引用本文: 方馳華, 祝文. 3D影像技術在胰十二指腸切除術前切除范圍評估中的應用. 中國普外基礎與臨床雜志, 2014, 21(7): 794-797. doi: 10.7507/1007-9424.20140191 復制
電影“阿凡達”給人們帶來了前所未有的視覺震撼,而這一切,都是三維(3D)虛擬影像技術所搭建起的虛擬世界與現實世界的完美結合。21世紀以來,隨著3D技術的發展,今日外科醫生已經進入色彩繽紛的3D時代,3D技術為外科學的發展帶來的機遇和挑戰,其深遠意義要遠遠大于影院中的數字化革命,黃志強院士[1]曾經形象地形容3D醫學影像技術是外科醫生的“第三只眼”、“第六感官”,將改變傳統外科學的面貌。
胰腺,深處于腹膜后的“隱士”,歷來都是診斷上的難題,并且胰腺手術是所有腹部外科手術中最困難的;而胰腺癌,90%的患者在確診后1年內死亡,5年生存率僅為1%~3%,至今尚無更徹底的治療方法[2-3]。作為最后寄托的是外科根治性切除手術,但在初次手術時,40%的患者已屬晚期,主要原因是腫瘤侵犯血管或與血管緊密粘連限制了腫瘤的切除,預后較差[4]。胰腺以其在重要內臟血管交錯的位置,更需要在手術前進行3D分析,避免無謂的“開關腹”手術而爭取有效的手術切除。胰腺癌更需要我們分析腫瘤、血管與組織之間的關系,通過三維重建胰腺腫瘤,我們可以更清楚地了解胰腺、腫瘤與血管之間的關系,術前準確地評估腫瘤的可切除性、切除范圍以及恰當的手術方式。因此,3D影像技術對胰腺外科的發展具有更重大的意義。
1 3D影像技術在胰腺外科的應用
傳統的胰腺外科術前評估大多采用二維影像資料(B超、CT或MRI)。但由于二維影像很難提供病灶及其周邊關系的完整立體圖像,也無法對病變組織及胰腺周圍血管進行多層次、全方位的細致分析,故術前評估及手術方案設計容易存在一定的缺陷。胰腺外科手術是現代外科學的手術難點,其困難之處不僅源于胰腺本身的結構特點,更重要的是胰腺與十二指腸,膽總管,門靜脈及腸系膜上動、靜脈緊密而復雜多變的結構關系[5]。胰腺外形復雜多變,傳統解剖學圖譜的二維圖像難以說明胰腺的外形結構及周圍的復雜關系。應用虛擬3D影像技術是腹部器官開拓研究和解決困難的新途徑,獲得數字化胰腺三維解剖圖像對胰腺的外科發展有極大的幫助,將帶來胰腺外科的巨大飛躍[6]。
目前,通過現代儀器設備對胰腺及胰周結構進行三維重建,是臨床外科醫師提高對胰腺疾病的診斷水平和對胰腺形態定位的重要方法。通過三維重建顯示胰腺腫瘤和胰周血管之間的關系,術前進行可切除性評估以及評估切除范圍,是精確施行外科手術,減少手術中意外損傷的有效措施。部分胰腺腫瘤患者因為影像學特征不典型、影像再現技術缺陷等原因,被臨床醫師或影像醫師錯誤診斷為“不可切除”的惡性腫瘤,而放棄手術治療。2009年11月至2011年8月期間南方醫科大學珠江醫院及第三軍醫大學西南醫院對80例胰腺及壺腹周圍腫瘤患者進行術前評估,運用自主研發的三維可視化軟件腹部醫學圖像三維可視化系統(MI-3DVS)對上腹部增強CT掃描的亞毫米圖像數據進行三維重建并進行術前評估,以實際手術探查進行腫瘤可切除性的驗證,CT增強掃描評估準確率為82.5%,MI-3DVS則達到100%,兩組比較差異有統計學意義[7]。這體現了3D技術在胰腺腫瘤臨床應用方面具有的重大意義。
2 胰周血管的3D可視化研究
在對胰周血管的顯示方面,雖然目前的影像學檢查手段多樣,如CT、MRI、DSA等,但是這些檢查給出的均以平面圖像為主,而且圖像位置固定,無法進行隨意移動。雖然目前的多層螺旋CT已帶有三維重建功能,可以還原腹腔臟器及血管的真面目,但其色彩單一,無法隨意對其重建的結構進行切割,無法對重建的血管及臟器進行自由組合、拆分、透明化等操作,空間立體感不強,且需要在專門的CT工作站,并由專業的影像科醫師進行操作。這就需要有經驗閱片者的思維再現,但有經驗的閱片者往往是影像科醫生,其指導意見與臨床醫生的需求仍存在偏差,臨床醫生不能依照自己的意愿進行多角度的觀察,通過傳統的影像學圖像往往難以正確認識病灶與胰腺組織及胰周血管的關系。而3D模型能充分顯示胰周血管的分布、走行及其與病灶的相互關系;重建出來的血管形象直觀,并能根據需要任意調整觀察角度,能十分清晰地顯示胰周血管的走行及變異情況,且能有目的地隱去其他部分而只顯示需要觀察的部分(圖 1)。

然而,胰周血管的變異在臨床中卻并不少見[8],血管變異將影響胰腺外科手術操作、手術方式以及手術切除范圍。筆者[9-10]曾撰文報道對胰腺腫瘤患者亞毫米CT圖像數據使用自主研發的三維可視化軟件進行三維重建,獲得了較傳統影像學手段更多的有益于指導實際手術操作的解剖參考信息。利用3D模型,術前對患者的胰腺、腫瘤及胰周血管進行三維重建,能夠清晰地顯示胰周各血管的變異情況,顯示胰周血管的大小、走行、位置等,以及與各臟器的解剖關系。臨床醫生在術前對患者的個體化變異情況有了詳細的了解,這對減少手術副損傷以及由血管變異引起的手術意外、縮短手術時間、避免醫療糾紛、減輕患者的經濟負擔等方面都有重要意義。還可以根據血管的形態學變化判斷腫瘤是否對血管形成侵犯等,從而初步判定腫瘤的性質,以及血管侵犯的范圍及程度,以至于可以術前準確地評估可切除性,從而在手術開始之前選擇合適的手術方式,明確手術切除范圍及方案,了解術中是否需要聯合行血管切除及血管重建,降低了手術風險。
3 3D影像技術在術前評估胰十二指腸切除范圍的應用
目前,對于胰腺癌唯一有治愈可能的方法是手術切除,胰十二指腸切除術仍然是胰腺腫瘤外科治療的最主要手段。因此,提高長期生存率的各種改良術式已經成為近年來臨床研究的熱點,并把實施區域淋巴結及神經組織清掃作為胰腺癌根治性手術的重要組成部分,追求達到無殘留腫瘤轉移的淋巴結、無腫瘤殘留的后腹膜組織的根治性切除[11]。
近年來,隨著手術技巧的提高、眾多新藥的問世以及圍手術期監護技術的發展,胰十二指腸切除術的并發癥發生率和圍手術期死亡率均有較大幅度的下降,大型醫療中心和專科醫院的手術死亡率已低于5%。胰腺外科專家一直不斷探索,如何在不縮短患者生存期的前提條件下選擇合理的器官保留的手術方式,以減少對患者消化及免疫功能的影響,提高患者的生存質量。近幾年來,報道了多種保留器官的胰腺手術治療胰腺腫瘤,分別為保留十二指腸的胰頭切除術(duodenum-preserving pancreatic head resection,DPPHR)、中段胰腺切除術(middle segmental pancreatectomy,MSP)、保留脾臟的胰體尾切除術(spleen-preserving distal pancreatectomy,SPDP)和局部切除術[12-13]。這就要求手術醫生術前應對腫瘤進行詳細評估,判斷腫瘤與周圍血管的關系,評價擬行術式的可行性;并且要求醫生術前對腫瘤及周圍血管要有詳細的了解,術中評價是否能保障擬保留器官的血供,若無法保障,則不應保留相應器官。當然,這還需要根據腫瘤的病理類型選擇合理的保留臟器功能的手術方式,以便達到腫瘤根治性切除。然而,通過3D影像技術,可以對胰腺周圍血管情況有清晰而系統的認識,詳細了解胰頭十二指腸區域的解剖,特別是十二指腸、膽總管下端和十二指腸乳頭的血供,可指導術前制定個體化的手術方案,恰當的選擇保留器官的術式,力爭以最小的手術損傷獲得理想的療效,這對降低手術并發癥發生率與死亡率、維持患者器官功能、改善術后生存質量、控制治療費用和減少醫療糾紛均有重要意義。例如,對胰十二指腸動脈弓的三維重建可以清晰地顯示十二指腸與胰十二指腸上、下動脈的關系、距離,胰頭部腫瘤與血管的關系,腫瘤與胃十二指腸動脈或胰背動脈的關系,腫瘤與周圍臟器的關系等,這是判定患者能否行保留器官切除術的基礎。多數患者胰頭前、后動脈弓的位置比較恒定,大致與十二指腸降部平行,距離十二指腸降部內緣10~15 mm。十二指腸降部血供主要包括胰十二指腸前動脈弓、胰十二指腸后動脈弓與腹膜后小血管,已有研究[14]證實,僅憑腹膜后小血管不足以保障十二指腸血供,因而行保留十二指腸的胰頭切除手術時,應最少保留1個胰十二指腸動脈弓,以防術后十二指腸降部缺血、壞死等并發癥出現。根據筆者的觀察,胰十二指腸前后動脈弓較為恒定且容易解剖,只需保留前支或是后支動脈弓,十二指腸降部和水平部的血運就能得到保障(圖 2及圖 3)。
但有關胰頭癌切除的范圍問題迄今仍有很大的爭議。眾多研究[15-16]結果表明,術后無腫瘤殘留,手術達到R0切除,是影響術后生存的主要因素。能否對胰頭部腫瘤完整切除主要取決于以下3個方面:①胰頭與下腔靜脈及腹主動脈之間有無癌腫浸潤;②胰頸后方與腸系膜上靜脈及門靜脈有無浸潤;③聯合切除的胰腺組織及臟器周圍有無重要血管。如何最大限度地去除腫瘤細胞達到根治性切除,如何最大限度地降低手術風險,減少術中副損傷,可以說術前對腫瘤的位置、大小以及胰周血管走行、結構和變異情況的準確把握是關鍵。多排螺旋CT和高分辨率MRI的問世,使外科醫師得以在術前就了解到胰腺及其周圍血管的二維圖像,提高了手術的安全性和手術切除的成功率。然而各臟器及血管在二維平面圖上層疊顯示,不夠直觀,如果沒有豐富的臨床手術經驗及深厚的解剖學功底,很難在自己的大腦中將CT或MRI圖像重建出來得到準確的三維立體解剖關系,更難以形成各臟器毗鄰關系的印象。3D影像技術與胰腺手術相結合,能夠較為理想地解決這一問題。筆者應用3D技術將胰腺腫瘤患者CT數據自動配準,分別對胰腺、腫瘤和胰周血管進行三維重建并著以不同的顏色,通過3D圖形觀察腫瘤與血管的毗鄰關系;可以將動脈和靜脈聯合起來觀察胰周血管的連續性,以便更好地評估腫瘤的可切除性;而且能夠觀察血管壁是否完整以及一些隱匿的血管侵犯,從而能更準確地了解胰周小血管走行、變異情況,胰腺形態,腫瘤的部位、大小,滋養血管等信息,對判斷腫瘤的血管侵犯程度,對胰腺癌術前可切除性評估以及制定個體化的手術方案具有重要的臨床價值;并且還能夠重建出腹腔腫大淋巴結,術前準確定位淋巴結位置、大小,術中指導精確的淋巴結清掃,達到無腫瘤轉移淋巴結殘留,盡可能地達到腫瘤根治的標準。
電影“阿凡達”給人們帶來了前所未有的視覺震撼,而這一切,都是三維(3D)虛擬影像技術所搭建起的虛擬世界與現實世界的完美結合。21世紀以來,隨著3D技術的發展,今日外科醫生已經進入色彩繽紛的3D時代,3D技術為外科學的發展帶來的機遇和挑戰,其深遠意義要遠遠大于影院中的數字化革命,黃志強院士[1]曾經形象地形容3D醫學影像技術是外科醫生的“第三只眼”、“第六感官”,將改變傳統外科學的面貌。
胰腺,深處于腹膜后的“隱士”,歷來都是診斷上的難題,并且胰腺手術是所有腹部外科手術中最困難的;而胰腺癌,90%的患者在確診后1年內死亡,5年生存率僅為1%~3%,至今尚無更徹底的治療方法[2-3]。作為最后寄托的是外科根治性切除手術,但在初次手術時,40%的患者已屬晚期,主要原因是腫瘤侵犯血管或與血管緊密粘連限制了腫瘤的切除,預后較差[4]。胰腺以其在重要內臟血管交錯的位置,更需要在手術前進行3D分析,避免無謂的“開關腹”手術而爭取有效的手術切除。胰腺癌更需要我們分析腫瘤、血管與組織之間的關系,通過三維重建胰腺腫瘤,我們可以更清楚地了解胰腺、腫瘤與血管之間的關系,術前準確地評估腫瘤的可切除性、切除范圍以及恰當的手術方式。因此,3D影像技術對胰腺外科的發展具有更重大的意義。
1 3D影像技術在胰腺外科的應用
傳統的胰腺外科術前評估大多采用二維影像資料(B超、CT或MRI)。但由于二維影像很難提供病灶及其周邊關系的完整立體圖像,也無法對病變組織及胰腺周圍血管進行多層次、全方位的細致分析,故術前評估及手術方案設計容易存在一定的缺陷。胰腺外科手術是現代外科學的手術難點,其困難之處不僅源于胰腺本身的結構特點,更重要的是胰腺與十二指腸,膽總管,門靜脈及腸系膜上動、靜脈緊密而復雜多變的結構關系[5]。胰腺外形復雜多變,傳統解剖學圖譜的二維圖像難以說明胰腺的外形結構及周圍的復雜關系。應用虛擬3D影像技術是腹部器官開拓研究和解決困難的新途徑,獲得數字化胰腺三維解剖圖像對胰腺的外科發展有極大的幫助,將帶來胰腺外科的巨大飛躍[6]。
目前,通過現代儀器設備對胰腺及胰周結構進行三維重建,是臨床外科醫師提高對胰腺疾病的診斷水平和對胰腺形態定位的重要方法。通過三維重建顯示胰腺腫瘤和胰周血管之間的關系,術前進行可切除性評估以及評估切除范圍,是精確施行外科手術,減少手術中意外損傷的有效措施。部分胰腺腫瘤患者因為影像學特征不典型、影像再現技術缺陷等原因,被臨床醫師或影像醫師錯誤診斷為“不可切除”的惡性腫瘤,而放棄手術治療。2009年11月至2011年8月期間南方醫科大學珠江醫院及第三軍醫大學西南醫院對80例胰腺及壺腹周圍腫瘤患者進行術前評估,運用自主研發的三維可視化軟件腹部醫學圖像三維可視化系統(MI-3DVS)對上腹部增強CT掃描的亞毫米圖像數據進行三維重建并進行術前評估,以實際手術探查進行腫瘤可切除性的驗證,CT增強掃描評估準確率為82.5%,MI-3DVS則達到100%,兩組比較差異有統計學意義[7]。這體現了3D技術在胰腺腫瘤臨床應用方面具有的重大意義。
2 胰周血管的3D可視化研究
在對胰周血管的顯示方面,雖然目前的影像學檢查手段多樣,如CT、MRI、DSA等,但是這些檢查給出的均以平面圖像為主,而且圖像位置固定,無法進行隨意移動。雖然目前的多層螺旋CT已帶有三維重建功能,可以還原腹腔臟器及血管的真面目,但其色彩單一,無法隨意對其重建的結構進行切割,無法對重建的血管及臟器進行自由組合、拆分、透明化等操作,空間立體感不強,且需要在專門的CT工作站,并由專業的影像科醫師進行操作。這就需要有經驗閱片者的思維再現,但有經驗的閱片者往往是影像科醫生,其指導意見與臨床醫生的需求仍存在偏差,臨床醫生不能依照自己的意愿進行多角度的觀察,通過傳統的影像學圖像往往難以正確認識病灶與胰腺組織及胰周血管的關系。而3D模型能充分顯示胰周血管的分布、走行及其與病灶的相互關系;重建出來的血管形象直觀,并能根據需要任意調整觀察角度,能十分清晰地顯示胰周血管的走行及變異情況,且能有目的地隱去其他部分而只顯示需要觀察的部分(圖 1)。

然而,胰周血管的變異在臨床中卻并不少見[8],血管變異將影響胰腺外科手術操作、手術方式以及手術切除范圍。筆者[9-10]曾撰文報道對胰腺腫瘤患者亞毫米CT圖像數據使用自主研發的三維可視化軟件進行三維重建,獲得了較傳統影像學手段更多的有益于指導實際手術操作的解剖參考信息。利用3D模型,術前對患者的胰腺、腫瘤及胰周血管進行三維重建,能夠清晰地顯示胰周各血管的變異情況,顯示胰周血管的大小、走行、位置等,以及與各臟器的解剖關系。臨床醫生在術前對患者的個體化變異情況有了詳細的了解,這對減少手術副損傷以及由血管變異引起的手術意外、縮短手術時間、避免醫療糾紛、減輕患者的經濟負擔等方面都有重要意義。還可以根據血管的形態學變化判斷腫瘤是否對血管形成侵犯等,從而初步判定腫瘤的性質,以及血管侵犯的范圍及程度,以至于可以術前準確地評估可切除性,從而在手術開始之前選擇合適的手術方式,明確手術切除范圍及方案,了解術中是否需要聯合行血管切除及血管重建,降低了手術風險。
3 3D影像技術在術前評估胰十二指腸切除范圍的應用
目前,對于胰腺癌唯一有治愈可能的方法是手術切除,胰十二指腸切除術仍然是胰腺腫瘤外科治療的最主要手段。因此,提高長期生存率的各種改良術式已經成為近年來臨床研究的熱點,并把實施區域淋巴結及神經組織清掃作為胰腺癌根治性手術的重要組成部分,追求達到無殘留腫瘤轉移的淋巴結、無腫瘤殘留的后腹膜組織的根治性切除[11]。
近年來,隨著手術技巧的提高、眾多新藥的問世以及圍手術期監護技術的發展,胰十二指腸切除術的并發癥發生率和圍手術期死亡率均有較大幅度的下降,大型醫療中心和專科醫院的手術死亡率已低于5%。胰腺外科專家一直不斷探索,如何在不縮短患者生存期的前提條件下選擇合理的器官保留的手術方式,以減少對患者消化及免疫功能的影響,提高患者的生存質量。近幾年來,報道了多種保留器官的胰腺手術治療胰腺腫瘤,分別為保留十二指腸的胰頭切除術(duodenum-preserving pancreatic head resection,DPPHR)、中段胰腺切除術(middle segmental pancreatectomy,MSP)、保留脾臟的胰體尾切除術(spleen-preserving distal pancreatectomy,SPDP)和局部切除術[12-13]。這就要求手術醫生術前應對腫瘤進行詳細評估,判斷腫瘤與周圍血管的關系,評價擬行術式的可行性;并且要求醫生術前對腫瘤及周圍血管要有詳細的了解,術中評價是否能保障擬保留器官的血供,若無法保障,則不應保留相應器官。當然,這還需要根據腫瘤的病理類型選擇合理的保留臟器功能的手術方式,以便達到腫瘤根治性切除。然而,通過3D影像技術,可以對胰腺周圍血管情況有清晰而系統的認識,詳細了解胰頭十二指腸區域的解剖,特別是十二指腸、膽總管下端和十二指腸乳頭的血供,可指導術前制定個體化的手術方案,恰當的選擇保留器官的術式,力爭以最小的手術損傷獲得理想的療效,這對降低手術并發癥發生率與死亡率、維持患者器官功能、改善術后生存質量、控制治療費用和減少醫療糾紛均有重要意義。例如,對胰十二指腸動脈弓的三維重建可以清晰地顯示十二指腸與胰十二指腸上、下動脈的關系、距離,胰頭部腫瘤與血管的關系,腫瘤與胃十二指腸動脈或胰背動脈的關系,腫瘤與周圍臟器的關系等,這是判定患者能否行保留器官切除術的基礎。多數患者胰頭前、后動脈弓的位置比較恒定,大致與十二指腸降部平行,距離十二指腸降部內緣10~15 mm。十二指腸降部血供主要包括胰十二指腸前動脈弓、胰十二指腸后動脈弓與腹膜后小血管,已有研究[14]證實,僅憑腹膜后小血管不足以保障十二指腸血供,因而行保留十二指腸的胰頭切除手術時,應最少保留1個胰十二指腸動脈弓,以防術后十二指腸降部缺血、壞死等并發癥出現。根據筆者的觀察,胰十二指腸前后動脈弓較為恒定且容易解剖,只需保留前支或是后支動脈弓,十二指腸降部和水平部的血運就能得到保障(圖 2及圖 3)。
但有關胰頭癌切除的范圍問題迄今仍有很大的爭議。眾多研究[15-16]結果表明,術后無腫瘤殘留,手術達到R0切除,是影響術后生存的主要因素。能否對胰頭部腫瘤完整切除主要取決于以下3個方面:①胰頭與下腔靜脈及腹主動脈之間有無癌腫浸潤;②胰頸后方與腸系膜上靜脈及門靜脈有無浸潤;③聯合切除的胰腺組織及臟器周圍有無重要血管。如何最大限度地去除腫瘤細胞達到根治性切除,如何最大限度地降低手術風險,減少術中副損傷,可以說術前對腫瘤的位置、大小以及胰周血管走行、結構和變異情況的準確把握是關鍵。多排螺旋CT和高分辨率MRI的問世,使外科醫師得以在術前就了解到胰腺及其周圍血管的二維圖像,提高了手術的安全性和手術切除的成功率。然而各臟器及血管在二維平面圖上層疊顯示,不夠直觀,如果沒有豐富的臨床手術經驗及深厚的解剖學功底,很難在自己的大腦中將CT或MRI圖像重建出來得到準確的三維立體解剖關系,更難以形成各臟器毗鄰關系的印象。3D影像技術與胰腺手術相結合,能夠較為理想地解決這一問題。筆者應用3D技術將胰腺腫瘤患者CT數據自動配準,分別對胰腺、腫瘤和胰周血管進行三維重建并著以不同的顏色,通過3D圖形觀察腫瘤與血管的毗鄰關系;可以將動脈和靜脈聯合起來觀察胰周血管的連續性,以便更好地評估腫瘤的可切除性;而且能夠觀察血管壁是否完整以及一些隱匿的血管侵犯,從而能更準確地了解胰周小血管走行、變異情況,胰腺形態,腫瘤的部位、大小,滋養血管等信息,對判斷腫瘤的血管侵犯程度,對胰腺癌術前可切除性評估以及制定個體化的手術方案具有重要的臨床價值;并且還能夠重建出腹腔腫大淋巴結,術前準確定位淋巴結位置、大小,術中指導精確的淋巴結清掃,達到無腫瘤轉移淋巴結殘留,盡可能地達到腫瘤根治的標準。