三维可视化技术在经皮肝胆道硬镜碎石（PTCSL）治疗肝胆管结石中的应用研究

【摘要】研究背景：肝胆管结石病是我国长江以南、沿海一带、西南地区,尤其是广大农村地区的多发病,也常见于东南亚及日本,是具有强烈区域分布的疾病。其病情顽固、复发率高、易引起严重的并发症。手术治疗是其主要方式,然而,肝脏及其内部管道结构本身就存在较多变异,结石患者的肝脏出现变形、转位,合并肝内血管与胆管变异的几率更高。另外由于肝胆管结石的分布广泛,且胆管狭窄位置不确定等原因是造成肝胆管结石术后复发及再次手术的两个主要因素。近年来十二指肠镜、胆道镜、腹腔镜的应用,使得剖腹手术率减少。但不管哪一种方法,目前结石的复发率仍很高达32.6%,纤维胆道镜虽然能将结石取净率提高至80%,但纤维胆道镜很难解决严重的胆管狭窄问题。对反复多次手术的患者,其胆道、肠的正常解剖通路已发生改变,十二指肠镜也无能为力。1972年日本高田氏,1981年Nimura先后报道了经皮肝胆道镜技术(percutaneousTranshepaticCholangioscopy,PTCS)在治疗肝胆管结石方面的优越性,国内1985年由张宝善教授率先引进推广。但传统PTCS方法,其治疗时间很长,易发生出血、胆漏、胆道感染、腹膜炎等并发症,外科医生与患者较难接受。肝胆管结石在诊断方面使用的影像学检查有：B超、CT、MRI、MRCP、ERCP等,由于这些检查手段都存在瓶颈,无法立体显示肝胆管结石的大小、部位、胆管狭窄的部位、长度、程度,缺乏胆管系统与肝内脉管系统的立体解剖关系。难以制定合理化的手术预案,实现肝胆管结石手术的精准治疗。近年来,数字医学技术在肝胆管结石、肝脏肿瘤及肝移植等肝脏疾病诊疗方面已显示其重要的应用价值。上世纪90年代以后三维可视化技术迅猛发展,使虚拟现实技术,可视化技术、快速成型技术、三维图象的控制与测量等技术的结合,为医生提供了一个可视化的虚拟现实环境,可在接近真实的虚拟模型上模拟手术过程,选择最佳手术方案指导实际手术。本研究将MI-3DVS(medicalimagesthree-dimensionalvisualizationsystem)(软件专利号：2008SR18798)技术应用于肝胆管结石患者中的胆道数字化解剖,对肝胆管结石进行分型诊断和指导设计个体化手术预案。同时模拟优化经皮肝胆道硬质胆道镜碎石术(PercutaneousTranshepaticCholangioscopicLithotripsyPTCSL)的手术过程,进一步提高肝胆管结石疾病的术前诊断率、PTCSL手术治疗的精准性、降低肝胆管结石术后残石率、复发率及术后并发症,提高临床疗效。一MI-3DVS技术在胆道解剖、肝胆管结石肝脏分段、疾病分型的研究目的：1.研究胆道系统解剖数字化,采用CT数据和MI-3DVS技术对肝胆管结石患者的肝脏、肝内管道、结石的三维重建,实现重建的胆道系统结石肝脏分段特点、数字化肝胆管结石的疾病分型。2.研究.基于数字化肝脏分段、疾病分型的基础上,改进传统PTCS的通道建立方法,优化PTCSL通道建立时间；选择最佳硬质胆道镜的胆道手术入路。方法：1.1研究对象：2007年1月至2013年12月南方医科大学珠江医院、广州医科大学附属第一医院收治肝胆管结石患者的39例,其中男性20例,女性19例；年龄31-84岁,平均(50.6±11.5)岁。1.2CT数据的采集所用设备、参数,数据的分割,肝脏和脉管系统的三维重建方法见文献1。2.基于MI-3DVS个体化肝脏分段、肝胆管结石疾病分型在肝脏、门静脉、肝静脉、肝动脉和胆管三维重建基础上,利用Couinaud肝段划分法,进行三维可视化肝脏分段。再结合《2011中国肝胆管结石病诊断治疗指南》分型、日本Nakayama分型,Tsunoda分型依据,进行数字化肝胆管结石的疾病分型。3.PTCSL通道建立时间本研究采用两种PTCSL通道建立时间：一种是在MI-3DVS系统指导下于PTBD术后5-7d,直接经皮肝扩张胆道造瘘至18-20F、瘘道内置保护性鞘管建立PTCSL通道,同时应用硬质胆道镜辅助进行Ⅱ期碎石、取石；另一种是在MI-3DVS系统精确指导下经B超、C臂机、CT定位直接穿刺并扩张目标胆管窦道至16-18F,窦道内置保护性鞘管建立PTCSL通道,进行Ⅰ期碎石、取石手术。4.MI-3DVS指导PTCSL精准手术入路本研究应用MI-3DVS软件的适应区域生长算法对胆道系统进行精确分割,三维重建后能整体显示胆道系统树状结构,明确结石分布的位置、结石的形态大小及数量,同时还能精确显示胆管与血管的空间位置,在指导实际PTCSL手术时,可避开肝静脉、门静脉等大血管以及腹腔和胸腔脏器,选择精准穿刺胆管部位。结果：1.肝脏及肝内外血管系统的三维重建肝脏、肝内外胆管血供的3D模型立体感强,可多方位自由旋转,能真实反映肝脏的实际体积和肝脏的解剖结构,清晰显示肝内外胆管血供的来源及分布特点,并且通过调节肝脏的透明度显示出门静脉系统、肝静脉系统、肝动脉系统结构,形态逼真,立体感强。2.胆道系统及结石的三维重建本研究通过MI-3DVS数字化胆道解剖系统,能真实反映肝内胆管树立体形态,以及胆管狭窄、扩张的长度和直径,清晰显示结石的部位、大小、数量、以及胆管系统和肝内三大血管系统的立体解剖结构关系。通过其可计算出胆管狭窄情况：①胆管狭窄19例48.7%(19/39),95%CI(95%置信区间)为33.4%-64.4%；②无胆管狭窄20例51.3%(20/39),95%CI为35.6%-67.0%(图1-49-1-60)。3.MI-3DVS对肝胆管结石患者肝脏个体分段,对结石分布和胆管病变部位做出了精确的三维定位诊断。结合三维重建结石的部位、狭窄胆管程度采用：病变胆管、结石分布位置(location,L)、胆管狭窄程度(stenosis,S)、胆管扩张程度(distention,D)、肝硬化、门脉高压症(cirrhosis,C)等因素对肝胆管结石进行数字化的疾病分型诊断。如肝胆管结石(LⅡ、Ⅵ、Ⅶ,SⅡ、Ⅵ、Ⅶ,DⅡ3.Ⅵ3.Ⅶ3.C):表明肝第1Ⅱ、Ⅵ、Ⅶ结石,Ⅱ、Ⅵ、Ⅶ段胆管重度狭窄,远端胆管扩张,肝硬化。4.PTCSL通道建立时间本组39例肝胆管结石患者中,MI-3DVS指导下PTCSL通道建立时间比传统PTCS通道时间明显缩短,从Ⅰ期PTCSL通道取结石者16例,Ⅱ期PTCSL通道取石者23例,都符合PTCSL手术。5.PTCSL精准手术入路：本组39例肝胆管结石患者中,PTCSL的取石次数：1次取石有14次；2次取石有18次；3次取石有4次；4次取石有2次；5次取石有1次。穿刺入路：①左外侧入路穿刺24例61.5%(24/39)95%CI为46.3%-76.8%,结石取净有19例,残余结石5例,结石取尽率79.2%(19/24)95%CI为62.9%-95.4%；②右侧入路穿刺8例35.9%(14/39)95%CI为20.8%-51.0%,结石取净有3例,残余结石5例,结石取尽率37.5%(3/8)；③左外、右侧同时入路穿刺7例,17.9%(7/39)95%CI为8.0%-33.0%,结石取净有5例,残余结石2例。结论：1.基于MI-3DVS三维重建可实现胆道数字化解剖,获得的三维图像对病变胆管部位与周围血管及脏器等重要解剖结构的显示更加清晰直观,对肝胆管结石可作出精确的术前诊断。2.基于MI-3DVS对肝胆管结石患者个体化肝脏分段解剖特征,结合数字化疾病分型,优化PTCSL通道建立缩短扩张窦道取石周期、减少扩张次数、降低胆漏、出血、假道形成等并发症；对制定精准PTCSL手术入路方式有更加实际的临床指导意义。二MI-3DVS技术在经皮肝胆道硬镜碎石(PTCSL)个体化治疗肝胆管结石中的应用研究目的：1.研究腹部医学图像三维可视化系统(MI-3DVS)在经皮肝胆道镜碎石(PTCSL)治疗肝胆管结石决策中的价值。2.比较研究基于MI-3DVS辅助的PTCSL与传统肝切除术在肝胆管结石病治疗中的临床效果。方法：1.研究对象：南方医科大学珠江医院、广州医科大学附属第一医院收治的肝胆管结石患者81例的临床资料,其中39例基于三维可视化技术在PTCSL碎石术(A组),其中男20例,女19例,年龄56.2±13.8岁,病程3个月—10年；42例3D指导下行肝叶切除术(B组),其中男21例,女21例,年龄49.9±11.5岁,病程4个月—9.5年。两组患者在性别、年龄、术前肝功能、发病部位、有无合并肝内胆管一般位置的狭窄及肝脏萎缩等的临床资料方面比较,差异无统计学意义(P>0.05),具有可比性。2.CT数据的采集所用设备、参数,数据的分割,肝脏和脉管系统的三维重建方法见同1.23.肝胆管结石的虚拟PTCSL手术在FreeFormModelingSystem中对三维重建模型及各组成部分进行放大、缩小、旋转,透明等操作,全方位观察病变胆管各结构或细节,根据结石分布、胆道系统病变情况选择合理PTCSL手术预案,利用力反馈设备PHANTOM和自行开发设计的PTCSL手术器械进行肝胆管结石的虚拟仿真PTCSL手术,以确定最佳PTCSL手术方案。4.A组的PTCSL手术在MI-3DVS系统指导下,精确选择穿刺胆管入路。采用两种方法：一种是Ⅱ期取石：通常在B超、C臂X线机、CT引导下经皮肝穿刺胆管,后放置8F导管引流。于经皮肝胆道引流(percutaneoustranshepaticbiliarydrainage,PTBD)一周后,在静脉麻醉或硬膜外麻醉下在原PTBD引流的瘘道,用8-16F系列扩张器一次性扩张直至16-18F。留置16F或18F的鞘管用硬质胆道镜辅助碎石、取石。另一种是Ⅰ期取石：在影像定位下穿刺目标胆管成功后,直接扩张胆管瘘道至16-18F后,留置保护性鞘管用硬质胆道镜辅助碎石、取石。术后根据胆道造影观察结石残留情况,明确拔管时间。5.B组的开腹肝脏切除手术采用MI-3DVS对肝胆管结石患者CT图像数据进行三维重建后,可以清晰地显示结石大小、部位、形态和在肝脏的空间立体位置；准确地显示结石与肝静脉、门静脉、肝动脉、下腔静脉和腹腔血管的关系,从而进行个体化肝脏分段,计算整个肝脏体积、切除肝脏体积以及残留肝脏体积；切除有病变肝胆管结石的肝叶。6.纳入标准：本次研究共纳入患者81例。三维重建标准：肝内胆管扩张；肝切除术标准：①肝胆管结石伴有肝段的纤维化、萎缩；②肝胆管结石相应胆管严重狭窄,疑有肝胆管癌变可能；③病变胆管合并肝脓肿。排除标准：肝胆管结石合并其他严重疾病、不适合采取本次研究治疗手段进行治疗的患者。7.观察指标：比较A组和B组患者的手术相关数据(手术时间、术中失血量和术中输血量)、术后住院时间、肝内胆管狭窄残留率、死亡率和并发症发生率和术前、术后实验室检查结果。术后随访所有病例采用电话结合门诊随诊方式进行。8.统计学处理：应用统计学软件SPSS19.0,计量资料用t检验,计数资料用卡方检验分析,P<0.05为差异有统计学意义。结果：1.三维重建肝内胆道系统和血管系统立体解剖结构本组81例患者肝脏、胆道系统、血管系统三维重建的立体模型形态逼真、解剖结构标志正确。2.术中结果两组术后住院天数基本相同。A组患者术中输血量(0vs.195.7±205.7ml)和术中失血量(20.6±25.9vs.256.1±155.8ml)显著少于B组患者,差异有统计学意义(P<0.05)；A组患者的手术时间比B组患者显著减短(127.8±78.7vs.213.2±50.9min;P<0.05)差异有统计学意义见表3。在A组39例患者中,Ⅰ型6例,Ⅱa型5例,Ⅱb型1例,Ⅱc型1例,E型26例,重建模型与术中所见均符合,2例患者因肝胆管变异,难以行PTCSL手术,仿真手术方案与实际手术方式符合率为95%(37/39)；在B组42例患者中,Ⅰ型7例,Ⅱa型2例,Ⅱb型2例,Ⅱc型1例,E型30例3.术后结果A组和B组的即可结石残留率比较(2.6%vs.18.6%；P<0.05)和最终结石残留率比较(5.3%vs.23.8%；P<0.05),差异有统计学意义。两组肝内胆管狭窄残留率比较(1.8%vs.14.3%；P<0.05),差异有统计学意义。共有22例患者出现并发症,A组和B组分别为10例(25.6%)和12例(28.6%)。术后实验室检查结果见表6。与B组患者相比,A组患者在血清转氨酶水平、血清胆红素水平、血清白蛋白水平和凝血酶原时间方面均无显著优势。但A组患者的血红蛋白水平显著高于B组(116.3±16.0vs.108.0±13.9g/L;P<0.05)。4.随访结果患者随访时间为2-85个月(中位数31个月),随访率为100%(81/81)。15例患者结石复发(A组2例,B组10例)。A、B两组患者的结石复发率(12.8%vs.23.8%；P>0.05),差异无统计学意义。所有复发结石均位于右叶,其中2例(A组)有1例是右后肝胆管结石复发,1例是右前肝胆管结石复发。A组胆管炎复发率明显低于B组患者(5.1%vs.23.8%；P<0.05),差异有统计学意义。A组1例复发胆管癌并胆肠吻合口结石患者术后13个月因肿瘤转移,并发MODS死亡,至数据分析时再无患者死亡。结论：基于三维重建技术的PTCSL与开放性肝切除术治疗肝胆管结石的比较,前者手术时间更短,即可结石残留率、最终结石残率均更低,而结石复发率无差别,为不能耐受开腹手术和术后残留结石患者提供了新的技术手段,达到肝胆管结石的数字化微创外科治疗目的。但是三维重建技术的PTCSL对分期取石、针对肝叶萎缩的肝胆管结石疗效不显著的问题。三MI-3DVS技术指导硬质胆道镜在治疗肝胆管结石中的应用研究目的：研究基于腹部医学图像三维可视化系统(MI-3DVS)指导硬质胆道镜治疗肝胆管结石中的诊疗价值。方法：1.研究对象：收集自2007年1月至2013年12月77例南方医科大学珠江医院、广州医科大学第一附属医院肝胆管结石患者,其中男性34例,女性43例；年龄30～75岁,平均(53.2±13.8)岁。其中有1次胆道手术史者20例,2次10例,3次5例。胆-肠吻合手术史10例,胆道肿瘤3例,胆道梗阻3例。2.CT数据的采集所用设备、参数,数据的分割,肝脏和脉管系统的三维重建方法见同1.23.虚拟硬质胆道镜和内置保护性鞘管辅助治疗肝胆管结石手术：根据三维重建模型中结石分布、胆道系统病变情况,选择四种手术方式：开腹手术、腹腔镜胆道探查手术、经皮肝造瘘取石手术、经胆道窦道取石手术中最合理的一种行硬质胆道镜和内置保护性鞘管辅助治疗肝胆管结石手术预案,利用力反馈设备PHANTOM和自行开发设计的硬质胆道镜、鞘管手术器械进行肝胆管结石的虚拟仿真碎石手术。4.硬质胆道镜辅助下碎石的术式决策及手术效果评价：术前通过对77例患者肝胆管结石3D模型进行三维可视化观察,详细了解肝胆管结石分布的部位、大小、胆管系统与肝内脉管系统立体关系的特点,并进行术前规划,选择四种手术方案中最佳的手术方式。观察术中碎石情况、术后结石取尽率、结石复发率、并发症发生情况等。结果：1.三维重建肝内胆道系统和血管系统立体解剖结构本组77例患者三维重建的立体模型形态逼真、解剖结构标志正确。在肝脏透明化处理情况下,可清楚观察到肝胆管结石的大小、数量、部位及胆管狭窄程度和范围；观察到肝胆管结石分布、胆管系统病灶与周围组织器官的相互关系。其中胆管狭窄率31.2%(24/77,95%CI为18.1%-49.2%)。2.肝胆管结石仿真硬质胆道镜和内置保护性鞘管辅助手术在仿真手术环境中,可明确肝内结石分布以及胆道系统与肝脏周围器官的情况,以及肝内血管树的改变,据此选择最佳的手术方式：本组77例肝胆管结石患者中,其中开腹手术3D指导硬质胆道镜碎石手术8例；3D指导下腹腔镜联合硬质胆道镜碎石手术13例；3D指导下PTCSL取石手术39例；3D引导下经胆道窦道行保护性鞘管辅助硬质胆道镜碎石手术17例。3.三维可视化技术在硬质胆道镜和内置保护性鞘管辅助手术的临床应用根据三维视频和截图的观察分析,以及77例患者的反复仿真手术的演练,制定出个体化的手术预案。77病例中有3例患者因肝胆管变异,难以行保护性鞘管辅助硬质胆道镜碎石手术,仿真手术方案与实际手术方式符合率为95%(73/77),95%CI为89.9%-99.8%。术中出血量(18.47±1.27),95%CI为15.94-21.00ml。患者术后残余结石有21例,结石残留率为31.8%(24/77),95%CI为20.8%-41.5%。术后并发症率为10.6%(8/77)：95%CI为3.6%-17.2%,有胸腔胆汁漏1例；胸腔积液各1例,均放置胸腔引流管引流后治愈；慢性胆管炎1例；伤口感染2例；出血2例,术后出血发生率为3%(2/77),95%CI为0.0%-6.1%(出血量分别为400ml和1500ml),经引流管灌注去甲肾上腺素生理盐水等非手术方法治愈；胸腔胆汁漏,胸腔积液各1例,均放置胸腔引流管引流后治愈。术后平均住院时间(14.7±4.3)d。1例复发胆管癌并胆肠吻合口结石患者术后13个月因肿瘤转移,并发MODS死亡。结论：三维可视化技术针对不同的肝胆管结石的数字化疾病分型,为开腹手术、腹腔镜胆道探查手术、经皮肝造瘘取石手术、经胆道窦道取石手术中选择最佳手术方式提供重要依据。真正达到肝胆管结石个体化治疗,最大程度降低术后结石残留率、结石复发率、减少了术后并发症。
【作者】王平；
【导师】陈小伍；
【作者基本信息】南方医科大学，外科学（专业学位），2014，博士
【关键词】高排螺旋CT；肝胆管结石；经皮肝胆道镜碎石；三维重建；

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