引用本文：张雯雯，王宏光，史宪杰，等．三维重建术前规划在腹腔镜超声引导的肝癌射频消融术中的应用探讨[J]．中华外科杂志，2016，54（9）：692-699．
三维重建术前规划在腹腔镜超声引导的肝癌射频消融术中的应用探讨
张雯雯 王宏光 史宪杰 陈明易 卢实春
近几年射频消融技术在针对原发性肝脏肿瘤和转移性肝脏肿瘤的手术治疗中应用广泛。射频消融技术的损毁范围较为可控，利于其在腹腔镜等微创治疗中应用，但由于腹腔镜下的探查和超声引导进针难度较大，其精准性、规范性仍需要进一步提高[1,2,3]。我们通过IQQA®-Liver肝脏评估和介入治疗计划辅助系统（简称IQQA®-Liver系统）对患者术前影像学资料（CT或MRI）行三维重建，以对肝癌腹腔镜下射频消融术（laparoscopic radiofrequency ablation，LRFA）治疗的针道做术前规划，实现对肝脏肿瘤LRFA的个体化三维适形手术规划。
一、一般资料
2014年1月至2015年12月我科连续对32例肝癌患者的肝脏进行三维重建，并根据三维重建模型进行术前规划，以指导腹腔镜超声（laparoscopic ultrasound，LUS）引导下的LRFA（3D-LRFA组）。根据32例患者的诊断、肿瘤部位、肝硬化程度、乙肝背景，按照1∶2的比例配对同期开展的未经术前三维重建规划的LUS引导下LRFA的64例患者资料（LRFA组）。两组患者的一般资料见表1，具备可比性（P值均>0.05）。
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二、仪器与设备
本研究所使用的LUS仪器包括BK FF800 8666-RF探头（美国DAKOTA公司）、Aloka Noblus EUP-OL334探头和Hitachi Aloka F75 UST-5418探头（日本Hitachi公司）。射频机器包括多极射频消融治疗仪CelonPOWER系统（日本OLYMPUS公司）、Cool-tip™射频消融系统和Cool-tip™ RF消融转换控制器（美国COVIDIEN公司）。三维重建使用IQQA®-Liver系统（美国EDDA公司）。
三、术前规划与手术方法
1．三维重建方法：采用多层螺旋CT对3D-LRFA组患者进行仰卧位肝胆胰平扫＋三期增强扫描检查，扫描范围自膈顶至肾下极。应用增强CT原始数据进行1.5 mm的薄层重组。图像以DICOM格式传送至IQQA®-Liver系统[4]。首先提取病灶信息：添加"可疑区"后，通过"病灶描边分割"或"实时病灶分割"功能分割肿瘤区域并生成病灶的三维图像（图1A）。在大三维模式下，操作者需审核系统对肝脏的自动划分结果，并手动进行修改，尤其是靠近心脏、肋骨、胃肠道及肾脏等自动识别准确性较差的部位（图1B）。之后进行肝内管道信息（包括门静脉、肝静脉、下腔静脉、肝动脉和扩张胆管）的信息提取。操作者通过"加点"及"点线"进行手动添加（图1C）。经过此步骤应完成勾画血管至肝内三级分支，从而得到完整的肝脏三维重建图像（图1D）。
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图1 IQQA®-Liver肝脏评估和介入治疗计划辅助系统对肝脏、肿瘤、重要管道进行重建的流程图：1A 示提取病灶信息；1B示手动修改肝脏的自动划分结果；1C示肝内管道信息的提取；1D示完整的肝脏三维重建图像
三维重建术前规划过程见图1。
2．基于三维重建的LRFA术前手术规划：根据IQQA®-Liver系统的肝脏和肿瘤三维重建结果，测量肿瘤的最大径和范围，选择合适的射频针型号（长度和射频长轴径）和针数，在三维重建系统中模拟射频效果和范围。IQQA®-Liver系统对肝癌LRFA行手术规划过程见图2。
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图2 IQQA®-Liver肝脏评估和介入治疗计划辅助系统对腹腔镜下射频消融术治疗肝癌行手术规划图像：2A示根据肿瘤大小选择合适的射频针；2B示设计进针点和针尖位置；2C示标记进针点的体表标记；2D示针道进入体表、肝脏的距离演算；2E示针道与轴面、矢状面的角度演算；2F示经过针道模拟腹腔镜超声的图像
根据肝脏内重要管道和肿瘤的三维重建结果，规划设计合理的针道：（1）根据肿瘤大小选择合适的射频针型号，并将射频范围输入程序。根据重建得到的肿瘤位置、重要管道位置模拟进针过程，设置合适的进针点、针尖位置，使射频范围完全包括肿瘤和安全边界（图1A）；（2）查看是否规避所有的重要肝动脉、肝静脉、门静脉分支和胆囊、下腔静脉、膈顶等周围器官，避免肝内外胆管损伤，并查看进针点的体表标记（图1B）；（3）针道全程应在LUS探查范围内，并注意进针方向在超声探查平面内或与扫查平面的夹角尽量小，选择合适的进针角度。使用图像处理分析技术计算针尖距肝脏表面的距离（图1C），计算针道与轴面、矢状面的角度（图1D）。
根据肝脏和肿瘤三维重建结果，设计引导射频针进针的LUS探查角度、模拟超声探查融合图像：（1）LUS探头置于此位置时，可方便快捷地探查肿瘤全貌并行彩色超声等检查；（2）针道全程可在LUS探查范围内，并注意进针方向在超声探查平面内或与扫查平面的夹角尽量小，以便术中实时观察消融治疗效果；（3）LUS探查角度适于术者操作，不会为手术和治疗带来不便，不给患者增加格外的创伤。
3．基于术前三维重建手术规划的LRFA：3D-LRFA组完全根据术前三维重建手术规划选择LUS探查时的Trocar放置和进针路径，进针全程在LUS引导下进行。超声探头频率为7.5～10.0 MHz，选择剑突下通道可以全面、方便地扫描全肝。置入12 mm一次性Trocar，LUS探头由此操作孔进入。对于位置较深在的肝段，为了充分应用末端可屈曲的超声探头伸入"肝裸区"进行探查，可切断肝脏周围韧带，如肝圆韧带、镰状韧带、肝三角韧带，使肝脏游离后易于器械牵拉。探查肿瘤位置，测量其大小、血流情况；应用彩色超声检查肿瘤周围的血管，避开重要血管和胆管设计针道。必要且条件允许时使用介入引导线和引导槽。LRFA时单人操作，一手拿探头、一手进针，消融前可行细针穿刺活检。进针后和消融时均应注意检查肝脏周围组织（尤其是膈肌、肾上腺、胆囊、胃等部位），避免热量传导致周围器官损伤。消融后注意消融碳化针道，防止肿瘤的针道转移。退针后如穿刺点有出血可电凝止血。再次测定肿瘤血流或实时弹性成像及超声造影评估消融效果。冲洗肝脏周围，放置防粘连材料。
四、数据收集
收集患者术中数据：术中出血量、手术时间、单针进针时间、首次消融完成率（首次消融完全率＝完全消融例数/总例数）。收集患者围手术期资料：（1）术后肝功能、血液学指标变化：ALT、白细胞计数；（2）术后外周血炎性因子变化情况；（3）术后并发症发生情况；（4）术后肿瘤复发情况、生存时间。
研究终点：（1）出现肿瘤复发或转移（如增强影像学检查发现毁损灶中或附近肝脏组织中出现新的瘤灶则认为出现复发或转移）；（2）出现肿瘤并发症，如肝功能衰竭或恶液质等导致的死亡。
五、随访方法
通过电话、查阅病历资料等方式对患者进行随访，收集患者生存情况。
六、统计学方法
采用SPSS 18.0统计软件进行统计学分析。对患者资料的变化和比例进行描述性分析。对于符合正态分布的资料以±s表示。两组资料之间的比较：计量资料采用t检验或秩和检验，计数资料采用χ2检验或确切概率法分析。患者的肿瘤复发和生存情况用Kaplan-Meier法绘制生存曲线，行Log-rank（Mantel-Cox）检验。患者术后并发症的严重程度分级采用目前国际认可的Clavien-Dindo并发症分析系统进行统计分析。以P<0.05为差异有统计学意义。
一、术前三维重建对LUS引导下肝癌LRFA进行术前规划情况
通过对32例LUS引导下行肝癌LRFA患者的影像学资料进行术前三维重建，得到对不同位置肝脏肿瘤行LRFA的LUS探查策略和进针规划。每例患者的术前规划时间为3～4 h。手术规划以角度、距离标示，并以图片、录像和控件PDF的形式交由术者以指导手术的进行。
所有肿瘤最大径均<30 mm，分别选用射频长轴径为30～40 mm的射频针进行规划进针。对位于肝脏左内叶、右前下段、右后上段肿瘤行LRFA术前规划的典型病例图片见图3，图4，图5。
1．例1资料（图3）：患者男性，67岁，入院诊断为原发性肝癌。肿瘤位于左内叶，最大径25 mm，右后方为肝左静脉分支，左前方为左门静脉分支（图3A、图3B）。计划使用针长250 mm、射频长轴径40 mm的射频针进行射频消融治疗。规划射频针于剑突旁进针，并调整针尖位置以使射频范围完全包括肿瘤及安全边界（图3C）。经肝脏表面进针35.6 mm（图3D），针道与水平面角度为57°，与矢状面角度为30°（图3E）。经针道的重画割面见图3F，预计超声图像见图3G。术中LUS探头经剑突旁12 mm一次性Trocar进入，超声图像见图3H。按照规划进针，消融完成后即时LUS复查见消融完全。
2．例2资料（图4）：患者男性，55岁，入院诊断为原发性肝癌，左半肝切除术后。肿瘤位于肝脏右前叶下段，最大径约22 mm，前方为肝中静脉大分支，后方可见肝右静脉主要分支（图4A、图4B）。计划使用针长250 mm、射频长轴径40 mm的射频针进行射频消融治疗。规划射频针于剑突旁进针，并调整针尖位置使射频范围完全包括肿瘤及安全边界（图4C）。经肝脏表面进针29.7 mm（图4D），针道与水平面角度为40°，与矢状面角度为11°（图4E）。经针道的重画割面见图4F，预计超声图像见图4G。术中LUS探查经剑突旁12 mm一次性Trocar进入，超声图像见图4H。按照规划进针，消融完成后即时LUS复查见消融完全。
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图3 IQQA®-Liver肝脏评估和介入治疗计划辅助系统对肝脏左内叶肿瘤行腹腔镜下射频消融术前手术规划和术中超声检查图像：3A示术前影像学检查图像，可见肝脏肿瘤；3B示肝脏和肿瘤的三维重建图像，可见肿瘤位于肝脏左内叶，最大径25 mm，右后方为肝中静脉分支，左前方为左门静脉分支；3C示规划进针的三维图像：射频针于剑突旁进针，并调整针尖位置以使射频范围完全包括肿瘤及安全边界；3D示模拟进针距离的三维重建图像：经肝脏表面进针35.6 mm；3E示模拟进针角度的三维重建图像：针道与水平面角度为57°，与矢状面角度为30°；3F示三维重建图像中经针道的重画割面；3G示三维重建中预计的超声图像；3H示腹腔镜超声探查图像，超声探头经剑突旁12 mm一次性Trocar进入
图4 IQQA®-Liver肝脏评估和介入治疗计划辅助系统对肝右前叶下段肿瘤行腹腔镜下射频消融术手术规划和术中超声检查图像：4A示术前影像学检查图像，可见肝脏肿瘤；4B示肝脏和肿瘤的三维重建图像，可见肿瘤位于肝脏右前叶下段，最大径约22 mm，前方为肝中静脉大分支，后方可见肝右静脉主要分支；4C示规划进针的三维图像：规划射频针于剑突旁进针，并调整针尖位置使射频范围完全包括肿瘤及安全边界；4D示模拟进针距离的三维重建图像：经肝脏表面进针29.7 mm；4E示模拟进针角度的三维重建图像：针道与水平面角度为40°，与矢状面角度为11°；4F示三维重建图像中经针道的重画割面；4G示三维重建中预计的超声图像；4H示腹腔镜超声探查图像，超声探头经剑突旁12 mm一次性Trocar进入
3．例3资料（图5）：患者女性，45岁，入院诊断为原发性肝癌。肿瘤位于右后叶上段，最大径约25 mm，被门静脉右后支分支围绕（图5A、图5B）。计划使用针长250 mm、射频长轴径40 mm的射频针进行射频消融治疗。规划射频针于右侧肋缘下、右锁骨中线进针，并调整针尖位置以使射频范围完全包括肿瘤及安全边界（图5C）。测量经肝脏表面进针75.7 mm（图5D），针道与水平面角度为28°，与矢状面角度为17°（图5E）。经针道的重画割面见图5F，预计超声图像见图5G。术中LUS探查于右侧肋缘下、右锁骨中线12 mm一次性Trocar进入，超声图像如图5H所示。按照规划进针，消融完成后即时LUS复查见消融完全。
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图5 IQQA®-Liver肝脏评估和介入治疗计划辅助系统对肝右后叶上段肿瘤行腹腔镜下射频消融术手术规划和术中超声检查图像：5A示术前影像学检查图像，可见肝脏肿瘤；5B示肝脏和肿瘤的三维重建图像，可见肿瘤位于右后叶上段，直径约25 mm，被门静脉右后支分支围绕；5C示规划进针的三维图像：规划射频针于右侧肋缘下、右锁骨中线进针，并调整针尖位置以使射频范围完全包括肿瘤及安全边界；5D示模拟进针距离的三维重建图像：经肝脏表面进针75.7 mm；5E示模拟进针角度的三维重建图像：针道与水平面角度为28°，与矢状面角度为17°；5F示三维重建图像中经针道的重画割面；5G示三维重建中预计的超声图像；5H示术中腹腔镜超声探查图像，超声探头于右侧肋缘下、右锁骨中线12 mm一次性Trocar进入
二、术前三维重建行LRFA的手术规划对手术过程的影响
3D-RFA组的手术时间为（173.3±59.4）min，LRFA组为（216.8±66.2）min，两组差异有统计学意义（t＝-3.138，P＝0.002）。3D-LRFA组的术中出血量为（8.8±3.7）ml，LRFA组为（10.2±5.1）ml，两组差异无统计学意义（t＝ -1.380，P＝0.170）。
3D-RFA组进针时间（从进入腹壁开始至消融治疗前）为123～472 s，平均（242.2±90.8）s，LRFA组进针时间为147～628 s，平均（389.1±183.4）s，两者差异有统计学意义（t＝-2.340，P＝0.000）。
四格表数据的χ2检验结果显示，3D-LRFA组首次消融符合率与LRFA组相比差异无统计学意义（连续校正χ2＝0.026，P＝0.871）（表2）。
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三、术前三维重建行LRFA的手术规划对术后患者恢复过程的影响
统计分析结果表明，两组患者术后住院时间、术后肝功能变化程度、术后肿瘤坏死因子-α水平的差异有统计学意义（表3）。
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四、术前三维重建行LRFA的手术规划对患者预后的影响
随访截至2016年2月，随访时间4～25个月，两组患者均获得随访。由于肝癌综合治疗水平的提高，两组患者总病死率均低于5%，因此不对总生存期进行统计分析。根据两组患者的无瘤生存期通过Kaplan-Meier法绘制生存曲线（图6）行Log-rank（Mantel-Cox）检验。3D-LRFA组和LRFA组患者12个月无瘤生存率分别为77.6%和65.7%，LRFA组患者中位无瘤生存期为16个月，而3D-LRFA组>24个月。两组患者的无瘤生存期差异有统计学意义[Log-rank（Mantel-Cox）检验，χ2＝4.049，P＝0.044]。
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图6术前进行三维重建对肝癌患者腹腔镜下射频消融术后无瘤生存期的影响
一、LUS引导下LRFA的三维模型构建
目前对消融范围对首次消融完全率的影响存在较大争议。一般认为，消融范围越大，首次消融完全率越高。但消融范围过大亦会造成剩余功能性肝脏体积减少、肝功能损伤。目前认为，消融范围大于肿瘤边缘5 mm即可达到足够治疗效果。对于特殊部位的肝癌，如何保证射频完全又不过多损伤周围肝实质，是LRFA精准化过程中一个必须解决的问题[5,6]。
LUS由于紧贴肝脏表面进行扫描，且配备高频探头，对肝脏的成像分辨率大大提高[7,8]。但同时由于在腹腔内进行操作，便捷性和操控性不足。临床常用的最新LUS探头多为四向旋转，其探查面没有经皮超声的"标准切面" ，而是肝脏的任意切面。因而需要肝胆外科医师具有较高的三维思考能力。
伴随计算机技术的巨大飞跃，医学与计算机技术有了越来越多的紧密结合。IQQA®-Liver系统应用独有的图像处理分析技术，克服了可视化软件的诸多局限，可以提供定量分析和全面的术前术后评估的临床解决方案，能够支持医师根据实际临床需求，对肝脏（肝段）、病灶及肝脏内部管道复杂的解剖结构做出直观、个体化、全量化的即时定量、定位、分割、标记及信息融合，辅助医师更精准、更详尽地进行术前模拟规划和术后评估[9,10,11]。另外还可以借助计算机图像处理分析技术重建、规划LRFA术中的LUS探查切面和进针路径，以缩短手术时间、减少对患者的创伤。
二、术前三维重建规划对LRFA治疗肝癌的影响
我们的研究结果显示，术前三维重建规划LRFA治疗方案，可以将进针时间缩短140 s左右。按照术前规划的LUS探查方向，可以减少不必要的反复探查，避免对肝脏过分的挤压甚至损伤[12,13]。尤其是位于肝脏右后叶的肿瘤，由于绝大多数管道结构自左侧向右侧发出，常规的自剑突下进入LUS并探查、规划LRFA针道时，往往途经重要管道结构，造成不必要的损伤。按照术前规划行LUS探查并进针，能够减少术中不明确的进针或对进针路线的反复修正，缩短进针时间和手术时间。
术后第1天的转氨酶水平反映了术后肝实质细胞和肝脏合成功能的受损情况。3D-LRFA组术后ALT水平较低可能是由于术中不必要的探查减少、手术时间缩短，因此对肝脏实质的损伤较轻，患者术后肝脏功能明显较好。同时，3D-LRFA组术后外周血肿瘤坏死因子-α水平也较低，提示由于手术和热消融、肿瘤坏死造成的全身炎症反应程度明显降低。在多种因素的共同作用下，3D-LRFA组患者的住院时间较短，从而也减轻了患者的经济负担。
结合随访结果可见，3D-LRFA组患者的首次消融完成率并未明显升高，可能与我中心LRFA技术已较成熟有关。无瘤生存时间指患者自治疗至肿瘤复发或转移的时间。本研究中，3D-LRFA组的无瘤生存时间显著延长，这可能是因为术前三维重建能够合理布局进针途径，并且规划超声探查路径后LUS更易于全程观察进针过程，减少反复进针和探查，从而减少了对肿瘤的术中骚扰，避免了术中肿瘤的扩散和转移。3D-LRFA组由于术前规划充分，在保证周围肝实质功能的同时可能有更好的消融安全边界，可避免肿瘤微转移灶、微卫星灶的存在。这些均可能是3D-LRFA组患者无瘤生存期较长的原因，但仍待进一步的肿瘤免疫学、循环肿瘤细胞学的研究证实。
术前三维重建行LRFA的手术规划减少了肝癌的近远期复发，减少患者治疗次数，延长了患者无瘤生存期。对于较大的肿瘤，三维重建术前规划能够合理布局多针联合射频消融，避免了术中单针射频后出现的超声下高回声影响之后对进针过程和消融治疗效果的评估，减少了治疗后肿瘤组织的残留。考虑到肝癌综合治疗手段的不断加强，肝癌的综合治疗效果正在逐年提高[14]，两组患者的总生存期并无明显差异的原因或在于此。无论如何，减轻患者痛苦、延长患者生存时间是我们的最终目标，而良好的术前规划可使手术疗效明显提高。
（参考文献略）
题图 via William Blair Bruce
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