3D打印模型应用于小肝癌肝切除术,顺利了完成肝切除术,并获得了阴性切缘；采用肝脏3D打印用于活体肝移植术中,顺利完成了供体肝切除和受体全肝切除手术。在最近20余年,传统2D腹腔镜在肝切除术领域扮演者重要角色,但是其空间深度感缺失等缺点,影响了术中精细操作的完成,进而不利于控制术中出血,这可能是影响传统腹腔镜肝切除术的发展原因之一。3D腹腔镜应时代需求而生,具有良好的景深感、高清分辨率,有助于手术精确定位。实验和临床初步研究均表明,3D腹腔镜有助于减少手术中重复操作,有助于术中复杂操作如缝合、打结等精细操作的完成。方驰华等采用三维可视化联合3D腹腔镜曾对16例肝胆疾病进行外科手术,实现了精准的肝胆外科数字化微创手术。日本Makuuchi等研究表明肝脏恶性肿瘤,主要沿门静脉肝内转移,通过切除肝肿瘤所属肝段,可获得更好的效果,减少术后肿瘤转移复发率。近年来,以肝段切除为本的解剖性肝切除术理念获得更多认可,其目的是切除以门静脉流域为主的肝段或亚肝段、联合肝段等完整去除病灶,同时达到保留剩余肝脏的解剖功能的完整性,即保证残肝的入肝血流和出肝管道的通畅,避免术后残肝淤血、肝功能衰竭等不良事件发生。近年来,微创外科理念逐渐被更多患者和医师所接受。为了全面实现肝脏肿瘤解剖数字化、诊断程序化、手术三维可视化,本文将三维可视化、3D打印和3D腹腔镜技术(简称3-3D技术)应用于肝脏肿瘤的外科诊治中,探讨其应用价值。目的1)收集22例肝肿瘤患者薄层CT数据,构建肝脏三维可视化。2)熟悉三维可视化肝脏脉管的走行、分布,进行脉管分型统计。3)进行三维可视化肝分段,明确肿瘤所属肝段位置,进行虚拟肝切除,计算残肝体积、残肝体积比。4)应用三维可视化进行术前规划、术中指导、术后评估。5)进行肝脏3D打印并观察,进行术前规划、术中指导手术。6)应用三维可视化、3D打印及3D腹腔镜技术(3-3D技术)进行解剖性肝切除术,探讨其临床应用价值。1.方法1.1临床资料收集2013年12月～2015年1月我院肝胆一科22例患者临床资料。纳入标准：(1)根据CT/MRI等影像学诊断肝脏实质性占位病变,包括肝脏良性病变和恶性病变,其中良性疾病包括有症状的海绵状血管瘤,有症状的局灶性结节增生、腺瘤,肝脏恶性肿瘤包括原发性肝癌、继发性肝癌及其他肝脏恶性肿瘤；(2)心肺功能良好,肝功能Child-Pugh A/B;(3)能耐受气腹压。排除标准：(1)肝功能差,Child-Pugh C级；(2)心肺功能差,不能耐受气腹；(3)病变与第一肝门关系密切,影响暴露和分离者,和/或需要胆道、消化道重建等,如肝门部胆管癌等；(4)病变紧邻第二肝门或下腔静脉等血管关系密切者；(5)肝囊肿、肝脓肿等非实质性占位性病变或其他炎症性病变。根据纳入和排除标准共纳入22例患者,其中男14例,女8例；平均年龄52±13岁(范围28～70岁)。术前临床诊断原发性肝癌11例,肝转移癌3例,局灶性结节增生2例,肝血管瘤6例。美国麻醉医生协会麻醉分级ASA评估,Ⅰ级18人,Ⅱ级4人。所有患者均签署知情同意书,并且经南方医科大学珠江医院伦理委员会批准。1.2.仪器与设备1.2.1 3D重建仪器与设备(1)256层螺旋CT (Philips Brilliance,荷兰),探测器组合(0.625mm×256)；(2)双筒高压注射器及造影剂(碘比乐370mg I/m1)；(3)图像后处理工作站：Mxview工作站(PHILIPS Brilliance 256层螺旋CT自带)；(4)腹部医学图像三维可视化系统MI-3DVS;(5)高配置计算机1台,安装MI-3DVS软件系统。1.2.2 3D打印仪器与设备(1)CT扫描仪：256层螺旋CT (Philips Brilliance,荷兰)；(2)医学图像三维可视化系统(MI-3DVS);(3)普通便携式计算机1台；(4)其他相关软件：逆行工程软件Geomagic Studio 2013, Raindrop Geomagic公司,美国；分析软件Geomagic Quaify 2013, Raindrop Geomagic公司,美国；快速成型软件Magic 4.0, Materialise,比利时公司；(5)打印材料：高性能复合材料ZP150, Z Corporation,美国；进口固化胶水Z-bond 90,3D system,美国；(6)3D打印机：Spectrum ZTM 510 3D printer, Z Corporation,美国。1.2.3腹腔镜肝切除术仪器与设备(1)3D腹腔镜设备：德国KARL STORZ 3D高清摄像系统,索尼高清32寸显示器；(2)强生超声刀,美国强生公司；(3)Endo-GIA内镜下直线切割闭合器美国柯惠公司；(4)结扎束血管闭合系统(Ligasure),美国Valleylab公司；(5)其他腹腔镜器械。2.方法2.1.上腹部增强CT扫描256层螺旋CT (Philips Brilliance,荷兰)增强扫描,获取薄层CT数据。2.2.数据采集及储存在影像中心256排CT的Mxview工作站中,将获取CT数据再次处理,获取薄层(0.625～1.5mm)数据并储存。2.3.三维重建将多期薄层CT数据导入MI-3DVS,进行校对、配准和三维重建。2.3.1通过MI-3DVS观察肝脏脉管走行、分布,进行肝脏脉管分型。1)肝动脉分型根据1966年肝动脉Michels分型,即分10型。2)门静脉分型根据1996年门静脉Cheng分型,即分7型。3)肝静脉分型根据1981年肝静脉Nakamura分型。(1)肝左静脉(LHV)和肝中静脉(MHV)汇入下腔静脉(IVC)方式分两型。(2)肝右静脉(RHV)分型：根据肝右静脉、肝右中静脉和肝右下静脉等的不同组合分型分3型。(3)根据肝Ⅳ段静脉回流方式分3型。2.3.2肝脏Couinand分段、虚拟肝切除和肝体积测量根据Couinaud原理,进行三维可视化肝分段；了解肿瘤位于肝段位置,采用MI-3DVS进行虚拟肝脏切除,测量虚拟切除肝体积、残肝体积及残肝体积比。2.4肝脏3D物理模型打印肝脏3D打印步骤：三维图像重建；数字化准备；3D打印；3D打印后处理工作。2.5应用三维可视化、3D打印技术及3D腹腔镜进行解剖性肝切除术采用德国KARL STORZ 3D高清摄像系统和索尼32寸高清监视器,结合三维可视化模型、3D打印模型,进行3D腹腔镜解剖性肝切除术。解剖性肝切除术指的是完整切除荷瘤门静脉流域范围的亚肝段、肝段、多个肝段的肝切除术。解剖性肝切除术定义为保护剩余肝脏解剖结构和功能完整的肝切除术,包括保护剩余肝脏的流入道和流出道完整,解剖性肝切除包括解剖性规则性肝切除和解剖性不规则性肝切除。2.5.1基本手术步骤：1)确定手术体位；2)确定穿刺点并建立操作孔；3)进行3D腹腔镜探查,采用三维可视化图像模型、3D打印模型确定肿瘤位置,决定肝切除术方案；4)三维可视化、3D打印模型指导3D腹腔镜第一肝门解剖并进行区域性入肝血流阻断；5)游离肝脏韧带；6)肝实质的离断；7)处理肝断面；8)取出标本；9)放置引流管。1)3D腹腔镜解剖性右半肝切除术；2)3D腹腔镜解剖性右后区切除术；3)3D腹腔镜解剖性左半肝切除术；4)3D腹腔镜解剖性左外区切除术；5)3D腹腔镜解剖性肝Ⅴ段或肝Ⅵ段切除术；6)3D腹腔镜解剖性肝Ⅷ段切除术；7)3D腹腔镜解剖性肝Ⅳb段切除术。2.6观察指标实验室指标Hb、PLT、PT,以及AST、ALT、TBIL、ALB等；手术完成方式、第一肝门解剖时间、手术时间、术中出血量、术后住院时间、术中输血率、术后并发症和围手术期死亡率,虚拟肝切除体积、残肝体积、实际手术切除体积等。2.7术后随访术后定期1-3月进行肝功能、AFP检查,以及上腹部CT检查并行三维重建。2.8统计学分析采用SPSS 19.0统计软件分析,计量资料用均数±标准差(Mean±SD)表示,分类变量资料用率(%)表示；虚拟切除肝脏体积和实际切除肝脏体积比较采用t检验,其相关分析采用Pearson等级相关分析,P0.05认为差异有统计学意义。3.结果3.13D重建结果可快速对22例患者多期CT数据进行快速精确分割、配准和三维重建,获得了结构清晰、立体感强的肝脏三维可视化3D图像模型。3.1.1肝脏、肝脏脉管与肝脏肿瘤的空间位置关系通过观察三维可视化图像,能清晰辨认肝脏形态、肝肿瘤的部位、大小、形态、数量；以及肝脉管分布、走行以及变异情况,较好反映了肝肿瘤与肝脉管的空间解剖关系；可测量肝肿瘤与感兴趣脉管之间的距离。3.1.2肝动脉分型Michels分型：Ⅰ型占86.4%(19/22),Ⅱ型为9.1%(2/22),Ⅷ型占4.5%(1/22),未见其他型变异。肝动脉变异率为13.7%(3/22)。3.2.2门静脉分型门静脉Cheng分型：Ⅰ型占77.3%(17/22),Ⅱ型占9.1%(2/22),Ⅲ型占9.1%(2/22),Ⅳ占4.5%(1/22)；Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ型未见变异。3.1.3肝静脉分型统计结果1)LHV和RHV汇入IVC方式LHV和RHV共干后汇入IVC占86.4%(19/22)；LHV、RHV单独汇入IVC占13.6%(3/22)。2)RHV分型：Ⅰ型占45.5%(10/22),Ⅱ型占31.8%(7/22),Ⅲ型占22.7%(5/22)。3)肝Ⅳ段静脉分型Ⅰ型占59.1%(13/22),Ⅱ型占9.1%(2/22),Ⅲ型占31.8%(7/22)。3.1.4 肝肿瘤位于Couinaud位置根据Couinaud原理,进行三维可视化肝脏分段,结果如下：位于肝Ⅳ+Ⅵ+Ⅶ+Ⅷ段3例；位于肝Ⅳ+Ⅵ+Ⅷ段1例；位于肝Ⅵ+Ⅶ段2例；位于肝Ⅱ+Ⅲ段5例；位于肝Ⅱ段2例；位于肝Ⅳ段2例；位于肝Ⅴ段1例；位于肝Ⅵ段3例；位于肝Ⅶ段1例；位于肝Ⅷ段2例。3.1.5 MI-3DVS体积测量功能肝体积1248±106ml；肝肿瘤体积137±123ml；虚拟切除肝体积490±228ml；残肝体积885±139ml；残肝体积与功能肝体积之比0.71±0.11(范围0.39～0.86)。(注：功能肝体积=全肝体积—肿瘤体积)3.2 3D打印结果均可获得忠实于CT数据的三维可视化图像模型一致的高保真1：13D物理模型,术前即可从多维度观察肝脏肿瘤与脉管的空间立体关系。3.3手术结果描述3.3.1围手术期结果22例患者中,平均第一肝门解剖时间(42±10)min,平均手术时间(186±92)min,平均术中出血量(284±286)ml,平均术后住院时间(8.6±3.7)d,术中输血率18.2%(4/22),术后实验室指标见表1。其中20例3D腹腔镜下完成了解剖性肝切除术(包括右半肝切除术4例,右后区切除术2例,左半肝切除术2例,左外区切除术5例,肝段或亚肝段切除术7例),平均手术时间(175±89)min,平均术中出血量(212±174)ml,平均术后住院时间(8.0±3.2)d；术中输血率为10%(2/20)；2例中转开腹完成(包括1例为右后区肝切除术,1例肝Ⅷ段肝切除术),均因为解剖位置所限、难以暴露、术中出血,而中转开腹完成手术。中转开腹2例平均手术时间(290±42)min,平均术中出血量(1000±141)ml,术后平均住院时间(15.1±2.6)d。完全腹腔镜患者术后第2-3天一般可下地活动,术后一般2～4d拔除胃肠减压管,术后一般3-7 d可拔除腹腔引流管。3.3.2虚拟切除肝脏体积和实际切除肝脏体积比较虚拟切除肝体积为490±228ml,实际切除肝体积为491±192m1,两者t检验比较(t=-0.016,P0.05),差异无统计学意义,Pearson相关性分析(r=0.979,P0.001),说明虚拟切除肝脏体积和实际切除肝脏体积高度相关。3.3.3术后病理情况肝细胞癌11例,混合性肝细胞-胆管细胞癌2例,转移腺癌2例,肉瘤样肝细胞癌1例,海绵状肝血管瘤6例,局灶性结节性增生2例。14例恶性肿瘤手术切缘均获得阴性切缘(R0)。3.3.4术后并发症胸腔积液3例,腹水1例,胆漏1例,其余17例术后无发生并发症,无围手术期死亡患者。3.3.5术后随访结果22例患者进行了1-11月的随访,中位时间为5月,其中术后6月有1例肝肿瘤出现肝内转移并伴有门静脉癌栓形成。4.典型病例分析5.结论1)三维可视化有助于术前安全性评估、术中操作、术后评估。2)肝脏3D打印有助于术中关键解剖的识别和定位,实时引导重要脉管的分离和肿瘤病灶的切除,提高手术的准确性。3)3D腹腔镜有助于第一肝门解剖、术中精细操作,适合解剖性肝切除术,尤其是大块肝切除术。总之,三维可视化、3D打印及3D腹腔镜技术的联合应用及优势互补,可有助于精准微创肝脏外科手术的实现。
【学位授予单位】：南方医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R735.7
【图文】：

２．４３Ｄ物理模型打印：逡逑３Ｄ物理模型打印包括：犯图像重建；数字化准备；犯打印和犯打印后处理逡逑工作［４’７’２６］。（见图２－ｉａ－ｂ）逡逑ＣＴ数据－逦，３Ｄ邋重建邋Ｉ逦件＇邋Ｉ邋吊户界面逡逑ＭＩ－３ＤＶＳ邋软件．逦Ｉ邋ＺＰｒｉｎｔ？．逡逑Ｉ＿＿逡逑Ｉ巧物理模垫逦Ｉ彩＆３Ｄ邋ｐｒｉｎｔｅｒ化逡逑逦！逦Ｓｐｅｒｔｗｍ邋ＺＴＭｎＯ．逡逑＼逦打印．逡逑彩色邋３０邋原型．逡逑图２－ｌａ邋３Ｄ巧印肝脏物理模型流程W逡逑Ｆｉｇ．２－ｌａ．邋Ｔｈｅ邋ｆｌｏｗ邋ｃｈａｒｔ邋ｏｆ邋化ｅ邋３Ｄ邋ｐｒｉｎｔｉｎｇ邋ｌｉｖｅｒ邋ｐｈｙｓｉｃａｌ邋ｍｏｄｅｌ逡逑９逡逑

逦互维可视化、３Ｄ打印及３Ｄ腹腔镜技术在肝肿瘤外科诊治中的应用研究逦逡逑３N２．４邋ＲＨＶ分型统计结果（见表５，图３－６）逡逑表５肝右静脉Ｎａｋａｍｕｒａ分型逡逑Ｔａｂｌｅ邋５邋Ｔｈｅ邋ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｒｉｇｈｔ邋ｈｅｐａｔｉｃ邋ｖｅｉｎ邋ｂｙ邋Ｎａｋａｍｕｒａ逡逑ＲＨＶ分型：根据ＲＨＶ、肝右中静化（ＭＲＨＶ）和／或巧右下静脉逦各型占总数比率逡逑（ＩＲＨＶ）的不同组合分型逡逑Ｉ型：ＲＨＶ粗大，弓Ｉ流肝右叶大部分，伴有小的或不伴ＩＲＨＶ逦４５．５％邋（１０／２２）逡逑ＩＩ型；ＲＨＶ中等大小，旧ＨＶ中等大小逦３１．８％邋（７／２２）逡逑ＩＩＩ型：引流ＶＨ段的短小ＲＨＶ，ＭＲＨＶ粗大，ＩＲＨＶ较粗大逦２２．７％邋（＾２）逡逑

．．逡逑［＃＇邋ｍ逡逑图３－７ａ邋Ｉ型（白色箭头指肝ＩＶ段静脉，来自图３－７ｂ邋ＩＩ型（１．肝ＩＶ段静脉，来自ＬＨＶ２．

本文编号：2763379