三維可視化技術在腹腔鏡胰十二指腸切除術中的應用研究

許耀鵬，章聰，柳弼仁，李松，陸軼杰，蔣新衛，吳建武

胰腺及壺腹周圍腫瘤是肝膽胰外科較為常見的惡性腫瘤，因其早期癥狀不明顯、解剖位置深、具有早期轉移的生物學特征，病死率居高不下，中位生存期僅為6 個月［1］。胰十二指腸切除術（PD）是用于治療胰腺以及壺腹周圍腫瘤的標準術式［2］，其手術難度大，術后并發癥多，是腹部外科手術的“珠穆朗瑪峰”。世界上首例腹腔鏡胰十二指腸切除術（LPD）是由美國外科醫生Gagner 和Pomp 在1992 年實施，且在1994 年報道［3］，自此，LPD 開始在國內外逐漸興起，各中心實施的臨床病例日益增多，2003 年國內學者盧榜裕等［4］也首次成功完成了國內首例LPD手術。經過多年探索，互聯網信息技術、超高清腹腔鏡等醫療設備的問世以及LPD 手術的不斷開展，LPD 手術方式逐步走向成熟，在胰腺腫瘤的診療上取得了斐然成就。

隨著精準、微創外科理念的發展，對腹部腫瘤手術要求不斷提高，目前能開展模塊化流程化LPD 的臨床中心仍在少數。國內學者認為LPD 的學習曲線對指導外科醫生手術具有較大幫助［5］，趙玉沛等［6］認為LPD 的學習曲線分為三期，111 例前為第1 期，12~38 例為第2 期，39~57 例為第3 期，而Wang 等［7］則認為三期分別是初始學習階段、技術能力階段、挑戰性階段，張建生等［8］根據技術節點又將三期分為：起步期、進步期和成熟期。如何安全、快速、有效地渡過學習曲線，成為胰腺外科醫生亟待解決的難題。此外，胰腺周圍解剖結構復雜、血管變異多，術前評估要求高，制約著LPD的進一步發展。三維可視化技術是利用三維可視化平臺將二維影像數據進行重組整合，從而構建出患者真實腹腔解剖結構的三維圖像，通過三維可視化技術重建的三維圖像，可以更加直觀、快捷、真實地顯示腹腔內器官、血管的立體解剖結構，極大地輔助外科醫生解決上述難題。

1 二維圖像與三維可視化技術

1.1 傳統二維影像的應用

傳統二維影像圖像可以展現腫瘤的形態、大小、部位以及毗鄰，從而對腫瘤的分期、手術可切除性作出判斷。傳統上外科醫生主要是依靠二維影像學檢查（如CT、MRCP 等）來辨識腫瘤、胰腺結構、血管變異以及評估局部區域擴散，這些二維影像圖片的發展，為腹部腫瘤術前評估提供了依據，能夠區分胰周組織、血管等與腫瘤之間的關系，但是外科醫生必須通過滾動影像層面，在腦海中發揮空間重建能力從而辨識腫瘤的空間結構，極大地考驗外科醫生的臨床經驗以及知識儲備，而LPD 手術作為腹部外科手術的“珠穆朗瑪峰”，對術前腫瘤以及血管評估的要求極高。傳統二維影像檢查提供的圖像仍然是二維結構，不能直觀立體顯示腫瘤與脈管系統的相互關系；其次不能對器官、腫瘤、血管、膽管附以不同顏色及透明度進行整體展示［9］。因此，傳統二維圖像不能滿足外科醫生的需要。

1.2 三維可視化技術的應用

三維可視化技術極大彌補了傳統二維影像的不足，為外科醫生從全新的角度提供判斷腫瘤大小、部位、毗鄰以及血管變異依據，完善術前可切除性的評估，還可進行模擬仿真手術。趙玉沛等［9］提出三維可視化技術指導胰腺良惡性腫瘤的精準手術治療具有指導價值，可大大縮短年輕外科醫生LPD 的學習曲線。

三維可視化技術的發展有賴于數字智能化診療，其主要是將數字醫學技術、計算機技術和人工智能技術相互融合，還包括三維打印、虛擬現實、增強現實、混合現實、分子熒光、實時融合導航及光聲成像診療等［10］。自1990 年以來，三維可視化技術就已成為我國醫學的研究與應用的重點。2003 年首先在鐘世鎮院士帶領下建立了數字化虛擬中國人女性一號（VCH-F1），隨后醫學三維可視化軟件在國內不斷得到開發和應用，國內首個腹部醫學三維可視化系統是由方馳華教授團隊完成開發并命名。由此三維可視化技術在外科領域中不斷得到應用并逐漸成熟。通過三維可視化軟件重建的三維圖像，可以更加直觀、快捷、真實地顯示腹腔內器官、血管的立體解剖結構。同時，在三維可視化平臺上，可以通過多種相互組合，可任意去除某個或某些器官、血管，全方位對腫瘤進行觀察；還可以附以血管、膽管以不同的顏色，通過調整透明度、放大、旋轉，更加清晰辨識脈管走向以及變異情況。

相比于傳統二維影像圖片，三維圖像具有以下優勢：①可以對血管、膽管、器官用不同顏色標注，生動形象展示腹腔臟器的真實解剖結構。②可任意去除、自由組合、透明化、旋轉某個或某些器官與脈管，更加直觀立體觀察腫瘤與正常組織器官之間的關系，術前還可以判斷腫瘤的血供，了解是否存在血管變異、周圍淋巴回流情況。③三維重建可以用于模擬手術過程，從而在術前選擇最佳手術路徑，減小手術損傷，熟練手術操作流程，從而縮短學習曲線。④三維圖像能夠更加立體地用來教學，讓學生對于腫瘤有更加直觀立體的認識。

2 三維可視化技術在LPD 中的應用

LPD 涉及臟器較多，解剖結構錯綜復雜，血管分布及變異較多，尤其當合并炎癥或者既往有腹部手術史時，更加難以分辨，給手術帶來更大挑戰，因此，對術前評估提出了更高的要求。近年來，三維可視化技術已經廣泛應用于肝膽外科手術領域，展現出了其精確指導肝膽胰外科手術的應用價值［11-18］。溫志堅等［19］回顧分析應用三維可視化技術進行術前評估和指導Bismuth-CorletteⅢ、Ⅳ型肝門部膽管癌患者手術治療，36 例患者的術前三維重建結果可清晰顯示腫瘤部位、大小、脈管變異及區域淋巴結轉移情況，術前精確計算出全肝體積、預切除肝臟體積、腫瘤體積及殘余肝臟體積，肝臟手術的風險及術后并發癥隨著三維可視化技術的應用得到了明顯改善。在LPD 中，術者在術前對腫瘤大小、形態、部位、血管侵犯以及血管變異等應該充分了解，同時結合自身經驗和操作水平，評估腫瘤的可切除性。三維可視化技術在LPD 中的應用較少，方小三等［20］回顧分析了19 例經過三維可視化技術進行術前評估的LPD 手術，精準評估了胰頭癌可切除性，清晰明確展示了血管解剖變異情況及胰周淋巴結腫大情況，19 例患者中腹腔內血管變異2例，可疑淋巴結腫大11例，術中證實與術前三維可視化立體圖像分析相同。胰腺位置較深，與周圍組織間隙較小，胰周的血管解剖復雜且變異較多，這些復雜解剖結構以及形式多變的血管變異使得LPD 手術難度大大增加，很容易引起術中大出血，發生相關術后并發癥。然而，隨著三維可視化技術的不斷發展，各大中心開始逐步開展LPD 術前應用三維可視化技術從而評估手術可切除性及安全性。

2.1 三維可視化對手術可切除性的精準評估

根治性手術切除是延長胰腺癌患者生存時間的主要手段，手術難度高，對于可切除性的精確評估尤為重要。根據腫瘤與血管關系，可以將胰腺癌分為可切除性胰腺癌、交界可切除胰腺癌、不可切除胰腺癌進展期和合并遠處轉移四種。既往的醫療水平只能通過傳統的二維影像圖像來判斷腫瘤的可切除性，限于傳統二維影像圖像的局限性，無法做到術前精確評估以及提前發現術中可能出現的風險從而做到規避。通過三維可視化技術可以對胰周血管做到精確評估，分析腫瘤與胰周主要血管間隙，管腔是否光滑，從而判斷胰腺癌的可切除性。趙玉沛等［9］結合三維可視化優勢，將胰頭癌三維可視化分為5 型，Ⅰ、Ⅱ型為腫瘤可切除；Ⅲ型為腫瘤可能切除，或在聯合血管切除或重建的情況下可能切除；Ⅳ、Ⅴ型為不可切除。奚士航等［16］探討了術前分別使用CT 及三維可視化技術評估116 例胰腺癌患者腫瘤的可切除性，并通過手術探查比較評估的準確性，結果顯示術前CT 的評估結果準確率為84.7% ，術前三維可視化評估的結果準確率為97.6% ，術前三維可視化技術對可切除性評估的準確性明顯高于術前CT 評估。通過對三維可視化模型多方位多角度評估腫瘤與血管侵犯，對于術前評估可切除胰腺癌患者進行LPD 的精準指導，而對于交界可切除胰腺癌患者來說，是否手術主要取決于腫瘤是否侵犯及侵犯程度，手術時需要對受累血管切除并進行重建，三維可視化技術輔助外科醫生術前判斷受累血管侵犯程度，幫助術者確定術中血管切除范圍及重建方式選擇，提高手術根治率。其次，對于不可切除胰腺癌患者來說，術前三維可視化技術可以構建“血管-膽道”模型，指導外科醫生對經皮肝穿刺膽道引流術、膽道支架植入術等手術入路選擇，同時可以結合術中造影，準確引導術中導管走行或支架放置。

2.2 三維可視化技術提高手術安全性

對于術前評估為可切除性的胰腺癌患者來說，盡管可以通過手術切除治療，但是手術風險依然沒有規避。手術入路的選擇、術中出血量、血管變異等問題仍然是術者面臨的難題。在LPD 術中主要涉及的動脈血管包括腹腔干、肝總動脈、腸系膜上動脈及其第一空腸支以及變異動脈，涉及的靜脈血管則包括門靜脈、腸系膜上靜脈、脾靜脈，其中，肝動脈變異較多［21］，依據肝臟動脈起源的不同，Michel 將肝動脈不同走行分為10 種類型，Hiatt將肝動脈變異簡化并分為5 種不同類型［22］。

三維可視化技術可以進行模擬仿真手術，從而制定個性化手術方案，提高手術安全性。Lin等［23］研究了三維可視化胰腺模型在外科學員腫瘤評估和手術計劃中的價值，結果表明3D 組在腫瘤分期和手術計劃方面的問題平均得分明顯高于2D 組，且3D 組能夠更加準確地在預設動脈中識別出胰周動脈，通過十字準線功能來闡明腫瘤與動脈器官中相鄰動脈之間的空間關系，并進行模擬手術。同時，這項研究還表明經過三維實時重建模型訓練的住院醫師在更復雜的臨床問題（例如與腫瘤分期和手術計劃有關的問題）中具有更好的表現，證明三維虛擬模型在簡化復雜結構和增進對腫瘤與鄰近結構之間空間關系的理解方面具有明顯優勢。

與此同時，三維可視化技術可以與多種影像學診斷方法結合，從而提高手術安全性。龐潤華等［24］回顧性分析了13 例術前應用三維可視化技術聯合術中超聲行LPD 的患者資料，發現術前三維可視化技術精確定位病灶及規劃手術計劃，聯合術中超聲、3D 腹腔鏡，實現精準完整切除病灶，保證手術安全性，減少術后并發癥。

2.3 三維可視化可以減少胰瘺發生率

LPD 成功與否關鍵在于消化道重建，其中最重要、最困難、術后最容易發生相關并發癥的是胰腸吻合，胰腸吻合的好與壞直接決定了術后胰瘺發生率。付強等學者［25］認為主胰管直徑≤3 mm 是胰瘺發生的危險因素，80%胰瘺病人的主胰管直徑≤3 mm，主胰管直徑每降低1 mm 則發生B、C 級胰瘺的風險升高68%。主要原因為主胰管直徑小增加了胰腸黏膜吻合難度；直徑越小，胰液分泌量越大，不利于胰液的引流；而且主胰管直徑≤3 mm時，胰腺纖維化減少、血管密度降低、脂肪浸潤加重，影響術中縫合難度，從而增加胰瘺風險。傳統二維影像很難做到立體顯示主胰管直徑和位置，而術前通過三維可視化技術可清晰立體顯示胰腺，透明化部分胰腺組織后可以尋找擴張的主胰管，從而測量主胰管直徑、位置制定個體化的胰腸吻合方式，為術前手術規劃提供導航，便于手術者術中尋找主胰管從而放置主胰管支架，達到預期胰腸吻合，減少手術時間及術后胰瘺發生率。

3 小 結

胰腺癌是消化系統中惡性程度高、預后差的惡性腫瘤之一，早期診斷困難，進展迅速，發病率逐年升高，5 年生存率≤6%。盡管新輔助治療、轉化治療等綜合治療不斷發展，根治性手術切除仍然是胰腺癌的主要治療方法，然而由于胰腺癌具有早期轉移的生物學特征，易侵犯胰周血管，僅約20%的患者可獲得手術機會。LPD 是治療胰腺癌的標準術式，作為腹部外科手術的“珠穆朗瑪峰”，術前精準評估手術可切除性及安全性是手術成功的關鍵因素。三維可視化技術在傳統二維影像的基礎上，形成三維立體圖像，通過任意去除、自由組合、透明化、旋轉等功能，清晰直觀顯示腫瘤大小、形態、部位、毗鄰及血管變異等情況，并且可以進行術前模擬仿真手術，優化手術方案，極大提高手術可切除性及安全性的評估。

三維可視化技術通過對腫瘤的毗鄰、胰周血管的立體化展示，可以做到精準評估胰腺癌患者的手術可切除性。對于可切除的胰腺癌患者，三維可視化技術在術前可以發現重要血管的變異情況，通過模擬仿真手術制定個性化手術方案，聯合術中超聲、3D 腹腔鏡等超高清手術設備，極大提高LPD 的手術安全性；對于交界可切除的胰腺癌患者，三維立體圖像可以精準判斷血管侵犯程度，確定血管切除范圍及重建方式，提高手術根治率；對于不可切除的胰腺癌患者，三維可視化技術依然可以指導對膽道引流、支架植入等手術入路的選擇，構建“血管-膽道”模型。與此同時，轉化療法可能會為晚期不可切除的胰腺癌患者贏得手術機會，在轉化治療期間，需要醫生精準評估手術可切除性，避免錯過最佳手術機會，三維可視化技術可以為接受轉化治療的胰腺癌患者精準評估病情變化，及時調整治療方案［26，27］。

三維可視化技術的出現為腹腔鏡胰十二指腸切除術提供可靠的術前評估數據，在手術時間、術中出血量、術后并發癥以及住院時間方面均有一定的幫助，推動肝膽胰外科的發展。然而三維可視化軟件種類較多，三維重建能力及重建效果參差不齊，尚未有規范統一的重建標準；其次，三維圖像的構建是建立在CT、MRI 等二維影像數據采集之上，在數據的獲取及轉換過程可能出現部分誤差；同時，經過三維可視化技術構建的三維圖像僅能對腫瘤形態學進行描述，無法對腫瘤的性質進行判斷，且與周圍軟組織的間隙顯示不夠精確。不過隨著三維可視化技術的不斷成熟，相信這些局限性可得到進一步解決和改善，未來三維可視化指導下的腹腔鏡胰十二指腸切除術也將會更加成熟與規范，為更多的患者帶來良好的效益。