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数字化技术在胰头癌手术中的应用研究

2021-05-17 61 上传者：管理员

摘要：目的：探讨数字化技术在胰头癌手术中的应用价值。方法：收集10例胰头癌患者的临床资料。采用三维（3D）可视化技术观察血管的变异情况、胰头癌累及的范围、肿瘤与血管关系、胰周肿大淋巴结情况等，同时结合3D打印技术进行实时手术引导。分析术前规划结果、手术情况、手术前后肝功能及糖链抗原199(CA199)水平变化、术后并发症及近期疗效。结果：10例胰头癌患者均完成了基于数字化技术的术前规划及术中导航。所有患者均顺利完成手术。手术时间（315.1±59.5）min，术中出血量325(200,450)ml，手术切缘均达到R0切除标准。10例患者的术后总胆红素、直接胆红素、ALT、AST、CA199均比术前下降（P均<0.05）。术后发生B级胰瘘1例，经保守治疗后痊愈，无围术期死亡病例。结论：数字化技术适用于胰头癌的术前规划和术中导航，有助于提高手术成功率，降低手术风险。

关键词：
三维可视化
外科手术
数字化技术
胰头癌
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近年来，胰头癌的发病率在国内外均呈明显的上升趋势[1]。其恶性程度极高。手术切除是唯一的根治方法，常用的术式为胰十二指肠切除术。胰十二指肠切除术涉及的解剖结构复杂、手术难度大、术后并发症发生率高，被认为是普通外科最复杂的手术之一。精准化、个体化的手术策略有助患者达到更大的生存获益。目前基于薄层CT或MRI数据的三维（3D）可视化系统在国内外的应用日趋广泛，而3D打印是一种以3D可视化数字模型为基础，运用粉末状金属或塑料等可黏合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术，其实现了3D平面图像向3D空间物理模型的跨越式转变[2,3]。3D打印已经逐渐应用于胰腺恶性肿瘤的诊断和治疗，并且发挥了重要的作用。本研究通过3D可视化联合3D打印技术对10例胰头癌患者进行了手术治疗，取得良好效果，现报告如下。

对象与方法

一、研究对象

回顾性收集2019年5月至2020年6月东莞市滨海湾中心医院普通外科收治的10例胰头癌患者临床资料。其中男8例、女2例，年龄（57.8±6.6）岁，合并高血压病3例、2型糖尿病2例，肝功能Child-Pugh分级A级8例、B级2例，美国癌症联合委员会（AJCC）肿瘤分期第8版ⅠA期2例、ⅠB期4例、ⅡA期1例、ⅡB期3例。病例纳入标准：术前影像学检查诊断为胰头癌，并排除远处转移，术前评估肿瘤可切除或可能切除，患者全身状况可耐受手术治疗。所有患者术前均已签署知情同意书，研究的实施符合医学伦理学规定。

二、方法

1.CT扫描与3D重建

所有患者均行腹部64层螺旋CT扫描（荷兰Philips），收集原始数据并将其导入3D可视化系统（深圳旭东数字医学影像技术有限公司），提取目标区域进行阈值分析。通过区域生长方式重建腹腔脏器、脉管系统、肿瘤及其他组织[4]。

2.胰腺3D打印

从3D重建软件获取的STL文件模型经优化设计后导入3D打印机SpectrumZTM510(ZCorporation，美国）或Caset400（中科院广州电子技术有限公司）中，使用高性能复合材料ZP150或ABS塑料进行1∶1的胰腺3D模型打印。

3.基于数字化技术的术前规划

首先通过模型血管重建，多角度观察腹腔脉管系统的走行，明确解剖血管变异。然后，通过对模型的旋转观察，了解胰腺、肿瘤和胰腺周围血管各结构之间的空间位置关系，评估肿瘤生长范围和血管侵犯水平，并进行胰头癌3D可视化分型[5]。同时分析扩张胰管的走行、受累及变异情况，预测胰腺断面主胰管和副胰管开口的数量、大小、形态，指导胰管支撑管的置入[5]。最后重建胰周肿大淋巴结，协助可切除性评估及判断淋巴结清扫范围。

4.实际手术

将3D打印模型带入手术室，与实际手术进行实时比对，同步调整3D打印模型的解剖位置，对肿瘤及关键管道进行识别和定位。结合术前规划及3D打印模型辅助手术。

5.观察指标

对比术前评估与术中情况、模拟手术方案与实际手术方案，评估其吻合程度。对比分析术前与术后2周的肝功能（总胆红素、直接胆红素、ALT、AST）及糖链抗原199(CA199）水平，记录术中结果（包括手术时间、术中出血量）、术后并发症以及术后住院时间。手术切缘采用1mm原则判断R0/R1切除标准，即距离切缘1mm以上无肿瘤为R0切除，否则为R1切除[1]。

6.术后随访

术后1、3个月对患者进行门诊或住院随访，通过增强CT进行复查，观察患者生存和肿瘤复发情况。

三、统计学处理

采用SPSS21.0进行统计学分析。符合正态分布的计量资料用表示，不符合正态分布的计量资料用中位数（下四分位数，上四分位数）表示，手术前后肝功能及CA199水平的比较采用配对t检验或Wilcoxon符号秩和检验。P<0.05为差异有统计学意义。

结果

一、基于数字化技术的胰头癌术前规划

10例胰头癌中，肿瘤最大径（3.2±1.6)cm，术前规划结果见表1。脉管变异1例，其肝右动脉起源于肝总动脉，见图1A、B。胰管扩张6例，3D可视化模型可清晰显示扩张胰管，见图1C。可疑胰周肿大淋巴结3例，3D可视化可清晰显示淋巴结分布情况，见图1C。所有胰头肿瘤经3D可视化评估后，均具有可切除性，见图1D～F。

二、实际手术情况

术中将3D打印模型（图1G、H）置于最佳解剖位置，为手术关键步骤提供直观的实时导航。术中见肿瘤及重要脉管的解剖特征与术前评估情况相吻合。10例患者均行胰十二指肠切除术联合标准淋巴结清扫，手术入路及手术方式与术前规划一致。手术时间（315.1±59.5)min，术中出血量325(200,450)ml，术后住院时间（21.5±5.3)d。获取淋巴结（16.2±3.5）个，阳性淋巴结数2(0,3）个，残余胰腺均获得阴性切缘，达R0切除标准。

表1基于数字化技术的10例胰头癌术前规划结果

图1基于数字化技术的胰头癌术前规划

三、术后肝功能及CA199变化情况

所有患者在术前均有不同程度的肝功能异常，表现为总胆红素、直接胆红素、ALT、AST升高，CA199高于参考值范围（<40kU/L）。行数字化技术指导下胰十二指肠切除术后2周，患者的总胆红素、直接胆红素、ALT、AST、CA199均比术前下降（P均<0.05），见表2。

表210例胰头癌患者术前术后肝功能及CA199的变化

四、术后并发症

术后共3例患者出现胰瘘，其中生化瘘2例、B级胰瘘1例，经持续引流及药物治疗后痊愈；1例患者出现胃瘫，经保守治疗后痊愈。

五、近期疗效

术后所有患者均获得随访。随访3个月，所有患者均存活良好，复查腹部CT未见肿瘤局部复发。

讨论

随着手术技术的提高以及麻醉学、重症医学等相关学科的进步，胰头癌手术的病死率及并发症的发生率已显著降低，但手术的复杂性及高风险性仍然困扰着外科医师。目前胰头癌的手术治疗仍存在以下3方面难点：(1)如何正确评估胰腺肿瘤的可切除性；(2)如何进行有效的根治性切除；(3)如何保障手术的安全性[6,7,8,9,10]。

目前，胰头癌的总体手术切除率不高，主要的限制在于胰周血管或组织的侵犯。通过胰腺3D可视化及3D打印模型，可以全方位、多角度地观察胰头肿瘤的生长部位及生长范围，同时可以根据肿瘤与血管模型的独立空间关系判断肿瘤的浸润水平，在此基础上对胰头癌进行3D可视化分型，为可切除性评估提供客观、科学的依据。如图1A、B所示，3D可视化及3D打印模型清楚显示肿瘤与动脉、门静脉系统的关系。图1D显示胰头肿瘤与动脉系统存在明显间隙，3D可视化分型为Ⅰ型。图1E显示肿瘤左侧壁紧邻肠系膜上静脉，但管腔形态正常，肿瘤贴附面的血管壁光滑，3D可视化分型为Ⅱ型。图1F显示无切除范围外的可疑淋巴结转移。因而判断肿瘤可切除。以上术前规划均与术中探查所见相符，表明数字化技术有助准确地判断胰头癌的可切除性。

胰头癌患者术后预后差的原因主要是肿瘤的复发与转移。规范的区域淋巴结清扫和切缘阴性（R0切除）是根治性切除的关键，对改善患者预后有重要意义[11,12]。数字化技术可实现术前多维度预见术中解剖，在此基础上进行手术预演，根据胰头肿瘤的位置及大小调整胰腺切除平面，结合术中冰冻病理，提高R0切除率。此外，如图1C、F所示，3D可视化模型可显示肿大淋巴结，术中除常规需要清扫的淋巴结外，需注意其他肿大可疑的淋巴结，必要时结合实际情况进行扩大清扫[13]。胰头癌累及血管时，常需切除病变血管，否则极易残留肿瘤组织引起术后复发。对需要联合血管切除重建的患者，3D可视化定量分析可精准测量受累血管的范围，并模拟手术过程中不同的血管切除方式和重建方案[14]。本组患者在数字化技术辅助下手术，术后CA199较术前明显下降，且随访3个月未见复发，获得满意疗效。

胰十二指肠切除术操作范围内涉及相对常见的血管变异类型为肝动脉变异[15]。肝动脉的异常走行可能导致术中意外损伤，导致大出血，且术中损伤肝动脉后，术后可能导致并发症的风险升高，如肝功能不全、肝脓肿、胆瘘等。如图1A所示，肝右动脉出现罕见的变异，直接起源于肝总动脉，且从较低位置向右侧走行进入肝脏，贴附于胰头肿瘤上极。若术前未发现或无预处理方案，术中损伤肝右动脉的风险较高。3D可视化技术对于血管变异分析的优势尤为明显，通过3D立体模型多角度观察血管起源及走行，准确把握变异血管的走形以及与肿瘤的空间距离关系，有助降低血管损伤风险，保障术中操作安全。此外，胰瘘是影响手术安全性的主要并发症之一[16]。术后胰瘘与围术期感染、出血和病死率密切相关。3D可视化模型可清楚辨认胰管走行、受累及变异的情况（图1C、F），指导胰管支撑管的放置，对胰液的通畅引流、降低胰瘘发生率具有实用价值。

术前精准的评估和合理的手术策略对提高手术的安全性至关重要。术前使用3D可视化分析，掌握肿瘤及周围血管、组织的解剖细节，获得精准的术前评估和完善的手术方案，同时术中结合3D打印模型的实时比对，引导重要脉管的分离和肿瘤病灶的切除，可在一定程度上降低术中损伤风险，提高手术的安全性。本组患者均未出现致命性的术中、术后并发症，且手术效果良好。

综上所述，术前通过数字化技术所获得的3D数据及3D打印模型，提供了比普通医学影像资料更加详细的解剖学信息，实现了由2D到3D、由平面到立体的转变。此技术适用于胰头癌的术前规划和术中引导，有助于提高手术成功率，降低手术风险，充分体现精准外科的理念，具有临床推广价值。

参考文献：

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