數(shù)字膽道系統(tǒng)在復(fù)雜膽石癥手術(shù)中的應(yīng)用

王三貴，王海峰，陳海波，葉錫銀，馮曉輝

東莞市南城醫(yī)院肝膽外科，東莞市膽囊疾病研究所，廣東 東莞 523071

膽石癥（cholelithiasis）是一種常見的消化系統(tǒng)疾病，發(fā)病率高、根治困難及反復(fù)發(fā)作[1,2]。近年來我國發(fā)病率3%～11%，還有上升趨勢，亞洲4%～15%，歐美國家約15%成人患病[3,4]。復(fù)雜膽石癥因反復(fù)感染常導(dǎo)致肝形態(tài)結(jié)構(gòu)改變，結(jié)石分布和解剖結(jié)構(gòu)個(gè)體差異大，伴隨各種并發(fā)癥，如膽道損傷、腹腔感染、膽汁瘺、膽道出血等。為明確復(fù)雜膽石癥的局部解剖和分布，筆者自主研發(fā)數(shù)字膽道系統(tǒng)（軟件著作權(quán)號：2019SR0505368）并應(yīng)用于臨床診治，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

2018年4月至2019年7月本院收治的復(fù)雜膽石癥患者，按納入標(biāo)準(zhǔn)：影像學(xué)診斷為復(fù)雜膽石癥、知情同意并完成薄層CT數(shù)據(jù)采集；排除標(biāo)準(zhǔn)：拒絕參與、中途退出和失訪，共41例納入。隨機(jī)數(shù)字法分為兩組，實(shí)驗(yàn)組20人（男7人女13人），對照組21人（男人10女11人）；年齡30～95歲；病程1～27年。術(shù)前肝功能Child-Pugh分級均為A～B級，其中24例有不同程度的黃疸，血清總膽紅素（42.9±37.5）μmol/L，直接膽紅素（30.3±30.5）μmol/L，兩組各項(xiàng)指標(biāo)無顯著性差異。所有病人簽訂知情同意書，經(jīng)本院倫理委員會(huì)審核批準(zhǔn)[南醫(yī)倫理2018（1）號]。

1.2 方法

1.2.1 數(shù)據(jù)采集和三維重建 東芝Aquilion 16層螺旋CT薄層掃描+增強(qiáng)；T管電壓120 kv，電流200 mAs，每旋轉(zhuǎn)一周時(shí)間為0.5 s，螺距0.688 mm，層厚1 mm。采用0.625 mm×16層探測器組合，層厚5 mm，層距5 mm，螺距0.984 mm，球管旋轉(zhuǎn)一周時(shí)間0.5 s，掃描視野40～50 cm，矩陣512×512。CT圖像數(shù)據(jù)分期，導(dǎo)入重建軟件3DVWorks V1.0，調(diào)節(jié)對比度和閾值，采取閾值分割、區(qū)域生長等方法切割重建數(shù)字膽道模型。將模型導(dǎo)入數(shù)字膽道系統(tǒng)，打印3D模型。數(shù)字膽道系統(tǒng)基于3DVWorks V1.0進(jìn)行重建后進(jìn)一步開發(fā)，著重于肝膽結(jié)石?？频呐R床應(yīng)用，能夠提供mimics等基礎(chǔ)重建軟件所不具備的靈活性和交互性，具有數(shù)字膽道解剖、膽道漫游、穿刺仿真、碎石仿真等基本模塊，分別提供相應(yīng)的膽道模型瀏覽、教學(xué)，膽道漫游、經(jīng)皮肝穿刺、膽道鏡碎石取石等模擬、虛擬交互功能。

1.2.2 手術(shù)方法實(shí)驗(yàn)組應(yīng)用數(shù)字膽道系統(tǒng)進(jìn)行膽道模型部分或整體顯隱、放大、縮小、透明化、旋轉(zhuǎn)，明確結(jié)石分布、大小、數(shù)量、形態(tài)，膽管系統(tǒng)有無畸形、狹窄或擴(kuò)張；實(shí)現(xiàn)膽道VR漫游，膽道鏡手術(shù)仿真、導(dǎo)航；繪制膽道、結(jié)石“地圖”，制訂取石方案；為經(jīng)皮肝穿刺尋找穿刺途徑，模擬尋石、碎取結(jié)石；協(xié)助術(shù)前家屬談話、術(shù)前討論；手術(shù)中借助術(shù)前虛擬VR仿真視頻、可視化圖像或膽道3D打印模型，指導(dǎo)內(nèi)鏡下尋找結(jié)石、碎石取石，應(yīng)用腹腔鏡聯(lián)合膽道鏡或經(jīng)皮經(jīng)肝術(shù)治療膽石癥。對照組按傳統(tǒng)方式進(jìn)行術(shù)前規(guī)劃和實(shí)施手術(shù)。

1.2.3 評價(jià)指標(biāo)及術(shù)后隨訪 觀察指標(biāo)為手術(shù)時(shí)間、術(shù)中與術(shù)前評估符合率、術(shù)中出血量、殘留石率、住院總費(fèi)用、住院時(shí)間、圍術(shù)期死亡率、并發(fā)癥、復(fù)發(fā)率。目前隨訪至術(shù)后6個(gè)月。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS25.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，計(jì)數(shù)資料以%（例）表示，分別以t檢驗(yàn)（非正態(tài)資料采用秩和檢驗(yàn)）以及χ2檢驗(yàn)（不符合卡方檢驗(yàn)條件的采用Fisher確切概率法）進(jìn)行分析，以P＜0.05作為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

實(shí)驗(yàn)組術(shù)中所見均與三維可視化圖像模型吻合，實(shí)際手術(shù)方式與術(shù)前規(guī)劃均一致。

2.1 手術(shù)及住院指標(biāo)

實(shí)驗(yàn)組住院時(shí)間（17.55±8.01）d，多于對照組（P＜0.05）；總費(fèi)用（39995.08±14218.92）元，與對照組無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05）；手術(shù)時(shí)間（160.10±78.82）min，術(shù)中出血（2.95±2.28）ml，腸道恢復(fù)時(shí)間（1.13±0.70）d，均少于對照組（P＜0.05）（表1）。

表1 患者手術(shù)及住院指標(biāo)Tab.1 Comparison of the indexes for operation and inpatient between two groups

表2 患者術(shù)后早期主要并發(fā)癥%（例）Tab.2 Comparison of the main early complications between the two groups

2.2 術(shù)后并發(fā)癥

實(shí)驗(yàn)組未發(fā)現(xiàn)明顯并發(fā)癥。對照組結(jié)石殘留2例，術(shù)后消化道出血1例，經(jīng)保守治療后痊愈。所有病例未發(fā)現(xiàn)膽瘺、膽道損傷、術(shù)中大出血及圍手術(shù)期死亡。

2.3 術(shù)后并發(fā)癥

術(shù)后隨訪（6.5±3.1）月，實(shí)驗(yàn)組無結(jié)石復(fù)發(fā)；對照組結(jié)石復(fù)發(fā)2例，術(shù)后3個(gè)月、6個(gè)月各1例，兩組間無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P=0.488）（表2）。2例結(jié)石復(fù)發(fā)均為低回聲膽泥，予熊去氧膽酸口服后膽泥消失，末次復(fù)診未再出現(xiàn)。

2.4 典型病例

患者女性，58歲，27年前曾因“膽石癥”在外院行“膽囊切除膽道探查術(shù)”，本次術(shù)前CT示：“肝膽管膽總管多發(fā)結(jié)石，膽管擴(kuò)張”（圖1A、C），據(jù)其CT數(shù)據(jù)行三維數(shù)字膽道重建，打印出3D模型，模擬數(shù)字膽道內(nèi)漫游，明確病變膽管和結(jié)石的形態(tài)和位置及其與血管的關(guān)系，模擬經(jīng)皮肝穿刺，有效避開肋骨、血管，尋找最優(yōu)穿刺途徑，并測量記錄穿刺的角度和深度，模擬網(wǎng)籃取石、碎石（圖2～6）。實(shí)際手術(shù)與模擬效果一致（圖1B、D）。

圖1 患者術(shù)前與術(shù)后同一層面CT對比A：術(shù)前矢狀面B：術(shù)后矢狀面C：術(shù)前冠狀面D：術(shù)后冠狀面白色箭頭指向紅色塊狀物為肝內(nèi)膽道多發(fā)結(jié)石 黑色箭頭指引流管Fig.1 Comparison of preoperative and postoperative CT findings for the same patient.A:preoperative sagittal CT image；B:postoperative sagittal CT image at the same level；C:preoperative coronal CT image；D:postoperative coronal CT image at the same level as CArrow in Fig.A/C marked multiple stones(in red)in the intrahepatic biliary tract；The black arrow indicated the drainage tube

圖2 3D膽道模型重建主要步驟（結(jié)石為黃色，膽管為綠色，肝為暗紅色，靜脈為藍(lán)色）A：結(jié)石與肝內(nèi)膽管建模B：結(jié)石，膽管與肝建模C：靜脈，膽管及結(jié)石建模D：完整的數(shù)字肝內(nèi)膽管結(jié)石模型Fig.2 Digital 3D reconstructive model based on CTdataA:Stones(yellow)and intrahepatic bile ducts(green)；B:Stones(yellow),bile ducts(green)and liver(dark red)；C:Veins(blue),bile duct(green)and stones(yellow)；D:Digital 3D model of intrahepatic bile duct stone

圖3 基于CT及數(shù)字膽道數(shù)據(jù)打印的肝內(nèi)膽管結(jié)石模型3A：前面觀3B：后面觀圖4 實(shí)際術(shù)中所見與術(shù)前數(shù)字膽道內(nèi)漫游模擬比較4A：實(shí)際手術(shù)中膽管鏡圖像4B：數(shù)字膽道模擬情況 箭頭指向黑色塊狀物為膽管內(nèi)結(jié)石圖5 模擬經(jīng)皮肝穿刺過程（藍(lán)色桿狀物為穿刺套件）A：測得穿刺針位置、進(jìn)針角度65.09°B：測得深度78.5 mmFig.3 Printed hepatobiliary stone model based on CT and digital bile duct data3A:anterior view；3B:back viewFig.4 Comparison of actual operation and preoperative roaming simulation in digital intrahepatic biliary tract4A:Bile duct stones(→black)under choledochoscope during operation；4B:Preoperative roaming simulation of bile duct and stones(→black)in digital hepatic biliary tract systemFig.5 Simulation of percutaneous transhepatic process,the blue tubes were the puncture suite5A:Measured that the needle position and needle entry angle was 65.09°；5B:Measured that the puncture depth was78.5 mm

3 討論

醫(yī)學(xué)與信息科學(xué)結(jié)合產(chǎn)生了數(shù)字醫(yī)學(xué)這一新領(lǐng)域，三維可視化、3D打印、AR虛擬現(xiàn)實(shí)、VR虛擬漫游等在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮了重大作用。林鋼等[5]將數(shù)字化與3D打印技術(shù)應(yīng)用于骨盆骨折的手術(shù)設(shè)計(jì)，郭文彬等[6]將彩色3D打印技術(shù)應(yīng)用于個(gè)性化的腎結(jié)石手術(shù)治療，鄭麗梅等[7]則將數(shù)字重建應(yīng)用于輸尿管的解剖研究，方馳華等[8,9]自主研發(fā)MI-3DVS并應(yīng)用于肝膽胰外科手術(shù)；方兆山等[10]利用三維可視化（3D）技術(shù)和超聲（US）技術(shù)引導(dǎo)經(jīng)皮肝Ⅰ期造瘺聯(lián)合硬鏡靶向碎石治療復(fù)雜肝膽管結(jié)石，效果顯著。劉景豐等[11]研發(fā)了肝手術(shù)的術(shù)前規(guī)劃系統(tǒng)Liv1.0，對142例肝腫瘤開展術(shù)前虛擬手術(shù)制訂手術(shù)方案，提高了復(fù)雜肝切除的成功率。

復(fù)雜膽石癥患者的膽道結(jié)石分布和膽道系統(tǒng)解剖個(gè)體差異較大，術(shù)前影像學(xué)檢查較難精準(zhǔn)定位[12]，術(shù)后結(jié)石殘留率較高，手術(shù)并發(fā)癥較多[13,14]，很難達(dá)到“去除病灶，取盡結(jié)石，矯正狹窄，通暢引流，防止復(fù)發(fā)”的治療原則。為解決這一難題，本組將3D可視化技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、實(shí)境漫游技術(shù)相結(jié)合，自主研發(fā)了數(shù)字膽道系統(tǒng)，并應(yīng)用于臨床。本研究顯示，實(shí)驗(yàn)組與對照組相比，住院時(shí)間稍長，住院費(fèi)用無顯著差異，手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量和腸道恢復(fù)時(shí)間明顯減少，術(shù)后未發(fā)現(xiàn)結(jié)石殘留、消化道出血、膽瘺、膽道損傷等嚴(yán)重并發(fā)癥，術(shù)后結(jié)石復(fù)發(fā)有所減少。本研究不足是應(yīng)用時(shí)日尚淺，病例數(shù)量積累尚少。

圖6 碎石術(shù),實(shí)際手術(shù)（A）與數(shù)字膽道模擬（B～D）比較A：術(shù)中膽道鏡取石B：數(shù)字膽道模擬網(wǎng)籃網(wǎng)住結(jié)石C：模擬網(wǎng)籃取出結(jié)石D：模擬鈥激光碎石Fig.6 Lithotripsy,comparison of actual operation(A)and digitial biliary tract stimulation(B～D)A:Cholangioscopic Lithotripsy during operation；B:Simulated catch stones with basket under digital biliary system；C:Simulated basket lithotripsy with digital biliary；D:Simulated holmium laser lithotripsy

數(shù)字膽道系統(tǒng)可以通過對復(fù)雜膽石癥可視化、膽石手術(shù)仿真、膽道系統(tǒng)漫游，將結(jié)石在膽道的分布情況精準(zhǔn)顯示，明確結(jié)石與3套管道關(guān)系，有助于制訂手術(shù)方案[15,16]，模擬手術(shù)操作、醫(yī)患溝通，減少術(shù)中損傷、出血和腸道恢復(fù)時(shí)間，降低并發(fā)癥和結(jié)石殘留、復(fù)發(fā)率，并可用于醫(yī)學(xué)生教學(xué)、大眾科普等，有較好的應(yīng)用前景。