数字医学三维成像技术在原发性肝癌治疗中的应用

作者简介：郭卫星，副主任医师、副教授、硕士研究生导师。

兼任中国医师协会肝癌专业委员会门静脉癌栓多学科诊治专业委员会副主任委员、内镜分会质控专业委员会委员，中国肝癌门静脉癌栓联盟秘书长，中国医疗图像设备专业委员会委员，中国医疗促进委员会肝脏肿瘤分会青年委员，中国抗癌协会肿瘤微创委员会粒子分会委员，国际肝胆胰协会会员，亚太肝胆胰协会会员。

担任《中国普通外科杂志》编委。

在国内外杂志发表论文40余篇，其中以第一作者及通讯作者发表SCI 论文14篇，总影响因子达73.6，单篇最高影响因子为11.34分，国内核心期刊论文 5篇。

获上海科技进步一等奖1项（2017），二等奖1项（2005），发明专利5项。

主持省部级以上基金7项，以第一负责人承担基金310万元。

曾获上海巿卫生系统优秀青年人才，上海市高校优秀青年教师，第二军医大学优秀青年学者，第二军医大学“5511”优秀青年人才库人才，东方肝胆医院首届员工之星。

荣立个人三等功1次。

DOI: 10.3877/cma.j.issn.2095-3232.2019.01.004基金项目： 上海市计生委智慧医疗专项研究项目（2018ZHYL0212）作者单位： 200438　上海，海军军医大学第三附属东方肝胆外科医院肝外六科通信作者： 郭卫星，Email ： weixingg@数字医学三维成像技术在原发性肝癌治疗中的应用杨洋 郭磊 郭卫星【关键词】成像，三维； 肝肿瘤； 诊断； 治疗应用； 数字医学数字医学是随着信息技术的发展，在信息社会发展进程中，融合医学、信息学、电子学、生物学、管理学、机械工程学、工程物理学等诸多学科的前沿新兴学科。

目前数字医学在临床医学中较常应用的是医学图像三维重建[1]。

数字医学三维成像技术可在非手术情况下给人一种立体的感性认识，被喻为非侵入性活体解剖。

20世纪80年代将三维重建软件应用于CT ，借助计算机对生物组织结构影像的连续图像进行后处理，获得了CT 三维成像并可进行测量[2]。

CT 三维成像可更加完整、直观、真实地展现人体各组织的形态结构、相对位置及其关联性，有较强的真实感，立体展现体内病灶的位置、大小、形态及与周围血管、毗邻组织及器官的解剖关系[3]。

Lavelle 等[4]将MRI 三维成像与数字减影血管造影（digital subtraction angiography ，DSA ）检查进行对比，未发现DSA 与MRI 成像在解剖上的差异，肝动脉的解剖走行可通过增强扫描肝实质的图像后经三维重建后再现。

Wigmore 等[5]利用螺旋CT 肝脏扫描进行三维 重建，模拟肝脏切除，预估肝切除术后肝衰竭发生率，从而决定肝脏的切除范围。

由此可见，肝脏管道系统的三维重建成像技术对肝脏内部结构、肝脏外科疾病的诊断和治疗方案的制定具有重要指导意义。

原发性肝癌（肝癌）是发病率位居世界第5位专家论坛的恶性肿瘤[6-12]。

由于肝癌早期临床表现较为隐匿，病情进展迅速，确诊时大多属于中晚期，预后较差，故早期诊断对预后至关重要。

数字医学三维成像技术在肝癌的治疗方式选择、手术切除范围、肝移植、射频消融、TACE等具有重要指导作用[13]。

一、肝切除术中的应用1.明确肿瘤位置，判断手术切除成功率：对于术前影像学检查中毗邻肝内重要管道（血管或胆管）的肝癌，如位于第一、第二肝门或尾状叶的肿瘤，可应用三维成像技术更直接形象了解肿瘤与这些重要管道的关系，判断病灶是否可以切除，避免损伤重要管道。

2.评估残肝体积：目前对于肝癌患者来说，肝部分切除是最直接有效的治疗方法。

而对切除肝脏的体积及肝功能的评估，是预防术后肝衰竭的重要措施。

术前准确评估术后残余肝体积，从而提高了肝切除术的安全性。

南方医科大学学者收集了69例肝癌患者，利用医学图像三维可视化系统（medical image three-dimensional visualization system，MI-3DVS）辅助肝切除治疗肝癌，研究发现利用三维成像能较为准确地判断所要切除肝脏的大小，从而评估残肝体积，特别是对于肝硬化较为严重的患者，其术后残肝体积对肝功能的恢复具有重要意义[14]。

对于一些体积较大的肿瘤，三维成像不仅可判断肿瘤与重要管道的关系，同时可计算残肝体积，提高肿瘤的切除率和减少术后肝衰竭发生率。

兰州大学第二医院黄利利等[15]将44例肝癌患者按照随机数字表法随机分为计算机体层摄影血管造影术（computer tomography angiography，CTA）组和三维手术规划组，研究发现，与CTA组相比，三维手术规划组能更好地显示肿瘤与周围组织的毗邻关系、腹腔血管以及胆管扩张情况,并能较准确地预测肿瘤切除体积,尤其适用于复杂肝癌患者[16-17]。

3.提高手术安全性：Zhang等[17]报道了21例肝母细胞瘤患者，其中11例行三维成像，成像组手术时间较未成像组更短，术中出血量更少。

4. 降低术后并发症发生率：有学者报道通过三维成像可在术前了解一些重要血管的变异情况，避免在术中损伤重要血管而导致术后肝衰竭、胆漏等并发症发生[18]。

Wei等[19]报道74例肝癌合并门静脉癌栓患者，其中31例实施三维成像，切除标本的预测体积和实际体积，以及预测的边缘和实际切除的边缘均相关。

对于肝癌合并门静脉癌栓患者采用三维成像，可有效地促进手术治疗并使患者术后生存受益，降低术后并发症发生率[20]。

二、肝移植中的应用肝移植是治疗肝癌的重要手段，由于肝脏供体短缺、肝脏保存技术及肝脏缺血-再灌注损伤等限制，目前活体移植已成为一种重要方式[21]。

术前准确测量供肝体积对于活体肝移植方案的制定和减少术后供体发生并发症起着非常重要的作用，且已成为供受体移植匹配和供体安全的首要保障。

传统方法通过多排螺旋CT测量供肝体积，但此方法存在计算方法与阅片者经验密切相关、耗时较长等缺陷，易导致测量结果出现误差。

相比于传统CT，三维重建系统操作简单，临床医师可以在术前对供体肝脏进行准确的残肝体积计算以及肝脏变异解剖结构的预估。

何翼彪等[22]采用三维成像技术对活体肝移植供体肝脏进行三维重建并测量体积，结果发现三维成像能清晰显示肝静脉系统，通过软件切割完成肝脏分割，并自动显示左右肝脏体积和体积比数据，可实现对肝脏功能体积的立体化和数字化评估，从而大大提高术前对肝脏体积评估的精确性，继而提高手术成功性。

三维成像技术的应用不仅体现在上述对于肝脏体积的评估，对于肝脏血管的精确显影，也为肝移植提供较大帮助。

通过对肝脏主要血管的重建，模拟并分析其血供，特别是对于残肝内复杂变异的肝脏血管，可以避免血管吻合出现误差[23-24]。

三、TACE中的应用TACE为中晚期肝癌常用的治疗方式，影响TACE治疗疗效的关键是精准的血管超选和术后肿瘤坏死体积的评估。

应用血管介入三维成像技术进行肿瘤介入治疗的预后评估,可提高血管介入治疗效果。

三维成像相对传统的二维成像系统具有以下优点：（1）提高微小肿瘤病灶显示率及异常病变的检出率。

（2）更清晰提供肝肿瘤供血血管解剖信息，有利于精准超选。

（3）准确评估肿瘤坏死面积和体积，进一步了解肿瘤栓塞后情况，制定后续治疗方案。

Tacher等[25]研究显示，基于三维成像的生物标记可用来预测肝癌患者对TACE的治疗反应，同时清晰区别对TACE治疗的耐受者。

四、射频消融中的应用近年来，射频消融（RFA ）成为治疗小肝癌的重要手段。

对于直径<3 cm 的肝癌，RFA 与手术疗效相当，但对于直径3～5 cm 的肝癌，RFA 疗效存在争议，这主要是与消融不彻底有关[26-27]。

相较于传统的二维成像，CT 三维重建能立体和任意角度地显示肝内重要管道、肿瘤与周围血管的毗邻，更好地制定消融计划，提高消融的安全性和准确性[28]。

唐云强等[29]采用三维重建联合超声引导下行RFA ，结果发现RFA 组和手术组患者3年总体生存率和复发率差异无统计学意义，同时三维重建联合超声消融率高于文献中报道的二维CT 引导下的完全消融率。

该研究提示术前CT 三维重建联合超声引导下行RFA 完全消融率高，安全易行，可达到与手术相近的疗效。

数字医学三维重建技术可立体地显示肝癌大小、位置、形态，以及与门静脉血管的解剖关系，能更有效地计算残肝或供肝体积。

三维重建技术已广泛应用于临床，利用数字虚拟导航计划系统术前可制定手术计划，术中可协助血管超选或穿刺定位，术后可判断有无肿瘤残余及残留或复发病灶位置，从而实现肝癌的精准治疗。

目前这些研究仅仅局限于回顾性研究，仍需更多的前瞻性随机对照研究来验证数字医学三维重建技术对肝癌治疗的重要性。

五、展望三维成像可用于术前更准确地判断肿瘤的大小、形态、位置及其与周围组织的毗邻关系，淋巴结转移情况，可模拟手术操作制定手术计划方案，提高手术切除成功率，减少术后并发症，具有较好的临床应用价值。

随着计算机科学技术不断地渗透进医学领域，先进的现代信息技术将医学研究推进到一个新的高度。

生命科学和信息科学这两大重要的学科的技术交叉、渗透后，涌现出许多新的学科和热点研究领域[30]。

未来数字医学不仅在肝癌治疗中，还将在更多医学领域中被充分挖掘应用。

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