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,是带有强烈区域分布特点的疾病,具有病情顽固,复发率高的特点,严重危害国人的健康。该病常伴有不同程度的肝内肝管系统和肝细胞损伤,引起严重的并发症,系我国良性胆道疾病死亡的重要原因。自1958年黄志强等首先提出的用肝部分切除治疗肝内胆管结石以来,目前公认的肝内胆管结石治疗原则是：①祛除病灶,②解除狭窄,③取尽结石,④通畅引流。肝胆管结石病主要靠外科治疗,外科治疗包括：胆管切开取石术,肝部分切除术,胆管狭窄修复重建术,肝移植术。单纯手术取石及胆肠吻合具有一定局限性。肝切除术不仅能清除肝内结石,而且能切除病变的胆道,包括狭窄,纤维化和潜在癌变的胆管,因而能降低肝胆管结石的复发风险,是肝胆管结石病的最有效治疗方法。然而,肝脏及其内部管道结构本身就存在较多变异,结石患者的肝脏常常出现变形、转位,合并肝内血管与胆管变异几率更高,行外科手术时由于不了解解剖变异常常造成肝内重要管道损伤而产生严重并发症；另一方面,由于结石多分布于肝实质深面,通常难于触及,且胆管狭窄位置不定等,使得CT、MRI等二维影像检查手段常常难以精确定位,诊治策略存在一定难度,肝切除虽然能切除病变肝脏以最大限度地清除含有结石、狭窄及扩张胆管的病灶,但仍常常遗留狭窄胆管及残留结石,这是肝胆管结石术后复发及再次手术的两个主要因素。近年来,数字医学技术(包括三维重建技术和可视化仿真手术技术)在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,取得了不少的成就,但其在胆道外科的应用研究目前多数还处于基础研究阶段,真正应用于临床的报道较少。三维可视化技术由于能在术前立体地再现肝内各组织结构解剖特点及相互关系,故可明确结石分布范围、结石形状特点、胆管系统狭窄部位及程度、肝内血管走行特征及肝实质病变等情况,这对手术方案多变的肝胆管结石病来说,能在术前就确定其个体化的手术方式,有效实现取尽结石、祛除病灶、解除狭窄、通畅引流的同时,可降低肝胆管结石手术并发症,提高手术的安全性及促进患者术后的恢复。本研究运用数字医学技术对肝胆管结石患者的腹部CT薄层图像进行三维重建及可视化仿真手术,通过观察模型对肝胆管结石的肝静脉及门静脉的解剖与变异进行研究,并分析其对外科手术的影响；基于数字医学技术平台,对肝胆管结石患者行外科手术治疗,评价其在外科治疗的应用价值。目的：1.基于数字医学技术对肝胆管结石的肝静脉及门静脉的解剖与变异进行研究,并分析其对外科手术的影响；2.评价数字医学技术在肝胆管结石病外科诊治中的应用价值；3.探讨数字医学技术在复杂性肝胆管结石中的应用价值。方法：1.材料：1.1设备：荷兰PHILIPS公司：PHILIPS BRILLIANCE64排螺旋CT扫描仪(探测器组合为0.625mm×64)、PHILIPS(?)阅片器、DICOM查看器、PHILIPS Brilliance64层螺旋CT自带Mxview工作站、美国MEDRAD公司：双筒高压注射器、自行研发的医学图像三维可视化系统(MI-3DVS)及3D图像工作站、HP刀片式服务器。1.2药品：德国先灵公司：优维显(300mg I/ml)1.3对象：南方医科大学珠江医院肝胆一科2006年6月至2011年12月期间收治的124例行外科手术治疗的肝胆管结石患者。纳入标准：1.择期手术患者；2.肝胆管结石分型Ⅰ,Ⅱ a、b型患者(根据中华医学会外科学分会胆道外科学组《肝胆管结石病诊断治疗指南》进行分型)。排除标准：急诊手术、Ⅱc型、术前并发胆管癌患者。124例患者性别构成(男/女)为51/73,平均年龄51.8±12.6岁,37例(29.8%)合并其它疾病(例如心血管疾病、肺部疾病、糖尿病等等),35例(28.2%)有胆道手术史(包括肝切除术,胆道探查术,胆肠吻合术；其中1次胆道手术史19例,2次10例,3次5例),30.6%(38/124)患者入院时有发热、腹痛、黄疸等不同程度的胆管炎表现。2.方法：2.1上腹部高质量CT图像数据的获得常规平扫时患者取仰卧位,头足方向,扫描范围由膈项至肝脏下缘,扫描条件120KV、300mAs;采用0.625x64排探测器组合.以层厚5mm、间隔5mm,螺距(Pitch)0.984,球管旋转一周时间0.5s。动脉期注射后扫描延迟时间20-25s,静脉期扫描延迟时间50-55s。扫描结束后将图像数据传至Mxview工作站。高质量肝脏及肝内管道数据采集：肝脏CT强化时,确保扫描时间位于靶血管的峰值强化平台期内,改善了血管成像的质量,为3D提供了高质量的原始数据。高质量胆道、结石数据采集：对结石患者进行CT检查时,均采用0.625mm超薄层扫描,由此获得了高质量结石、扩张或狭窄胆管的图像数据。对肝胆管结石患者上腹部的平扫期、动脉期、门静脉期、静脉期等四期数据进行采集。2.2CT薄层数据的收集在Mxview图像后处理工作站上将该四期图像数据通过专线内网传输至数字医学研究生中心临床部HP刀片式服务器,导出存盘。2.3图像配准、分割与三维重建将患者CT原始图像导入自主研发的医学图像三维可视化系统(MI-3DVS)软件进行分析,采用自动化的预处理腹部脏器组织序列图的新型模板匹配算法,完成上述四期图像的同步配准。运用三维自适应区域生长分割计算法,把图像纹理灰度差别小、边缘不明显的肝、胆、胰、脾等器官及各种管道和组织从CT序列图像中准确、快速、自动地提取并分割出来。将同步配准、分割好的多器官及组织图像进行多器官同步三维重建,系统根据各组织脏器的真实空间位置关系自动配置成一整套的脏器三维重建模型,对模型及各组成部分可以进行放大、缩小、旋转,透明等操作,全方位观察各结构或细节。2.43D肝胆管结石肝静脉、门静脉分类方法肝静脉分类方法：包括三条主肝静脉与下腔静脉关系以及有关变异情况,三条主肝静脉独自的变异情况和是否出现其他特殊肝静脉。门静脉分类方法：以Couinaud门静脉分类方法为基础,结合患者个体化三维模型,把肝内门静脉分支划分为以下几种类型：(1)正常型。门脉主干在肝门处分为左支和右支,右支向右侧走行,分为右前支和右后支。(2)Ⅰ型变异。门脉主干在肝门处呈三叉状直接分为左支、右前支和右后支。(3)Ⅱ型变异。门脉主干先发出右后支,继续向右上行分为左支和右前支。(4)Ⅲ型变异。门脉主干先发出右后支,然后向左侧略弯曲斜行,演变为左支,右前支起自左支。(5)其他变异,包括门脉左支水平段缺如及门脉右支缺如等。2.5肝胆管结石分型诊断在3D模型中调整透明度,立体显示结石的部位、大小、形态、分布和胆管狭窄的部位、程度、长度,并根据《肝胆管结石病诊断治疗指南》做出分型诊断。2.6个体化肝脏的分段将3D模型中的肝脏半透明化,先单独显示内部的肝静脉,根据肝静脉的三支主干走行分布,先将肝脏划分为四个扇区,划分方法选用多次“立体选框”法,肝静脉主干走行作为扇区边界作为引流出道；然后隐藏肝静脉单独显示门静脉,按照门静脉左右支主干分布在肝脏表面的投影位置标记多个投影点,依照投影点的连接面作为分隔面(段间边界),使门静脉的主干作为肝段边界,而二级以上分支走行于肝段内部作为血液供应流入道。这样以来每一肝段都有独立的血供和回流系统,可视为肝脏的一个功能单位,划分好的每一肝段配以不同的颜色加以对比区分。根据实际分段情况观察结石及胆管狭窄具体分布。2.7体积测量肝脏三维模型导入MI-3DVS进行仿真手术切割,将肝脏整体、切除的肝脏及残肝分别作为体积测量模块进行体积测算,并计算切除肝脏的体积及残肝体积占肝脏整体体积的百分比,以对需要行肝切除术治疗的结石患者术前手术方案的安全性评估。2.8仿真手术将重建出的三维模型导入FreeForm Modeling System中,对模型及各组成部分随意进行拆分、放大、缩小、旋转、透明等操作,通过全方位、多角度、多层次地观察各组织结构解剖特点及相互关系,明确结石分布范围、结石形状特点、胆管系统狭窄部位及程度、肝内血管走行特征及肝实质病变等情况；然后利用力反馈设备PHANTOM和自行开发设计的虚拟手术器械在FreeForm Modeling System中对重建模型进行各种类型的仿真手术,通过多种仿真手术方式的模拟和比较确定最终手术方案,以提供术前手术规划及在实际手术中提供实时指导。2.9实际手术观察实际手术中所见肝内外管道解剖结构与结石分布是否与3D模型一致,以及实际手术方式与仿真手术符合情况。术中常规运用胆道镜检查是否残留结石及胆管狭窄,并常规放置T管以用于术后胆道造影及胆道镜检查。术后常规进行胆道造影或胆道镜检查以明确是否有残留结石和胆道狭窄。在随访期间每6月至1年,或者当病人出现胆管炎症状时行超声或CT检查。对患者术前的一般情况,手术情况,手术近期并发症及远期并发症等临床记录资料进行分析,从而评价三维技术在肝胆管结石外科诊治中的应用价值。2.10评价指标①观察三维模型能否准确显示肝内解剖情况以及可视化仿真手术方案与实际手术方案符合率。②分析肝胆管结石肝静脉及门静脉解剖与变异对外科手术的影响。③通过平均手术时间、平均术后住院日、术中出血量及输血量,结石取尽情况,是否发生手术近期及远期并发症等临床资料评价数字医学技术在肝胆管结石病外科诊治中的应用价值及其在复杂性肝胆管结石中的应用价值。3.统计学方法：本研究不涉及统计分析。结果：1三维重建及分型诊断三维重建模型结构清晰、肝脏内部含有的所有结构包括胆管、肝动脉、肝静脉、门静脉系统以及结石等具有了较强的立体感,形态逼真且各组织空间位置关系与真实情况相一致,术中所见结石大小、形态、数量、位置及胆管走行、狭窄部位、狭窄程度与三维重建模型显示均一致。根据三维模型进行分型诊断,124例患者中,Ⅰ型66例,Ⅱ型58例(其中其中Ⅱa型19例,Ⅱb型39例)。其中,52.4%合并胆总管结石,38.7%存在胆道狭窄。2肝静脉及门静脉的解剖与变异情况三支主肝静脉与下腔静脉的关系：三支肝静脉单独汇入下腔静脉约占22.6%；肝左静脉和肝中静脉合成短干后再汇入下腔静脉约占67.7%；肝左静脉消失约占9.7%。肝右静脉的变异情况：正常的肝右静脉约占42.7%；粗短的肝右静脉伴支配右后下的粗大肝短静脉约占21.0%；右肝静脉分出副肝右静脉约占7.3%；细短肝右静脉伴多个副支的肝中静脉约占29.0%。肝中静脉的变异情况：正常的肝中静脉约占73.4%；Ⅳ段静脉与肝中静脉汇合约占17.7%：Ⅳ段静脉独自汇入下腔静脉约占8.9%。肝左静脉的变异情况：正常的肝左静脉约占76.6%；Ⅳ段静脉与肝左静脉汇合约占13.7%；肝左静脉消失约占9.7%。门静脉正常型约占67.7%,Ⅰ型变异约占8.9%,Ⅱ型变异约占7.3%,Ⅲ型变异约占12.1%,其他变异约占4.0%。其他变异中,有1例门静脉右后支萎缩,门静脉右前支与门静脉左支共干并共同发出分支支配左肝内叶,亦可认为是门静脉右支缺如；1例门静脉尾状叶分支非常发达,门静脉右支附属分支萎缩明显；1例门静脉为一主干型,没有分出典型门静脉左右支,沿途发出门静脉左外叶支、Ⅳ段分支及右肝分支；1例门静脉右支沿途发出门静脉右前分支(Ⅴ、Ⅷ段分支不共干,从门脉右支主干发出)；1例门静脉右支末端直接分出右前支及Ⅵ,Ⅶ段门静脉支,缺乏门静脉右后支主干,并且门静脉左支萎缩。另外,门静脉分支萎缩十分常见,约33.9%病例有不同程度的门静脉分支萎缩。3个体化肝脏分段及体积测量个体化肝脏分段后将各段标示颜色隐去或不同程度透明化处理,将结石胆道分别或同时显示,通过不同角度旋转观察,可清晰的观察到结石及胆道病变部位在各肝段内的分布情况,进行结石和病变胆管的精确定位诊断。采用MI-3DVS体积测量模块分别计算出103例行肝切除术患者的整体肝脏、预切除肝脏及残肝的体积大小,并计算出预切除肝脏体积及残肝体积占肝脏整体体积的百分比,结合患者实际肝功能情况评估手术风险。103例行肝切除术患者术后均未发生肝功能衰竭。4仿真手术在FreeForm Modeling System中,通过力反馈设备PHANTOM和虚拟手术器械可方便地对重建模型进行各种类型的仿真手术,包括胆管探查取石术,肝切除术等。通过个体化分段可准确对结石及胆管狭窄进行定位,术前体积测量能准确估算肝切除术后残肝体积以规避术后肝功能衰竭发生。可视化仿真手术观察肝切除平面内重要血管、胆管及结石的解剖关系,通过多个手术方案的优化筛选确定最佳手术方案。124例结石患者仿真手术方案为：21例行胆管探查取石术(包括胆总管切开取石术、肝内胆管切开取石术、狭窄胆管整形术、胆肠吻合术),103例行肝切除术为主的外科手术(包括各种术式的肝部分切除术、肝内外胆管切开取石术、经肝断面胆管探查取石术、狭窄胆管整形术、胆管支撑管支持引流术、胆肠吻合术)。5实际手术124例结石患者中21例行胆管探查取石术(包括胆总管切开取石术、肝内胆管切开取石术、狭窄胆管整形术、胆肠吻合术),103例行肝切除术为主的外科手术(包括各种术式的肝部分切除术、肝内外胆管切开取石术、经肝断面胆管探查取石术、狭窄胆管整形术、胆管支撑管支持引流术、胆肠吻合术),与仿真手术方案相一致。31.5%施行胆肠吻合术,术后住院天数为11.7+3.7天,48例需要术中输血,平均输血量420.8±211.3m1,平均手术时间为234.7±40.0分钟,术中估计失血量为446.7±181.8ml。近期并发症发生率为13.7%,残石率0.8%。124例患者平均随访38.4±18.3月,总体远期并发症发生率为5.6%,结石复发率为2.4%、症状复发4例。41例复杂肝胆管结石患者平均手术时间265.4±38.9分钟,平均术后住院天数13.1±4.9天,平均术中估计术中出血量596.4±178.6ml,有23例患者需要输血,输血量200-800m1,近期并发症发生率为19.5%,通过术后T管造影及CT检查,证实结石取尽率为97.6%。41例复杂肝胆管结石患者术后患者均随访,随访35.6±15.9月,结石复发率2.4%(1/41),症状复发2例,远期并发症发生率为9.8%。结论：1.肝胆管结石肝静脉及门静脉解剖复杂,变异多,个体化可视化的三维立体血管模型,有助于明确变异,合理规划手术,规避手术风险,提高手术安全性；2.数字医学技术指导下行外科手术治疗肝胆管结石,能有效降低手术并发症,改善预后,将会成为肝胆管结石病外科治疗的一种新手段；3.数字医学技术可明确复发性肝胆管结石患者既往的手术方式及腹腔脏器解剖结构的改变,有助于降低手术难度,术前合理制定手术方案能有效减少再次手术率；4.数字医学技术应用于需行多处肝切除的多发性肝胆管结石,通过术前多个手术方案的演练与筛选,确定最佳手术方案,以最大限度地提高手术成功率,促进了患者术后的恢复,是一种安全有效的外科治疗方法。