研究背景全球每年有600,000例新发的肝细胞肝癌患者,亚洲国家占据了其中的将近78%。东亚地区(包括中国大陆、香港、台湾、印度尼西亚、韩国等)肝细胞肝癌的首要致病因素就是乙肝病毒感染,而亚洲占了全球3.6亿乙肝病毒携带者中的绝大多数。原发性肝癌的发病率占全球癌症发病率的6%,其死亡率占全球癌症死亡率的9%。原发性肝癌是死亡率排名第二的癌症,而中国占了全球原发性肝癌的发病率和死亡率将近一半。虽然对于原发性肝癌的治疗方式仍存在争议,但是手术切除一直在原发性肝癌的综合治疗中占据着主导地位。手术切除可以为一些原发性肝癌患者提供治愈的机会,并且可以延长接受手术治疗的患者的生存期。对于大多数局限在肝段、肝叶或者是半肝的原发性肝癌,规则性肝切除是常规的手术方式。而中央型肝癌(主要位于Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅷ段)病发位置较为特殊,且涉及肝脏重要管道结构,故其手术极其复杂、难度大、风险高。中央型肝癌由于其位置的特殊性,传统手术切除方式是行左／右半肝,左／右三肝切除。这些手术方式往往要切除整个肝脏体积的60%至80%,术中大出血及术后肝功能衰竭的风险均非常高,尤其是对伴有肝硬化或者术前肝功能异常的患者而言,这些风险更高。1972年McBride首次提出肝中叶切除术,行肝脏Ⅳ,Ⅴ及Ⅷ段整块切除,但因当时外科技术所限而未能普遍开展。近年多项临床研究表明,该术式减少了不必要的肝组织损伤,在安全性方面有一定优势,已逐步获得肯定并应用于临床。目前,对肝功能良好、没有肝硬化的中央型肝癌患者,较为推荐的手术方式是肝中叶切除术。肝中叶切除时,术中出血量仍然很大,入肝血流阻断时间很长。此外,肝中叶切除术后的两个肝断面都贴近血管和胆管的主干,术后胆瘘、出血的风险更大。在中国,80%到90%的肝癌患者都有不同程度的肝炎后肝硬化,所以他们中的大多数都无法承受肝中叶切除术。因此,针对这些患者,进行个体化的手术规划来保留更多的肝实质是非常重要的。为了实现个体化的中央型肝癌手术规划,三维可视化技术是十分有帮助的。笔者所在科室在三维可视化技术应用于临床上已有10年的经验,并且已通过临床对照研究证实了联合三维可视化技术的个体化术前规划在中央型肝癌手术中的效果。近几年来,随着肝脏3D打印、分子影像技术的开展,结合三维可视化技术的个体化术前规划的研究基础,在中央型肝癌的治疗上,构建了一套中央型肝癌三维可视化诊治平台。本文目的是通过研究三维可视化中央型肝癌术前规划和中央型肝癌三维可视化诊治平台的应用,以说明三维可视化技术在中央型肝癌诊治的作用。一、三维可视化技术在中央型肝癌术前规划中的应用目的：1.根据临床经验和解剖结构基础,对中央型肝癌进行了三维可视化分型。2.联合三维可视化技术的术前规划在中央型肝癌手术中的应用。方法：1.研究对象收集2008年4月至2014年3月期间116位在南方医科大学肝胆外科接受外科治疗的中央型肝癌患者,对这些患者的临床资料进行回顾性分析。2.联合三维可视化技术的术前规划的技术流程2.1上腹部增强CT扫描所有患者均接受256层螺旋CT (Philips Brilliance,荷兰)增强扫描,获取薄层CT数据,具体参数及方法详见参考文献。2.2数据采集及储存在南方医科大学珠江医院影像中心256排CT的Mxview工作站中,将获取的肝脏肿瘤患者平扫期、动脉期和门静脉期、肝静脉期“四期,,CT数据再次处理,获取薄层(0.625-1.5mm)CT图像DICOM数据,通过内部网络系统传输至南方医科大学数字医学临床中心HP刀片式服务器并存盘。2.3三维重建模型构建将收集的薄层CT数据导入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、肝脏周围脏器、肝脏肿瘤、脉管系统(肝动脉、肝静脉、门静脉和胆管)等三维图像重建,并通过软件图形处理工具对3D图像模型进行平滑和去噪等处理。观察肝脏脉管走行,以及其与肝脏肿瘤空间关系,并进行肝脏脉管正常与变异分析分型统计。通过三维可视化技术获取的3D图像模型,可根据需要,进行肝脏、肿瘤与脉管的自由组合和适当透明化(如0.3-0.5),进行放大、缩小、旋转,可多角度、全方位观察并分析,肝脏脉管分型,了解其与肝脏肿瘤的空间关系,进行测量肝肿瘤与感兴趣脉管距离。2.4个体化肝静脉分型、个体化门静脉分型和个体化肝动脉分型通过对中央型肝癌三维可视化模型的观察,了解肝脏脉管走行,以及其与肝脏肿瘤空间关系,并进行肝脏脉管正常与变异分析分型统计。肝动脉分型,根据Michels分型,分10型；门静脉分型,根据门静脉Cheng分型,分为7型；肝静脉分型,根据Nakamura分型；分为3种类型。2.5肝脏Couinand分段、模拟肝切除和肝体积测量肝脏功能解剖分段是基于Couinand原理,肝段是指以具有独立的一个或多个包含在Glisson鞘的门管三联(即动脉、门静脉、胆管属支)供应,并具有相应的肝静脉属支回流区域。进行Couinaud肝脏分段,将不同的肝段用分别采用不同的颜色加以区分,可将每个肝段进行适当透明化处理,观察肝脏肿瘤所属肝段、肝叶部位,进行虚拟肝切除,计算虚拟切除肝体积、残肝体积、残肝体积与功能肝体积比,以及功能肝体积(功能肝体积=全肝体积-肿瘤肝体积)和肿瘤肝体积计算。2.6中央型肝癌的三维可视化分型根据肿瘤的位置、肿瘤与肝内管道的关系及需要切除的肝段,将中央型肝癌分成5个亚型,每种分型均有其对应的手术方式。I型：肿瘤位置位于Ⅴ,Ⅷ段或右前叶。它的特点是肿瘤靠近或者侵犯与一些门静脉的分支,但是并不粘附或者侵犯门静脉右支主干。这种类型的中央型肝癌进行的手术方式是Ⅴ,Ⅷ段切除±部分的Ⅳ切除。Ⅱ型：肿瘤位置位于Ⅳa、Ⅳb段或左内叶。它的特点是肿瘤靠近或者侵犯与一些门静脉的分支,但是并不粘附或者侵犯门静脉左支主干。这种类型的中央型肝癌进行的手术方式是Ⅳa、Ⅳb段切除±部分的右前叶切除。Ⅲ型：肿瘤位置位于Ⅳ,Ⅴ,和Ⅷ。它的特点是肿瘤范围较大、在肝实质的位置较深,或者它十分贴近肝中静脉的主干。此外,其术前肝功能是正常,可以保留足够的有功能的肝脏体积。这种类型的中央型肝癌进行的手术方式是肝中叶切除(Ⅳ,Ⅴ,和Ⅷ段切除±Ⅰ段切除)。Ⅳ型：肿瘤位置位于Ⅳ,Ⅴ,和Ⅷ。它的特点是肿瘤范围较大、在肝实质的位置较深,并且贴近或者直接侵犯门静脉右支/左支主干,或者贴近或者直接肝右/左静脉主干。此外,其术前肝功能是正常,可以保留足够的有功能的肝脏体积。这种类型的中央型肝癌进行的手术方式是右半肝切除(Ⅴ, Ⅵ,Ⅶ,和Ⅷ段),左半肝切除(Ⅱ,Ⅲ,和Ⅳ段),右三肝切除(Ⅳ,Ⅴ, Ⅵ,Ⅶ,和Ⅷ段),左三肝切除(Ⅴ,Ⅷ,Ⅱ,Ⅲ,和Ⅳ段)V型：肿瘤位置位于Ⅳ,Ⅴ,和Ⅷ的表面。它的特点是肿瘤没有贴近或者直接侵犯门静脉或者肝静脉的主干。这种类型的中央型肝癌进行的手术方式是进行肿瘤的局部切除。结果：1.术前一般资料和临床指标两组间无统计学差异。2.术中数据两组的手术方式、术中输血量、术中出血量均无显著差别。但是A组的手术时间更短,术中进行入肝血流阻断的比例更低。3.术后并发症及术后临床结果两组发生术后并发症的人数没有显著差别,但是B组患者更容易发生Clavien Ⅲ、Clavien Ⅳ、Clavien Ⅴ级的并发症(死亡)(3.3% vs 14.3%；p=0.048)。两组患者术后发生腹水的情况有显著差异(A组2例VS B组8例；p=0.048)。A组患者比B组患者发生术后胆漏(A组1例VS B组6例)和腹腔脓肿的(A组1例VS B组5例)的例数少,但是并没有显著差异。两组患者术后发生腹水的情况有显著差异(A组2例VS B组8例；p=0.048)。结论：虽然中央型肝癌的手术方式仍存在争议,但是对于需要尽量保留功能肝组织的患者而言,个体化的中央型肝癌切除是一个更为安全的选择。本研究证实了三维可视化技术指导的中央型肝癌术前规划在个体化的中央型肝癌切除时,是一个合理并且有意义的方法。二、中央型肝癌三维可视化诊治平台的应用研究目的：1.中央型肝癌三维可视化诊治平台的构建。2.研究中央型肝癌三维可视化诊治平台在中央型肝癌诊治过程中的作用。方法：1.研究对象收集2013年3月——2016年3月南方医科大学珠江医院肝胆外科31例中央型肝癌患者临床资料。2.中央型肝癌三维可视化术前规划2.1数据收集和中央型肝癌三维可视化模型构建,同第一部分。2.2个体化肝静脉分型、个体化门静脉分型和个体化肝动脉分型,同第一部分。2.3中央型肝癌的三维可视化分型,同第一部分。2.4个体化肝脏分段、肝体积测量和虚拟肝切除,同第一部分。3.3D打印技术3D打印模型的构建,具体流程见正文第二部分。将3D打印模型带入手术室与术中手术情况进行实时比对,通过调整3D打印物理模型并置于最佳解剖位置,对关键部位快速识别和定位,可为手术关键步骤提供直观的导航。通过精确定位病灶并确定手术切除平面,实时引导重要脉管的分离和肿瘤病灶的切除。4.ICG介导的近红外光检测技术采用光学分子影像手术导航系统引导下的ICG近红外荧光显像对中央型肝脏肿瘤患者进行肿瘤切除手术,将切缘、切除的病灶行病理检查。具体流程见正文第二部分。术中利用光学分子影像手术导航系统(光学分子影像手术导航系统(SNS)由中国科学院自动化研究所自主研发)对肝癌病灶进行术中实时导航,并且确定肿瘤边界以及切缘。将切缘、切除的病灶行术中冰冻病理检查,验证其在肝脏肿瘤边界界定及判断肿瘤切除后断面有无残留病灶方面的准确性。检测设备在距离手术野60cm处进行侦测,不会污染手术野。术中密切观察不良事件观察并评价,对临床出现的不良反应,需随访至症状消失。5.中央型肝癌三维可视化诊治平台的构建随着3D打印技术和ICG介导的近红外光检测技术在中央型肝癌诊治过程中的应用,并且结合近年来中央型肝癌三维可视化术前规划成熟应用的经验。我们制定了中央型肝癌三维可视化诊治平台,本研究中的31例中央型肝癌患者均按照以下流程进行诊治。具体流程见正文第二部分。结果1.中央型肝癌三维可视化术前规划及手术方式Ⅰ型共有5例患者,均进行了Ⅴ、Ⅷ段±局部切除；Ⅱ型共有2例患者,均进行了Ⅳ段±局部切除；Ⅲ型共有2例患者,均进行了肝中叶切除；Ⅳ型共有7例患者,其中有1例进行了右三肝切除,6例进行了左/右半肝切除；V型共有15例患者,均进行了不规则切除。2.三维可视化肝脏3D打印共14例患者进行了三维可视化肝脏3D打印,这14例患者均属于个体化三维可视化分型中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型。在术前和术中可从多维度、直观地观察解剖结构,立体展示了肝肿瘤与脉管的空间立体关系,可明确重要脉管的走行。3.ICG介导的肝脏肿瘤切除在15例V型患者中,共有11例患者在我院进行了在光学分子影像手术导航系统引导下的肝脏肿瘤切除术。患者肿瘤病灶在光学分子影像手术导航系统下显示明亮的荧光信号,从而可快速、准确定位肿瘤位置,引导医生进行准确切除。4.患者术中、术后指标详见正文第二部分。结论：中央型肝癌三维可视化诊治平台可以使中央型肝癌的术前诊断和规划流程化,术前规划和术中导航的结合有助于手术切除的精准性和规范化。