研究背景肝胆管结石病(hepatolithiasis)是我国的常见病、多发病,具有强烈的地域分布特点,在华南、西南、长江流域及东南沿海等广大区域尤其是广大农村地区尤为多见。其病情复杂,常引起严重的并发症如肝脓肿、胆汁性肝硬化、门静脉高压症甚至肝胆管癌等,是终末期胆病最常见的原因,也是我国良性胆道疾病死亡的重要原因。肝胆管结石病的病因目前还不完全清楚,与胆道慢性炎症、细菌感染、胆道蛔虫、营养不良等因素有关,多属胆色素结石。肝胆管结石可单独存在,也可与肝外胆管结石并存。肝胆管结石病程长而复杂,治疗困难,具有高结石残留率、高结石复发率、高并发症发生率等特点。从1958年黄志强等首次报道以肝叶切除术治疗肝内胆管结石以来,肝胆管结石的治疗主要靠外科手术,治疗原则是：“去除病灶,取尽结石,矫正狭窄,通畅引流,防治复发”。现有肝胆管结石病的手术方法主要包括：各种类型的肝切除术、高位胆管切开取石术、狭窄胆管整形、经肝实质胆管切开取石术、各种胆肠吻合术、肝移植术等。应根据肝内胆管结石数量及分布范围、肝管狭窄的部位和程度、肝脏的病理改变、肝脏功能状态及患者的全身状况,制定针对具体病例的个体化治疗方案并选择合适的手术方法。近年来,随着手术方法、技巧不断进步,肝胆管结石手术效果不断提高,但肝胆管结石手术的术后残石率仍为30%-90%,二次手术率高达56.4%,即使普遍使用纤维胆道镜,残石率仍可达19.5%。主要原因是结石在肝内胆管分布广泛,胆管走行多变,而且存在多发性、复杂性胆管狭窄；肝胆管结石手术另外一个极具风险的原因,是胆管及血管走行的判断问题。结石在肝内胆管分布广泛,长期慢性的胆管炎、胆道慢性梗阻导致的胆道结构已经扭曲、变形、扩张、狭窄,邻近的肝脏组织同时受影响发生坏死、增生、纤维化、萎缩、肥大等病理改变,原本就已非常复杂的肝内管道系统变得更加错综难辨,为术前准确判断血管、胆管及其与病灶的关系带来不确定因素,手术成败常存在致命的不确定因素。现有的肝胆解剖学知识是将正常人体肝脏进行剖切或通过管道铸型等方法以后观测获得,因此获得的信息已经被限定在固定的模式中,不具备个体化、精准性的特点；现代影像学检查如B超、CT、MRCP、 ERCP、PTC等对于结石和胆管狭窄的情况均难以做出精确的分析。肝胆外科医师一直向往术前能获得并熟知肝脏内部的三维重建(3D)结构,进行术前规划和手术演练。目前临床上有多种基于CT、MRI原始数据的三维重建软件应用,如德国的Mevis系统、法国的Myrian系统和美国的EDDAIQQA-Liver系统,但主要用于骨科、耳鼻喉科等领域,腹部外科的应用主要是肝脏等实质性脏器病变的术前评估和手术规划。本课题组在数字虚拟人研究的基础上,在国家“863”项目基金等的支持下,自行研发了具有自主知识产权的腹部医学图像可视化系统(Medical Image Three-Dimensional Visualization System, MI-3DVS)和虚拟手术器械仿真系统,并获得CFDA资质认证。通过对患者进行个体化的三维重建、诊断分析、仿真手术,指导术前手术规划和实际手术,MI-3DVS广泛应用于肝胆胰疾病的外科临床诊治。在肝胆管结石诊治方面,使用MI-3DVS对肝胆管结石患者进行个体化三维重建,准确显示结石的部位、分布、大小、形态、数量,狭窄胆管的部位、长度和程度,明确肝脏转位、萎缩、肥大及结石肝段内的分布等情况,准确显示胆管系统与肝动脉、肝静脉及门静脉的空间解剖关系,并进行个体化的肝脏分段、体积计算；根据3D模型作出精确的个体化的3D分型诊断,并进行可视化仿真手术。术中通过三维可视化技术指导执行规则或不规则的、保护性肝叶或肝段切除术等手术治疗肝胆管结石病,取得了良好的手术效果。随着微创外科的发展,各种类型的腔镜、内镜外科技术在肝胆管结石的治疗中发挥越来越重要的作用,传统的外科手术模式向更准确、精细、微创化和多信息导向的智能化转变。但腔镜、内镜设备和技术的临床应用各有优缺点,如何扬长避短、综合利用,使得科学技术更好地服务患者大众,是临床医生孜孜不倦的追求。本研究运用三维可视化技术指导胆道硬镜靶向碎石取石术治疗肝胆管结石,观察并分析其外科手术效果,评价其在肝胆管结石外科治疗中的应用价值。结合前期的研究,构建肝胆管结石的临床数字化微创外科诊治平台。目的1.收集肝胆管结石患者高质量的CT数据,构建个体化的三维重建模型。2.制订合理的个体化微创外科手术方案,指导胆道硬镜靶向碎石取石术。3.探讨三维可视化技术指导胆道硬镜靶向碎石治疗肝胆管结石的应用价值。4.构建肝胆管结石数字化微创外科诊治平台。材料与方法1.临床资料选取南方医科大学珠江医院肝胆外科2012年06月至2014年02月收治的肝胆管结石患者,纳入标准为：(1)无合并急性梗阻性化脓性胆管炎；(2)心、脑、肺等脏器良好；(3)肝功能Child-PughA、B级。排除标准为：(1)胆管癌；(2)有手术禁忌证。符合上述标准的共40例,其中女26例,男14例,年龄33-76(53.5±11.5)岁。病程2-16年,平均8.7年。肝功能Child-Pugh分级：A级29例,B级11例(其中C级1例,经积极治疗后术前评估为B级)；轻度黄疸8例,中度黄疸5例。27例患者既往有胆道手术史。合并高血压9例,2型糖尿病7例。所有患者均签订知情同意书,本研究经南方医科大学伦理委员会批准。2.设备2.1数据采集设备：(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/ml);(3)图像后处理工作站：Mxview工作站(PHILIPS Brilliance256层螺旋CT自带)；(4)南方医科大学数字医学临床中心HP刀片式服务器、高配置计算机；(5)腹部医学图像三维可视化系统MI-3DVS;2.2手术设备与器械：(1)日本奥林巴斯腹腔镜、电子胆道镜；(2)德国KARL STORZ3D腹腔镜；(3)德国Wolf F8/9.8cm硬质胆道镜；(4)深圳市聚兴隆医疗设备公司的气压弹道碎石机(JML-6型)、可调压输水泵；(5)其他：取石钳、Cook网篮、胆道球囊扩张器、花斑导丝、8F-16F扩张器、14F-22F鞘管等。3.CT扫描参数采用256层螺旋CT (Philips Brilliance,荷兰)扫描,具体参数及方法详见参考文献。4.数据采集及储存收集患者平扫期、动脉期和门静脉期“三期”高质量的亚毫米薄层CT图像数据,详见参考文献。5.三维重建将三期亚毫米CT数据导入自主研发、具有自主知识产权和CFDA资质的腹部医学图像三维可视化软件系统(MI-3DVS),使用基于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、胆道系统、结石、血管系统等的三维重建,并通过面数据图形处理工具对3D模型进行平滑和去噪等处理,具体详见参考文献。6.个体化分型诊断、肝脏分段及体积计算通过将三维重建模型进行放大、缩小、旋转可视化,观察、分析肝内外胆管系统分布特点及其与肝脏血管系统的三维空间解剖关系,结石的部位、分布、大小、形态、数量,胆管狭窄或扩张的部位、长度和程度。结合《肝胆管结石病诊断治疗指南》,应用三维可视化技术对每例患者进行个体化的3D分型诊断。在3D模型上基于门静脉及肝静脉进行个体化的肝脏分段,划分好的肝段用不同的颜色加以对比区分。分段透明化处理,明确肝脏转位、萎缩、肥大等情况。对需要行肝段或肝叶切除术的患者进行全肝、拟切除肝段、残肝体积计算以及残肝体积占肝脏整体体积的百分比,为手术切除范围提供参考及安全性评估。7.实际手术根据患者病情、实验室检查、三维重建模型等结果,并通过肝胆管结石仿真手术系统论证,制订最合理的个体化手术方案,术中使用三维可视化技术间接导航指导实际手术,手术方式包括：(1)三维可视化技术引导下经皮肝窦道胆道硬镜靶向碎石取石术治疗多次胆道术后残石；(2)三维可视化技术引导下腹腔镜联合胆道硬镜靶向碎石取石术；(3)三维可视化技术引导下开腹手术中胆道硬镜靶向碎石取石术；(4)三维可视化技术引导下经皮肝窦道胆道硬镜靶向碎石取石术治疗Ⅱc型结石；(5)三维可视化联合3D腹腔镜、胆道硬镜靶向碎石取石术治疗肝胆管结石。术中观察实际手术中所见肝内外管道解剖结构与结石分布是否与3D模型一致,以及实际手术方式与仿真手术的符合情况。8.术后随访术后2周常规行T管或胆道支撑管造影,根据造影结果确定拔管时间；狭窄段胆管支撑导管留置3-6个月。术后行CT检查并行三维重建,评价病情转归。术后每2-3月门诊随诊,一年后每半年门诊随访。9.评价指标术中结果：手术时间、术中出血量、术中输血量、术中并发症、术中结石清除率。术后结果：术后住院天数、术后残石率、术后结石复发率、术后并发症发生率。结合上述临床指标综合评价三维可视化技术指导胆道硬镜靶向碎石取石术在肝胆管结石病外科诊治中的应用价值。10.统计学处理本研究不涉及统计分析。结果1.三维重建结果本组40例患者通过MI-3DVS软件对肝脏、胆道系统、结石、肝内血管系统进行精确分割和个体化的三维重建。3D模型结构清晰、形象逼真、立体感强,准确显示结石的部位、分布、大小、形态、数量,胆管狭窄的部位、长度和程度,肝脏转位、萎缩、肥大,胆管系统与肝动脉、肝静脉及门静脉的空间解剖关系。2.3D分型诊断结果根据个体化的三维模型进行3D分型诊断,其中：Ⅰ型16例,Ⅱa型13例,Ⅱb型6例,Ⅱc型5例,合并肝外胆管结石28例。3.手术结果MI-3DVS三维重建模型完全忠实于肝胆管结石患者病变情况,术中所见结石大小、形态、数量、位置,胆管走行、狭窄部位、狭窄程度与三维重建模型显示均一致。40例患者中,行三维可视化技术引导下经皮肝窦道胆道硬镜靶向碎石取石术治疗多次胆道术后残石17例,其中Ⅱc型结石5例；行三维可视化技术引导下腹腔镜联合胆道硬镜靶向碎石取石术11例；行三维可视化技术引导下开腹手术中胆道硬镜靶向碎石取石术9例;行三维可视化联合3D腹腔镜胆道硬镜靶向碎石取石术治疗肝胆管结石3例。条件不允许一次取尽结石的5例患者在三维可视化技术指导下行二期经窦道胆道硬镜靶向碎石取石术。条件允许的35例患者一次术中结石清除率为100%,术中均通过胆道镜证实无结石残留。因患者年龄大、结石多、手术时间长、胆道出血、冲洗生理盐水过量等原因造成的条件不允许一次性取尽结石的5例患者,二期在三维可视化技术指导下行经窦道胆道硬镜靶向碎石取石,最终结石清除率为100%。手术时间(141.4±58.2)min,术中出血量为(42.6±30.1)ml,术中输血量为(26.9±68.7)ml,残石率为零,术后住院时间为(10.1±3.6)天。1例Ⅱc型患者少量胆道出血,经去甲肾上腺素等处理后缓解；无胆道损伤、穿孔、大出血、胆漏、急性胰腺炎、肝脓肿、肝功能衰竭等并发症发生。4.随访结果40例患者均获得术后随访,患者术后随访4-24个月,平均随访18.8±5.0月,随访期间无结石复发病例；总体并发症发生率为5.0%,2例术后发作胆管炎,经胆管造影等证实无结石复发,口服药物治疗后症状消失,随访半年均未再发作。结论1.三维可视化技术解决了肝胆管结石临床诊治瓶颈,个体化的三维重建模型立体、直观、清晰地显示结石的大小、部位、数量、形态和分布,胆管狭窄部位、程度和长度,胆管与肝动脉、肝静脉、门静脉的空间解剖关系,明确了解剖变异；2.三维可视技术有利于指导个体化手术方案的制订,指导实际手术,提高了手术精确度和安全性；3.三维可视化技术指导的经胆道硬镜靶向碎石取石术提高了结石清除率,降低手术并发症发生率；4.三维可视化技术指导的经胆道硬镜靶向碎石取石术实现了术前精确诊断、术中靶向碎石取石,拓宽了手术范围,为肝胆管结石患者提供了新的数字化微创外科治疗技术；5.数字化微创外科诊治平台实现了肝胆管结石病的解剖数字化、诊断程序化、手术可视微创化,最大限度地提高了手术成功率,确保了微创手术效果。