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1 2011;31(10) 南方医科大学学报 J South Med Univ 1669 临床研究基于 MI-3DVS 的数字化微创技术在肝胆管结石诊治中的应用范应方项楠方驰华南方医科大学珠江医院肝胆外科广东广州摘要目的探讨数字化微创技术在肝胆管结石诊治中的临床应用价值方法选择 4 例肝胆管结石患者术前 64 层 CT 数据采用三维可视化软件-腹部医学图像处理系统(MI-3DVS)进行患者肝脏肝内动静脉门静脉和胆道及胆管结石的个体化三维重建进行结石及病变胆管的精确定位诊断根据三维重建结果进行不同手术方案的仿真手术演练确定肝脏切除范围及胆肠吻合方式指导术中微创操作结果 MI-3DVS 三维重建的 4 例患者肝脏肝内血管系统及胆道系统等解剖结构清晰尤其结石的大小及在胆管内的分布病变胆管的部位和程度以及胆管和周围血管的空间解剖关系清晰明了 4 例患者在仿真手术指导下通过部分肝切除取净了结石最大程度保护残肝体积实现了肝胆管结石的微创化手术治疗结论三维重建及可视化仿真手术可实现肝胆管结石的数字化微创治疗将成为肝胆外科一项新的诊疗技术关键词肝胆管结石三维重建数字化微创外科中图分类号 R657 文献标志码 A 文章编号 Application of digitalized minimally invasive technique in treatment of hepatolithiasis based on MI-3DVS FAN Ying-fang, XIANG Nan, FANG Chi-hua First Department of Hepatobiliary Surgery, Zhujiang Hospital, Southern Medical University, Guangzhou , China Abstract: Objective To assess the clinical value of digitalized minimally invasive technique in the treatment of the hepatolithiasis. Methods The 64-slice spiral CT data were acquired from 4 hepatolithiasis patients for three-dimensional reconstruction and simulation operation using abdominal medical image-3d visualization system (MI-3DVS). Three-dimensional reconstruction was performed for the liver, hepatic arteries, hepatic veins, portal veins, intrahepatic bile ducts and calculi. Based on the size and position of the calculi and the distribution of the dilated or stenotic biliary ducts, several simulation operations such as partial hepatectomy and hepaticojejunstomy were performed. With guidance by the findings in the simulation operation, the actual minimally invasive operation was performed. Results The three-dimensional models of the liver, hepatic arteries, hepatic veins, portal veins, intrahepatic bile ducts and calculi were reconstructed successfully, which clearly visualized the site and the number of calculi and the condition of the involved intrahepatic bile ducts. Guided by the three-dimensional models and the simulation operations, partial hepatectomy and hepaticojejunstomy were performed and the calculi were removed completely in all the 4 cases with maximum preservation of the residual liver volume. Conclusion Three-dimensional reconstruction and simulation operation allows digital minimally invasive treatment of hepatolithiasis, which can be a new approach to hepatobiliary surgery. Key words: hepatolithiasis; three-dimensional reconstruction; digitizing; minimally invasive surgery 21 世纪外科新形势以微创外科为基础计算机为外科模拟器和微创外科的新联盟外科将进入数字化时中介将出现人体影像立体可视化介入影像学内窥代 1 以人体器官三维重建和虚拟外科技术为代表的镜非自然通道腔镜 NOTES 手术机器人虚拟现场数字医学技术近年得到了飞速发展已经能够实现术前疾病的精确定位诊断并能通过三维立体定向或导航技收稿日期术实现术中精确操作随着微创理念的深入外科微创基金项目国家高技术发展863计划(2006AA02Z346) 广东省自然科学基技术的发展以及数字医学技术在临床的逐步推广应用金团队项目( ) 一种新的医学诊疗技术-数字化微创技术已经逐步应用 Supported by National High-tech Development Program of China (2006AA02Z346). 于临床 2 我们将三维重建及仿真手术等数字化技术作者简介范应方副主任医师博士 fanyf068700@sina.com 应用于肝胆管结石的外科治疗实现了术前精确诊断通讯作者方驰华 fangch_dr@126.com 并在仿真手术指导下确定了最佳肝脏切除平面和合理 DOI: CNKI: /R 网络出版时间 :56 的引流术式最大程度减少了术中决策和手术操作时间实现了肝胆管结石的数字化微创治疗

1670 南方医科大学学报 J South Med Univ 第 31 卷 1 资料和方法频及截图的带入手术室对照术中探查所见实施必要 1.

1.2 仪器设备 64 排螺旋 CT(Philips Briilianee, 荷兰) DICOM Viewer (Philips 公司) ACD See 9.0(ACD System 公 2.

2 1670 南方医科大学学报 J South Med Univ 第 31 卷 1 资料和方法频及截图的带入手术室对照术中探查所见实施必要 1.1 研究对象的分离操作后按预定仿真手术方案实施手术观察实选择我院2009年10月~2010年10月4例复杂肝胆际手术中肝内血管和胆道的解剖切除病灶和病变胆管结石病患者作为研究对象 4例患者均为女性均诊管并采用术中胆道镜辅助和观察结石取尽情况术后断为肝内胆管结石合并胆总管结石其中1例合并胆道直接胆道造影观察结石残留情况感染所有患者术前经64层CT扫描确诊 2 结果 1.2 仪器设备 64 排螺旋 CT(Philips Briilianee, 荷兰) DICOM Viewer (Philips 公司) ACD See 9.0(ACD System 公 2.1 脏器三维重建实现术前精确诊断经 MI-3DVS 分割重建后本组 4 例患者肝脏及其司) 三维可视化软件 MI-3DVS(自主研发) FreeForm 内部管道系统三维重建图像逼真立体感强图 1~3 Modeling System (SensAble Technologies, 美国) 患可清晰观察到肝脏的立体形态和有无肝段肥大和萎缩者CT扫描参数设定扫描方法等同文献 4-5 肝内胆管一二三级甚至四级分支清晰可见形成完 1.3 患者肝脏结石及胆道系统的分割三维重建仿真整的胆管树立体形态肝动脉肝静脉和门静脉系统手术的立体交叉分布以及有无变异情况等结石的大小数肝脏结石及胆道系统分割重建后在肝脏透明化量在肝内外胆管的立体分布以及狭窄或扩张胆管的条件下将上述各肝内管道系统不同组合联合显示观长度和直径胆管和肝内血管系统的空间结构情况也清察胆道系统肝静脉和下腔静脉肝动脉门静脉系统的晰可见三维重建技术实现肝脏及其内部管道系统相立体走形进行结石和病变胆管的定位诊断和仿真手互间复杂解剖关系的三维立体显现尤其明确了结石术具体方法同参考文献 4 的分布范围和胆管病变的部位实现了肝内胆管结石的 1.4 实际手术术前精确诊断为手术方案的制定提供了迄今为止最为将术前确定的三维重建图像和可视化仿真手术视 1 翔实的影像学资料图 1 上腹部脏器三维重建 Fig.1 Three-dimensional reconstruction of the epigastrium organs. 图 2 结石胆道系统与门静脉和肝静脉三维空间解剖 Fig.2 Three-dimensional anatomy of the calculis, biliary ducts, portal vein and hepatic vein. 图 3 三维重建胆道系统整体观 Fig.3 Three-dimensional reconstruction of the whole biliary tract. 2.2 仿真手术实现对实际手术操作的微创化指导在 FreeForm Modeling System 仿真手术环境中通过对立体模型及其附件的放大缩小旋转及透明化操作可实现对各组织结构的细致观察获得了肝内结石窄最大程度保留肝脏体积减少手术创伤的微创目的以下将仿真手术对实际手术操作的微创化指导通过4例应用实例加以分析说明例 1 女 32 岁术前诊断肝内外胆管结石分布胆道系统与肝脏病理改变以及肝内血管系统的全 MI-3DVS进行腹腔脏器腹部血管肝脏及肝内管道三面信息针对结石的分布和胆管病变的具体情况选择维重建后旋转观察见门静脉左支左肝管均位于肝中不同部位角度的肝切除平面观察不同切面的仿真手静脉和肝右静脉间左肝管横部狭窄图5 不同于传统术所切除的肝脏体积胆管狭窄或扩张部位的切除情 Couniaud分段的左肝管和门静脉左支位于肝中静脉左况结石的去除情况等图4 最终确定最佳手术入路侧如行规则性左半肝切除阻断左半肝血流结果是指导实际手术操作达到去除病灶解除狭实际切除线越过肝中静脉将会导致肝中静脉右侧部分

经该平面切除左外叶后胆道镜经Ⅱ Ⅲ段胆管开口取净左肝管结石 Ⅶ段胆管内结石经胆道镜取尽后置入 U 型管支撑并行胆管空肠 Roux-EN-Y 吻合图8 上述手术方案切除了左肝外叶去除了病灶经左肝断面胆管向左肝管取尽了结石左肝管横部

4 Simulation operation for hepatolithiasis. 合达到了术后通畅引流的效果 5 6 7 8 图 5 胆道系统与肝内血管系统解剖清晰左肝管开口狭窄 Fig.

actually performed. 图 7 仿真扩大左外叶切除可切开Ⅱ Ⅲ胆管并经切面胆管取石 Fig.

3 第 10 期范应方,等.基于 MI-3DVS 的数字化微创技术在肝胆管结石诊治中的应用 1671 肝组织缺血其结果相当于扩大的左半肝甚至左三肝切除将导致残肝体积的严重不足为保留残肝体积仿真手术设计了扩大左外叶切除平面图6~7 达到了微创化治理目的经该平面切除左外叶后胆道镜经Ⅱ Ⅲ段胆管开口取净左肝管结石 Ⅶ段胆管内结石经胆道镜取尽后置入 U 型管支撑并行胆管空肠 Roux-EN-Y 吻合图8 上述手术方案切除了左肝外叶去除了病灶经左肝断面胆管向左肝管取尽了结石左肝管横部为相对狭窄经置入两支撑管达到了解除梗阻的目的 Ⅶ胆管内结石经胆道镜取尽后置入 U 型管支撑达到了解除梗阻的目的肝总管空肠Roux-EN-Y吻图 4 仿真肝胆管结石手术 Fig.4 Simulation operation for hepatolithiasis. 合达到了术后通畅引流的效果图 5 胆道系统与肝内血管系统解剖清晰左肝管开口狭窄 Fig.5 Anatomy of the biliary system and vascular system. The stricture of the left hepatic duct can be seen. 图 6 为解除左肝管狭窄行规则性左半肝切除实际切除了左三肝 Fig.6 Regular left hepatectomy performed to relieve the stricture of the left hepatic ducts, and extended left hepatectomy was actually performed. 图 7 仿真扩大左外叶切除可切开Ⅱ Ⅲ胆管并经切面胆管取石 Fig.7 Simulation of extended left lateral lobectomy and removal of the calculi from the bile duct. 图 8 实际左外叶切除平面 Ⅶ段胆管结石取尽后置入 U 型管 Fig.8 Actual surface of the left lateral lobectomy. A U-type support tube was inserted after removal the calculis in the segment VII. 例 2 女 58 岁术前诊断肝内外胆管结石化脓性左肝断面行狭窄左肝管整形肝总管和整形左肝管与空胆管炎 MI-3DVS三维重建后见左肝外叶萎缩左内肠双吻合同样可以达到去除病灶解除狭叶肥大胆总管及左外叶充满结石左肝管开口狭窄右窄目的图10 实际手术保留了左内叶减少了手术肝管开口相对狭窄图9 左半肝切除术可达到去除创伤实现了微创目的术后造影未见结石残留病灶解除梗阻目的而切除萎缩左外叶经例3 女 66岁术前诊断肝内外胆管结石三维重

1672 南方医科大学学报 J South Med Univ 9 图 9 Ⅳ段体积代偿性肥大蓝色部分左右肝管开口相对狭窄小图第 31 卷 10 Fig.

at the lower right corner). 图 10 左半肝切除可将左肝管狭窄切除取尽结石左外叶切除可经左肝断面扩张胆管取尽结石 Fig.

The calculus in the left biliary tract can also be cleared from the dilated biliary tract after left lateral lobectomy.

避免了肝中静脉和肝固有动脉的损侧左肝内左肝管狭窄处位于肝中静脉后方图11 术伤保留了尽可能多的肝脏体积胆道镜辅助下取尽左前设计了两种仿真手术方案彻底的左半肝切除和左外肝内结石行左肝管空肠 longmire 吻合(图 13 同样解叶切除(图12

11 The biliary tube filled with calculi seen after rendering the bile duct transparent.

4 1672 南方医科大学学报 J South Med Univ 9 图 9 Ⅳ段体积代偿性肥大蓝色部分左右肝管开口相对狭窄小图第 31 卷 10 Fig.9 Compensatory hypertrophy of segment IV (blue area) and relative stricture in the opening of the left and right hepatic ducts (insert at the lower right corner). 图 10 左半肝切除可将左肝管狭窄切除取尽结石左外叶切除可经左肝断面扩张胆管取尽结石 Fig.10 Resection of the narrowed left hepatic duct and complete removal of the calculus after left hemihepatectomy. The calculus in the left biliary tract can also be cleared from the dilated biliary tract after left lateral lobectomy. 建肝脏透明化后见左外叶胆管广泛扩张充满结石左 (图12 左外叶切除不能切除狭窄处但可切除扩张胆肝管两分支相对狭窄肝静脉分支众多左支与肝中共管并经胆管取净结石保留肝中静脉因此术中采用干门静脉左支萎缩为单支扩张胆管位于肝中静脉左了左外叶切除方案避免了肝中静脉和肝固有动脉的损侧左肝内左肝管狭窄处位于肝中静脉后方图11 术伤保留了尽可能多的肝脏体积胆道镜辅助下取尽左前设计了两种仿真手术方案彻底的左半肝切除和左外肝内结石行左肝管空肠 longmire 吻合(图 13 同样解叶切除(图12 仿真左半肝切除发现虽可切除狭窄左除了狭窄实现了通畅引流目的肝管去除左肝结石但可能损伤肝中静脉及远端分支图 11 透明化胆管可见结石充满胆道扩张左肝管主要位于肝中静脉左侧 Fig.11 The biliary tube filled with calculi seen after rendering the bile duct transparent. The dilation of left hepatic duct located mainly in the left of middle hepatic vein. 图 12 仿真左半肝切除线和左外叶切除线 Fig.12 The line of simulation left hepatectomy and left lateral lobectomy. 图 13 切除左外叶保留肝中静脉左肝管整形后行 longmire 吻合 13 Fig.13 Resection of segments II and III, and preservation of the middle hepatic vein. Longmire anastomosis was performed after reshaping the left hepatic duct.

左肝管开口相对狭窄狭窄处为门静脉左支起除肝中静脉左侧分支以及门静脉Ⅳ段和Ⅴ Ⅷ段的分支影响Ⅴ Ⅷ段血供而仿真左外叶切除则可避免损伤上述血管图15 为尽可能减少创伤保留残肝体积始部图14 上述三维重建结果提示如达到彻底去除实际手术方式为左外叶切除胆道镜辅助经左肝管断面病灶解除梗阻目的需行左半肝切除为建取尽左肝管取石肝门部胆管狭窄分别切开取石并整形立通畅引流

The openings of the right lateral bile duct, caudate lobe duct and left hepatic duct are relatively narrow. 图 15 左外叶切除可去除结石和保留肝中静脉和门静脉Ⅷ 段分支,而左半肝切除将损伤肝中静脉分支及门静脉Ⅷ段分支 Fig.

5 第 10 期范应方,等.基于 MI-3DVS 的数字化微创技术在肝胆管结石诊治中的应用 1673 例4 女 46岁术前诊断肝内胆管多发结石三维此设计了左半肝和左外叶切除两种仿真手术方案观察重建见左肝外叶和Ⅵ段萎缩结石分布于右肝管右后胆道和肝内外血管空间解剖关系仿真左半肝后将切叶胆管尾状叶胆管左肝外叶胆管及胆总管右后叶胆管变异见其直接开口于肝总管且狭窄尾状叶胆管开口狭窄左肝管开口相对狭窄狭窄处为门静脉左支起除肝中静脉左侧分支以及门静脉Ⅳ段和Ⅴ Ⅷ段的分支影响Ⅴ Ⅷ段血供而仿真左外叶切除则可避免损伤上述血管图15 为尽可能减少创伤保留残肝体积始部图14 上述三维重建结果提示如达到彻底去除实际手术方式为左外叶切除胆道镜辅助经左肝管断面病灶解除梗阻目的需行左半肝切除为建取尽左肝管取石肝门部胆管狭窄分别切开取石并整形立通畅引流需行肝门部胆管整形高位胆肠吻合因为大口径行高位胆肠吻合图图 14 结石广泛分布肝内右后叶胆管尾状叶胆管左肝管开口相对狭窄 Fig.14 Calculi widely distributed in the bile ducts. The openings of the right lateral bile duct, caudate lobe duct and left hepatic duct are relatively narrow. 图 15 左外叶切除可去除结石和保留肝中静脉和门静脉Ⅷ 段分支,而左半肝切除将损伤肝中静脉分支及门静脉Ⅷ段分支 Fig.15 Left lateral lobectomy for calculus removal and preservation of the branches of the intermediate hepaticae venae and portal vein in segment VIII. The branches of the intermediate hepaticae venae and portal vein in segment VIII will be damaged after left hepatectomy. 图 16 左肝外叶切除肝门部胆管切开整形高位胆肠吻合 16 Fig.16 Reshaping of the stenostic bile duct and high biliary-enteric anastomosis after left lateral lobectomy. 3 讨论随着肝脏解剖知识的深入规则性肝切除作为肝脏微创外科概念并非只是限于腹腔镜技术而应有更肿瘤治疗的主要方式对于肝脏恶性肿瘤而言规则性广阔的视野随着数字医学的发展数字化微创技术肝切除可以有效降低复发率延长生存期但对于良性应运而生数字化微创技术是指将三维重建可视化仿疾病的肝胆管结石治疗而言规则性肝切除将增加术后真手术术中导航等数字医学技术应用于外科手术优肝功能不全的机会此代价是否值得还有待商榷肝胆化手术方案缩短手术时间减少手术创伤在去除病灶管结石由于存在萎缩肥大综合征的病理改变病变邻近的同时最大化保留器官功能实现外科手术微创化在区域的肝组织代偿性增生例如本组例1 图5 例2 图肝胆管结石的数字化微创外科治疗方面胆道三维重建 9 例 3 图 12 例 4 图 15 等病变区域肝脏的萎缩实现了结石和病变胆管的术前精确定位诊断仿真手术增生的门静脉偏导致邻近肝脏肥大导致肝脏分段与经演练解决了术中不同手术方案临时抉择的问题术中三典Couniaud分段不同规则性肝切除虽可去除病变胆维图像的实时观察结合胆道镜的使用可实现去除病管取尽结石但代价是增生的正常肝组织将被切除对灶解除梗阻通畅引流以及残肝体积最大于肝胆管结石患者而言大多数胆管狭窄是相对狭窄化的微创策略相比较无肝胆管结石者其胆管还是扩张的如图2 图 8

6 1674 南方医科大学学报 (J South Med Univ) 第 31 卷 3 图 5 所示胆管在胆道镜辅助取尽结石基础上, 置入支撑管或胆肠吻合术同样可以解除梗阻, 通畅引流, 防治结石复发近年提倡的精准肝切除技术以患者最佳预后为目的, 彻底清除目标病灶, 最大限度减免组织损伤和出血, 确保剩余肝脏结构完整和功能代偿其技术特征实现个体化医疗符合生理外科准则追求外科手 [9-11] 术微创化依托数字化外科平台其治疗原则同样 [12-13] 适用于肝胆管结石的外科治疗上述 4 例患者的应用实例表明, 对于肝胆管结石治疗而言,MI-3DVS 个体化三维重建肝胆管结石的肝脏结石胆道系统和血管系统, 实现了结石病变胆管精确定位诊断, 仿真手术可优化手术方案, 指导术中精准操作, 最大程度保留残肝体积, 减少手术创伤, 达到肝胆管结石的数字化微创外科治疗目的参考文献 : [1] 黄志强. 3D 时代的肝胆胰外科 : 从 " 阿童木 " 到 " 阿凡达 [J]. 中华腔镜外科杂志 : 电子版, 2010, 3(3): [2] 方驰华, 项楠. 数字化微创技术在肝胆胰外科的应用 [J]. 中国微创外科杂志, 2011, 11(1): [3] 方驰华, 常旭, 鲁朝敏, 等. 肝内外胆管结石 64 排 CT 数据三维重建及其临床意义 [J]. 南方医科大学学报, 2008, 28(3): [4] 范应方, 方驰华, 陈建新, 等. 三维可视化技术在精准肝胆管结石诊治中的应用 [J]. 南方医科大学学报, 2011, 31(6): [5] 方驰华, 杨剑, 范应方, 等. 肝脏仿真手术的研究 [J]. 中华外科杂志, 2007, 45(11): [6] 方驰华, 陈智翔, 范应方, 等. MI-3DVS 辅助肝胆管结石诊治决策的价值 [J]. 中国实用外科杂志, 2010, 30(01): [7] 方驰华, 黄燕鹏, 鲁朝敏, 等. 数字医学技术在肝胆管结石诊治中的应用价值研究 [J]. 中华外科杂志, 2009, 47(12): [8] 黄志强. 微创外科与外科微创化 -21 世纪外科的主旋律 [J]. 中化外科杂志, 2002, 40(1): [9] 杨世忠, 董家鸿. 计算机辅助精准肝切除手术规划系统应用的若干问题 [J]. 中华医学杂志, 2010, 90(28): [10] 董家鸿, 杨世忠. 精准肝切除的技术特征与临床应用 [J]. 中国实用外科杂志, 2010, 30(8): [11] 董家鸿, 黄志强. 精准肝切除 -21 世纪肝脏外科新理念 [J]. 中华外科学杂志, 2009, 47(21): [12] 范应方, 方驰华, 游锦华, 等. 医学图像三维可视化系统在肝胆管结石病诊断与治疗中的应用 [J]. 中华消化外科杂志, 2011, 10(04): [13] 韦杨年, 黄海, 莫世发, 等. 精准肝切除在肝胆管结石病的临床应用 [J]. 中国普外基础与临床杂志, 2011, 18(1): ( 编辑 : 吴锦雅 )

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2011;31(6) 南方医科大学学报 J South Med Univ 949 临床研究三维可视化技术在精准肝胆管结石诊治中的应用范应方方驰华陈建新项楠杨剑李克晓南方医科大学珠江医院肝胆一科广东广州 510282 摘要目的探索三维可视化技术在肝胆管结石病术前诊断术前评估及手术指导方面的应用价值方法对30例肝胆管结石病人的肝脏 64 排螺旋 CT 扫描原始数据采用自主研发的腹部医学图像处理系统进行肝脏及胆道三维重建