研究背景肝脏是肝癌好发器官之一,我国是肝癌发病的大国。目前外科手术治疗是肝癌的主要治疗方法。随着CT、MRI等影像学技术的发展,许多高难度、极其复杂的肝癌手术得以开展,使肝脏外科有了长足的进步。然而,CT、MRI等影像学图像是二维的,难以提供肝脏及其内部脉管解剖结构的全部信息,尽管目前的MRI及多排螺旋CT具有强大的后处理功能,但其只能在价格昂贵的MRI或CT工作站完成,限制了其临床应用的广泛性,且其重建的结果往往难以满足临床外科医生的要求,也不能对感兴趣区域进行颜色标注、放大、缩小、透明化,从多角度不同方位进行观察,无法提供一个供外科医生术前演练仿真手步骡,优化手术方案的平台。近年来,外科技术的进步发展促使肝癌切除的手术成功率大大提高,然而,由于肝脏解剖结构的复杂性,肝脏内部脉管系统的多变异性和生理功能的特殊性,依然使肝脏外科手术极具难度与风险。如何能让外科医生术前清晰地了解肝内复杂的解剖结构,尤其是肝癌大小、形状、空间位置,肝脏血管管径,走行,分支距离,有无变异及肝癌与脉管的空间毗邻关系等情况,以达到术前精确诊断来指导指导肝癌外科治疗方案的制定。如何能在术前测量残肝体积百分比,并结合患者其它临床资料来综合评估肝癌切除的手术风险,以降低术中出血、胆汁漏、肝功不全、肝衰竭等严重并发症的发生率；如何能让外科医师在肝脏重建模型上反复演练手术步骤,优化手术方案,熟悉手术流程,提高手术技能,以提高手术的成功率,均是目前肝脏外科的热点研究问题。本研究利用自主研发的腹部医学三维可视化系统(MI-3DVS)对40例肝癌患者术前64排螺旋CT亚毫米原始数据进行三维重建,使肝脏内部复杂的脉管系统及其与肝癌的空间解剖关系清晰、直观地显示出来,进而初步拟定手术方案,计算残肝体积百分比,结合患者其它临床资料,不断优化手术方案,进而虚拟仿真手术,以追求术前精准诊断,术中精确操作,术后尽快康复,力求达到精准肝切除的目标。目的1.研究基于64排螺旋CT亚毫米原始数据的三维重建在肝癌外科诊治中的应用；2.研究残肝体积百分比计算在肝癌外科诊治中的应用；3.研究仿真手术在肝癌外科诊治中的应用。方法1.材料：(1)荷兰飞利浦公司64排螺旋CT及其后处理工作站Mxview(南方医科大学珠江医院影像中心)；(2)惠普刀片式服务器；(3)腹部医学图像三维可视化系统(MI-3DVS);(4) DICOM CT图片查看器：(5)ACDSee10.0图片处理及转换软件；(5) FreeForm Modeling System(美国SensAble Technologies公司)；(6)力反馈设备PHANToM (PHANToM Desktop);2.对象：40例符合研究标准的我院2010年6月至2011年6月期肝癌患者(男31例,女9例,年龄为49.4±14.7岁),采集其术前64排螺旋CT亚毫米增强扫描数据。排除了肝外转移,肝功能Child C级或患者一般情况较差等无法进行手术切除及无手术可能性的患者,所有病例都经病理证实为原发性肝癌。3.亚毫米64排CT原始数据获取：(1)扫描参数设定：采用上腹部CTA,扫描时管电压120KV、管电流300mAs、每旋转1周所用时间为0.5s、螺距(pitch).984、层厚5mm；(2)分成四个期进行扫描：平扫期、动脉期、门脉期、延迟期,四期扫描完成后将原来层厚5mm的原始图像数据推薄至1mm；(3)扫描前需如下准备：患者禁食水4小时以上,扫描前20分钟饮清水300ml使胃肠道充盈,右肘静脉留置红色套管针备术中注射造影剂,采用优维显370造影剂。增强期扫描时以5ml/s的速率注射造影剂,动脉期扫描根据测量主动脉的造影剂峰值自动触发,一般在注射造影剂后的第20-25s,门脉期扫描时间段一般为第50～55s,随后立即进行延迟期扫描；(4)数据传输与储存：在Mxview图像后处理工作站上将亚毫米原始数据通过专线内网传输至数字医学研究中心惠普刀片式服务器储存,导出进行下一步三维重建工作。4.3D模型的重建：本研究的分割方法采用阀值分割法与区域生长法、三维分割与二维分割相结合的方法。利用DICOM查看器和ACDSee10.0图片转换软件对原始CT数据经进行批量格式转换和图像调整处理后,导入MI-3DVS进行快速图像分割、3D重建,肝脏、肝癌、肝动脉、门静脉系统、下腔静脉系统的3D模型分别进行,各个3D模型完成后实行自动配准。5.个体化肝脏分段原则：与Couinaud干脏分段有所不同,本研究以门静脉和肝静脉的一、二级分支作为分段依据,根据门静脉和肝静脉的走行变异,以保证各段有独立的供血及回流管道系统为前提,进行肝脏个体化分段,以利于肝癌的精准定位和指导手术方案的制定。6.手术方案规划：(1)肝癌的精确定位：采用半手工标识点分段法,以肝内血管(门静脉和肝静脉)的一级和二级分支作为分段依据,根据Couinaud肝段划分原则,个体化划分肝段,肝段划分完毕后,透明化肝脏,观察肝癌所在肝段位置,隐去肝癌所在肝段,独立观察肝癌与周围肝段的空间距离及解剖关系,以指导手术方案的制定；(2)残肝体积百分比测算：运用放大、缩小、透明化、多角度等手段对3D模型感兴趣区域进行详细观察,以清晰地掌握肝癌的空间分布、形状、血供,肝内脉管的空间走行、有无变异,分支距离及其与肝癌的空间比邻关系,初步拟定手术方案,进而仿真手术,运用MI-3DVS自带的体积测量工具进行测量残肝体积、功能肝体积及肝癌体积。残肝体积百分比=残肝体积/功能肝体积x100%,肝癌体积百分比=肝癌体积／功能肝体积x100%。如果残肝体积百分比能保证术后的肝脏代偿增生,则真实手术按照此初步拟定的方案执行,否则,则改进手术方案或改用保守治疗。7.仿真手术：利用腹部医学图像三维可视化系统(MI-3DVS)的仿真手术软件,进行肝脏切割手术虚拟。通过观察重建模型肝癌与肝内脉管的解剖关系,肝癌的空间分布、形状、大小,拟定手术方案,用仿真手术软件可对立体重建模型进行大小及空间的随意控制,运用自主研发的“仿真手术器械”仿真肝癌切除全过程,成功完成手术切割、结扎、缝合等操作。8.统计学方法：本研究仅涉及功能肝体积、肝癌体积、切除的功能肝体积、残肝体积的平均数及标准差的计算。结果1.二维CT数据显影40例肝癌患者的二维CT原始数据显影清楚：肝脏、肝癌、肝动脉、门静脉系统、肝静脉和下腔静脉系统均显示清晰,增强扫描效果佳,肝动脉肝内二级分支,门静脉肝内三级分支,肝静脉肝内三级属支均能得到清楚地显示,肝癌血供清晰显示,肝癌与肝内脉管之间的关系大体清楚。2.肝脏及肝内外脉管系统的3d重建3D重建模型能清晰、形象逼真地显示肝脏、肝癌及肝内外脉管的解剖结构。可清晰地观察到肝脏有无增生肥大,肝癌的空间位置及其血供,可通过对感兴趣部位进行局部或整体性进行放大、缩小、透明化及多方位旋转以观察肝动脉、肝静脉、门静脉空间分布、有无变异、走行、分布,并可从不同角度观察肝癌病灶与肝内管道系统的空间解剖关系。3.个体化分段个体化肝脏分段中,肝左叶未分型3例,即肝癌侵犯肝静脉根部,肝左叶失去分段的管道依据；肝中静脉双支型4例,此分型与Couinaud分段原则相同,但Ⅳ、Ⅷ或Ⅳ、Ⅴ肝段的分界是肝中静脉左侧支；右后下静脉型4例,此型以肝右静脉与肝右后下静脉为段边界将右半肝分成上、中、下3个扇区,门静脉右支分支再将每个扇区分成2段,按顺时针方向依次命名为V—X段；余下的为常规型,29例,与Couinaud分段相同。4.残肝体积百分比与肝癌体积百分比计算40例肝癌患者功能肝体积介于1287.31±263.32ml；肝癌体积介于235.73±224.53ml；切除的功能肝体积介于432.57±234.21ml；残肝体积介于854.73±241.70ml；肝癌体积百分比(即肝癌体积/功能性肝体积)：<10%18例,>10%而≤20%9例,>20%而≤30%7例,>30%而≤40%3例,>40%3例。术前利用MI-3DVS测得的残肝体积百分比结合患者的临床资料进行手术风险评估,术前计算40例患者的残肝体积百分比均能满足术后肝功代偿增生的要求,评估结果与真实风险一致,按术前拟定手术方案进行手术,术后患者恢复良好,无1例发生肝功不全、肝衰竭等严重并发症。5.仿真手术与真实手术：仿真手术全过程具有“力”的反馈感觉及形体力学的效果,形态逼真,沉浸感强。通过术前对初步拟定的不同手术方案和不同手术方法和路径仿真手术进行反复演练,制定最优手术方案,成功地指导了40例肝脏肝癌的精准肝切除术。6.预后：40例行肝癌切除治疗的患者,术后恢复良好。术后病理报告均属于肝癌,平均术后住院时间为11天,术后1月内无复发,住院期间无死亡病例。每位患者出院后每隔一个月返院复诊,出院后均随访3个月,生活质量较术前改善,无瘤或带瘤生存良好。术后所有病例均残肝功能代偿良好,无1人发生肝功不全、肝功能衰竭等严重并发症。结果证实MI-3DVS对手术方案的安全性与风险评估与术中术后真实情况一致。结论1.3D重建模型基于64排螺旋CT亚毫米原始数据,能清晰、直观、形象逼真地显示肝脏、肝癌及肝内外脉管复杂的解剖结构,有助于术前精确诊断；2.个体化肝脏分段符合肝癌解剖特点,利于肝癌精准定位,有助于手术方案的制定；3.术前残肝体积百分比计算有助于手术可行性、安全性的风险评估,有助于手术方案的制定,有助于减低手术风险、减少手术并发症的发生；4.术前仿真手术,有助于优化手术方案,可帮助外科医生熟悉手术过程,加快术中决策,减少术中出血,减轻手术创伤,有助于术中精准操作。