右半肝门静脉3D分型及基于门静脉流域的计算机肝脏分段研究

发布时间：2017-06-18 22:04

  本文关键词：右半肝门静脉3D分型及基于门静脉流域的计算机肝脏分段研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：研究背景原发性肝癌(hepatocellular carcinoma,HCC)居世界癌症发病率第六位,死亡率第二位。在中国,每年大约有383000人死于肝癌,占世界肝癌死亡人数51%。肝切除和肝移植是目前最有望根治原发性肝癌,提高生存率的治疗方式。肝切除治疗HCC的原则是彻底清除病灶、最大程度保护剩余肝脏功能以及最大限度减少手术创伤。病理学研究发现肝癌细胞通过侵犯门静脉分支并随门静脉血流在荷瘤肝段内播散形成子灶是肝癌肝内转移主要方式。解剖性肝切除在彻底清除病灶的同时,一并切除受累门静脉分支流域荷瘤肝段,降低了术后微转移灶生长、复发的危险,是肝切除治疗肝癌首选手术方式。而术前肿瘤以及受肿瘤侵犯的肝段门静脉的定位是解剖性肝切除术的基础。既往对门静脉主干及其一二级门静脉分支形态学观察多适用于以肝叶、半肝切除为主的大块肝切除。观察对象为肝脏腐蚀铸型标本,由于尸体肝脏失去血压支撑,其走形和分布和活体状态存在一定差别。此外,离体尸肝的肝分段方位术语描述是相对于桌面而言,得出的各肝段相互之间为上下左右关系,与实际腹腔载体真实肝段之间腹侧段和背侧段关系并不相符。解剖性肝切除以肝段和亚肝段为切除单元,对门静脉的解剖要求精确到3-4级门静脉分支,主要通过向3级门静脉分支注射美兰使荷瘤肝段肝实质染色,沿染色界限离断肝实质。为避免肝实质离断平面出现偏离,解剖性肝切除以肝静脉的走形为肝实质离断平面的导引,因此,立体观察门静脉和肝静脉的空间关系也是解剖性肝切除重要内容。随着计算机图形学技术的发展以及与医学影像技术的结合,三维重建软件实现了活人体肝内血管的立体可视化观察,大样本量数据,有利于得出真实的门静脉走型和分布规律。门静脉左支主干由门静脉横部向左转为角部再潜行移为矢状部,向左外方发出Ⅱ段和Ⅲ段门静脉分支,向右方发出Ⅳ段门静脉分支,上述分支的数量、走形和分布较为固定和简单。右肝位置深,是肿瘤好发位置,且右肝门静脉解剖复杂,变异多见,历来都是解剖学家和肝胆外科专家研究的重点和难点。因此,本课题第一部分采用与深圳旭东数字医学影像技术有限公司共同研发的三维可视化软件MI-3DVS(The Medical Image Three-Dimensional Visualization System)对符合纳入标准的上腹部增强CT扫描病人肝内门静脉和肝静脉进行分割和重建,立体观察右半肝门静脉走形、分布及分支规律,归纳总结右半肝各肝段门静脉分支3D分型,为解剖性右肝病灶肝段切除提供形态学依据。肝脏分段是肿瘤定位的有效手段,Couniaud肝分段是目前临床最常见的肝脏分段方法,虽然应用广泛, 然而在存在门静脉变异的情况下,Couinaud分段方法与实际情况不甚相符。Couinaud分段以肝静脉和门静脉作为肝段划分的依据,尽管各肝段具有门静脉供应和肝静脉回流,但和实际门静脉分支流域划分的肝段在形态、位置以及体积上并不相符。而解剖性肝切除术在彻底切除肿瘤的同时,需同时切除荷瘤肝段以防止微小癌栓的残留决定肝切除方式不能以Couinaud肝段为单元进行肝切除,以门静脉流域的肝脏分段方法将一个门静脉三或四级分支所属区域划归为一个肝切除单元契合了解剖性肝切除的手术原理,可辅助解剖性肝切除术的精准实施,被世界各地肝胆外科专家所认可。以门静脉流域肝分段方法最早由日本学者Takayssure提出,作者认为门静脉分段可全部划定为腹侧段和背侧段关系。Cho也提出基于门静脉分支的肝脏分段方法,作者认为尽管左右肝体积不同,但是门静脉左右支仍然可以看做左右对称,因此将肝脏划分为外上段、外下段、内侧段、前腹段、前背段、后段以及尾状叶共7段的新的分段方法。Fasel对门静脉3级分支的数量进行观察统计,发现平均每个个体3级门静脉分支数量平均有20(9-44)支,因此提出“1-2-20”的肝脏分段概念,并且作者指出此种分段方法在数量上并不会与Couinaud分段出现矛盾,20个分段在需要的情况下可简化为8段。解剖性肝切除术确定肝段的界限和范围目前主要通过超声引导下目标门静脉穿刺染色的方法施行,然而此种方法只有在术中才能明确拟切除肝段的范围和界限,如何术前确定各门静脉流域划分的肝段边界、范围和体积仍然困扰着广大肝胆外科医生。随着三维重建软件的快速发展和各种数学算法的提出,如LASA算法,NNSA算法,一些软件已经允许对相应血管所供应的区域和体积进行精确计算和界定。术前即实现了解剖性肝切除术术前肝段范围界定和体积计算,有利于肝切除手术规划的详细制定和手术的安全实施。因此,本课题第二部分在广州市科技计划重点项目《基于肝内血管交互分割技术的个体化肝脏分段研究》(21300000185)的资助下,以第一部分右肝门静脉3D分型和左肝门静脉三维重建为基础,精确计算肝内三至四级分支血流灌注区域,指导肝脏各肝段的准确划分。拟探索一种基于门静脉流域的计算机肝脏分段方法,并通过临床解剖性肝切除术前模拟切除的肝脏体积和术后实际切除肝脏体积相关性检验以及Bland-Altman一致性统计学分析验证基于门静脉流域的计算机肝脏方法学的准确性。一、基于三维可视化技术的右半肝门静脉3D分型研究目的1.采用三维可视化技术研究右半肝门静脉系统的解剖,进行右肝门静脉3D分型；2.探讨门静脉3D分型对解剖性肝切除的临床意义。材料和方法1.研究对象2015年3月至2015年9月之间,收集南方医科大学珠江医院336名病人上腹部增强CT数据,按照规定的纳入和排除标准,最终纳入120名数据质量较高的人群。其中男64例,女56例,年龄10-85岁,平均年龄47.5岁。2.仪器和设备(1)多排螺旋CT：所有数据采用荷兰64或256排PHILIPS螺旋CT扫描,PHILIPS Brilliance, Netherlands,获取多期CT增强数据；(2) Mxview飞利浦CT工作站。(3)惠普刀片式服务器。(4)高性能计算机。(5)与深圳旭东集团共同研发的腹部医学图像三维可视化软件MI-3DVS (The Medical Image Three-Dimensional Visualization System,授权编号：2008SR18798)。3.CT数据的采集和存贮CT扫描参数和方法详见参考文献(Fang C, Liu J, Fan Y, et al. Outcomes of hepatectomy for hepatolithiasis based on 3-dimensional reconstruction technique[J]. Journal of the American College of Surgeons,2013,217(2):280-288)4.三维重建将Dicom格式的门静脉期、肝静脉期CT数据导入MI-3DVS系统,采用基于边界信息模型的几何主动轮廓模型的水平集算法进行肝脏组织的分割,采用基于改进的Hessian矩阵血管增强算法和区域生长算法分割门静脉、肝静脉,移动立方体算法进行分割数据的三维重建。观察门静脉走形、分支及分布规律,有无变异情况等。结果1.三维重建结果重建出的门静脉可显示到3-4级分支,其走形、分布及分支变异情况可得到清晰直观显示,与肝静脉空间位置关系也可达到清晰立体显示。2.门静脉主干分型结果根据Cheng式门静脉分型以及Atri门静脉分型的标准将门静脉主干分为以下4型：Ⅰ型,普通型,门静脉主干于肝门处发出门静脉右支和门静脉左支,门静脉右支再发出右前支和右后支,此型最为常见,共有102例(85.0%)；Ⅱ型,三叉型,门静脉左支、右前支、右后支呈三叉状从肝门区发出,无门脉右支形成,共有9例(7.5%)；Ⅲ型,工字型,即门静脉主干先发出门静脉右后支,门静脉右前支和左支共干,共有5例(4.2%)；Ⅳ型,门静脉主干直接分为门静脉右后支和左支两支,门静脉右前支发自左支,共有4例(3.3%)。3.右前区门静脉与肝静脉空间关系Ⅷ段门静脉背侧支向右后方向越过肝右静脉主干共有102例(85.0%),未越过肝右静脉18例(15.0%),其中因出现粗大右后下静脉导致肝右静脉短小未越过共有8例(6.7%)。Ⅷ段门静脉腹侧支向左越过肝中静脉主干共有68例(56.7%)。4.右半肝门静脉分支分型结果根据各肝段门静脉三级分支血管的起源、走形方向,将P5、P6、P7、P8分为以下3D分型。P5可分为5型：A型31例(25.8%),P5为来自右前支的主干；B型10例(8.3%),P5无主干形成,由来自前上方P8背侧支和腹侧支分支组成；C型43例(35.8%),P5由发自右前支主干的分支以及P8向下的背侧支和腹侧支分支共同组成；D型有7例(5.8%),P5直接来自右支主干,无门静脉右前支主干形成；E型29例(24.2%),P5部分血供来自门静脉右后支。P8可分为4型,A型47例(39.2%),背侧支+腹侧支；B型39例(32.5%),背侧支+腹侧支+外侧支；C型16例(13.3%),背侧支+腹侧支+内侧支；D型18例(15.0%),背侧支+腹侧支+外侧支+内侧支。P6可分为4型：A型51例(42.5%),P6发自门静脉右后支,P7和P6分为两支通过共通管分别发出；B型18例(15.0%),P6发自右支主干,P6和P7分为两支,直接从门静脉右支主干分别发出；C型47例(39.2%),P6为弓状门静脉右后支的尾侧支；D型4例(3.3%),P6部分血供来自右前支门静脉分支。P7可分为6型,A型41例(34.2%),P7发自门脉右后支,P7和P6分为两支通过共通管分别发出；B型17例(14.2%),P7发自门静脉右支主干,P7和P6分为两支,直接从门静脉右支主干分别发出；C型40例(33.3%),门静脉右后支呈弓状走形,P7为右后支的头侧支；D型7例(5.8%),P7和P6组成门静脉右后支主干,另有一直径较粗的发自右后支主干的P7支配右后上区。E型12例(10.8%),P7与P6共干组成右后支,另有一支直径较粗的P7发自P7；F型2例(1.6%),另有一支P7发自门静脉左右支分叉处支配右后上区。结论1.右半肝门静脉走形复杂,常见较多变异,采用三维可视化技术有利于观察并总结出忠于患者实际解剖结构的各肝段门静脉分支的分布规律。2.门静脉3D分型为解剖性肝切除术提供了形态学依据,熟悉门静脉3D分型有利于解剖性肝切除术的精准实施。二、基于门静脉流域的个体化计算机肝脏分段研究目的1.研究一种基于门静脉流域的个体化计算机肝脏分段方法；2.探讨基于门静脉流域的计算机肝脏分段方法在解剖性肝切除术中的应用价值。材料和方法1.研究对象2014年12月-2016年2月期间,南方医科大学珠江医院HCC患者行手术切除65例,其中基于术前MI-3DVS手术规划行解剖性肝切除16例,男14例,女2例,平均年龄47.74±10.1岁。肿瘤直径(5.274±2.64)cm,二次手术切除2例。肿瘤直径大于5cm 9例。肿瘤直径小于5cm 7例。乙型肝炎患者12例,丙型肝炎1例,乙型肝炎合并丙型肝炎1例,影像学诊断为肝硬化患者14例。2.仪器和设备(1) PHILIPS BRILLIANCE 64/256排螺旋CT。来源：荷兰PHILIPS公司；(2) Medrad stellant高压注射泵；(3)注射对比剂：非离子型对比剂,优维显(4)图像后处理工作站：Mxview workstation(CT自带)。来源：荷兰PHILIPS公司；(5)南方医科大学数字医学临床实验中心HP刀片式服务器。来源：美国HP公司；(6)计算机系统：Intel酷睿15以上4核64位CPU,8G以上内存,20G以上的可用硬盘空间,64位Windows 7操作系统,NVidia(1G以上显存)显卡,至少支持1280*1024以上分辨率显示器(7)与深圳旭东集团共同研发的腹部医学图像三维可视化系统MI-3DVS(The Medical Image Three-Dimensional Visualization System,授权编号：2008SR18798)。3.CT数据采集及存储同第一部分所述。4.肝脏和门静脉数据的分割和重建同第一部分所述。5.计算机肝脏分段过程基于门静脉流域的计算机肝脏分段方法主要包括3个方面：即提取门静脉血管中心线；利用第一部分总结的各肝段门静脉3D分型对提取的中心线进行肝段的标记；最后根据标记的中心线进行肝段的划分。5.1提取门静脉血管中心线将分割后的门静脉血管模型通过迭代细化的方法将三维血管结构简化为血管中心线,中心线的简化过程不能改变原血管树的拓扑结构关系,通过不断细化血管表面体素,直到不能细化为止。5.2门静脉血管中心线标记将门静脉血管树模型存储成树形数据结构,根据门静脉血管的分支情况,对树形结构上的每一个节点进行标记,使不同标记的中心线对应不同的肝段。5.3根据标记的中心线进行肝段划分采用快速最近邻域近似分割算法(NNSA,The Neareast Neighbor Segment Approximation)划分出门静脉三级分支血供流域对应的肝段在肝脏表面分界和内部界限。6.手术方法根据具体情况采取右肋缘下或“人”字型切口。开腹后首先解剖第一肝门,鞘内解剖法解剖出门静脉主干及其二、三级分支。对于右前叶或者右后叶的肝切除,优先选择美兰染色的方法进行肝实质的染色,选择20G套管针穿刺肝蒂的门静脉,按照每个肝段4m1剂量注射,根据肝脏表面染色情况,可适当加减美兰剂量和推进速度,当推注完后,立即将该肝蒂阻断带收紧,标识肝脏表面染色范围和界限。对于肝段切除的病例,在没有超声辅助穿刺的情况下,可先予以暂时阻断右前或者右后肝蒂,标识各肝叶之间缺血界限,再沿右前右后缺血线切开一部分肝实质,随着肝实质离断深度的加深,找到目标肝段门静脉,予以阻断,观察各肝段在肝脏表面的缺血线,以明确肝段之间的界限。7.统计学分析分别计算术前MI-3DVS模拟切除的荷瘤肝叶／肝段体积以及术后采用排水法测量的实际切除的肝叶／肝段体积,采用Person相关性检验方法对两组肝脏体积进行相关性检测。再采用Bland-Altman法来评估术前模拟解剖性肝切除的肝脏体积和术后实际肝脏体积体积之间的一致性。结果1.重建出来的肝脏分段模型可清楚观察到各肝段之间范围和界限,通过半透明化肝段,可清晰显示各肝段门静脉分支供应和肝静脉回流情况。2.术前模拟解剖性肝段切除表面分界和内部界限与术中实际分界及内部界限一致性较高。3.术前MI-3DVS模拟的解剖性肝叶／肝段体积与术后实际切除肝叶／肝段体积相关性较高,相关性检验方程y=1.023x-17.716,R2=0.914,术前术后体积差值均数d=-8.06m1,差值的标准差Sd=49.33m1,95%一致性界限为-8.06士1.96x49.33m1,即(-104.75,88.63),具有较好的一致性。结论1.以门静脉三级分支血供的计算机肝脏分段方法可真实显示各肝段解剖结构,提供术者立体的解剖功能信息。2.基于门静脉流域的个体化计算机肝脏分段与实际肝脏分段具有较好的一致性,该分段方法有助于临床解剖性肝切除术的精准实施。
【关键词】：三维可视化 门静脉 肝脏分段 解剖性肝切除
【学位授予单位】：南方医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R735.7
【目录】：

• 摘要3-11
• ABSTRACT11-22
• 第一部分 基于三维可视化技术的右半肝门静脉3D分型研究22-42
• 引言22-23
• 材料和方法23-26
• 结果26-33
• 讨论33-39
• 参考文献39-42
• 第二部分 基于门静脉流域的个体化计算机肝脏分段研究42-73
• 引言42-43
• 材料和方法43-48
• 结果48-57
• 讨论57-70
• 参考文献70-73
• 不足与展望73-74
• 中英文缩略词对照表74-75
• 成果75-76
• 致谢76-77

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本文编号：460924