随着数字医学技术的发展，三维可视化系统MI-3DVS的出现^[1]，可快速将CT二维（2D）图像转化为3D可视化图像并应用于肝胆外科疾病的诊治。近年来，3D打印技术已经应用于医学领域，如头颈外科、骨科、生物医药研究等^[2]。3D打印技术在小肝癌诊治中，顺利完成手术并获得阴性切缘的良好效果^[3]。传统2D腹腔镜在肝切除术发挥了重要作用，但由于空间、深度感缺失等原因，一定程度上限制了腹腔镜肝切除术的发展。而3D腹腔镜具有良好的景深感、高清分辨率、可精确定位等优点^[4]。我们采用三维可视化联合3D腹腔镜曾对16例肝胆疾病进行手术^[5]，实现了精准的肝胆外科数字化微创手术。在此基础上，为了全面实现肝脏肿瘤解剖数字化、诊断三维程序化、手术三维可视化，本研究将三维可视化、3D打印和3D腹腔镜技术相结合，应用于肝脏肿瘤的外科诊治。经查询，国内外尚未见类似文献报道。

收集2013年12月~2015年1月南方医科大学珠江医院肝胆一科22例患者的临床资料。其中男14例，女8例，年龄52±13（28~70）岁。术前诊断为原发性肝癌11例，肝功能级别均为Child -pugh A级，均伴有乙肝背景，其中AFP20 μg/L~6184 μg/L 6例；肝转移癌3例；结节性增生2例；肝血管瘤6例。所有患者均签署知情同意书，符合医疗护理操作常规。

采用256层螺旋CT (Philips Brilliance，荷兰)扫描，收集患者平扫、动脉期、门静脉期和肝静脉期薄层CT数据，具体参数及方法见文献[6]。

将薄层CT数据导入腹部医学图像三维可视化软件系统（MI-3DVS），进行快速图像分割、配准和三维重建^[6]。

采用Michels肝动脉分型^[7]，Cheng门静脉分型^[8]，Nakamura等^[9]和幕内雅敏肝脏外科》肝静脉分型^[10]。

采用MI-3DVS软件进行虚拟肝切除，并计算功能肝体积、肝肿瘤体积、残肝体积等^[11]。

将MI-3DVS重建的3D图像STL文件导入到快速成型软件ZEditTM3.21（3D systems，美国）中，采用Spectrum ZTM 510（3D systems，美国）打印机进行打印1:1 3D物理模型，然后进行打印后处理，即完成3D打印模型制作^[12]。

采用德国KARL STORZ 3D高清摄像系统和索尼高清监视器，结合三维可视化图像、3D打印模型，进行腹腔镜下解剖性肝切除术。

（1）体位：左肝病灶切除采用仰卧位；右肝病灶切除采用左侧倾斜卧位，右腰部略垫高，适当头高足底。（2）Trocar选择及操作空间的建立：根据情况需要采用4孔或5孔进行操作，于脐周，穿刺置入10 mm套管作为置入腹腔镜观察孔。右半肝切除术主操作孔位于剑突下，副操作孔位于右锁骨中线肋缘下2~3 cm，左半肝切除术主操作孔位于左锁骨中线肋缘下2~3 cm，副操作孔位于右腹直肌外侧缘，根据情况需要再适当增加1~2个辅助操作孔，进行辅助肝脏手术。（3）肝肿瘤定位：通过便携计算机的阅读三维可视化软件Viewer观看3D图像模型，辨认脉管、肿瘤位置，并调整至与患者肝脏同样的解剖位置，同时将3D打印模型放置于与患者肝脏同样的解剖位置，置入3D腹腔镜探查，进一步确定肝切除术方案。（4）第一肝门解剖与区域性血流阻断：根据术前三维可视化图像对肝动脉和门静脉辨认，结合3D打印模型定位，解剖第一肝门；根据肝切除术部位需要对入肝血流进行选择性阻断；根据肝脏表面会出现相应的缺血线、结合三维可视化图像虚拟肝切除平面和3D打印模型术前虚拟切除平面决策，确定实际肝切除术平面。（5）其余步骤同文献[13]。

虚拟肝切除体积、残肝体积、功能肝体积、肿瘤体积，以及手术时间、术中出血量、实际肝切除体积和术后住院时间。

术后定期1~11月进行随访，中位数5月，进行AFP和CT检查，并行三维可视化。

采用SPSS19.0统计软件进行分析，计量资料用均数±标准差表示，分类变量资料采用率表示。虚拟肝脏体积与实际切除肝脏体积比较采用t检验，其相关检验采用Pearson相关分析，P < 0.05认为有统计学差异。

通过MI-3DVS三维可视化系统，可获得结构清晰、立体感强的可视化肝脏3D图像，并可清晰辨认肝肿瘤与肝脉管的空间关系（图 1）。

图 1(Figure 1)

图 1 肝脏三维可视化图像 Figure 1 The 3D visualization image of the liver model. 1: Abdominal aorta, 2: Spleen; 3: Pancreas; 4: Liver; 5: Gallbladder; 6: Portal vein; 7: Liver tumor 8.hepatic vein.

（1）Michels肝动脉分型：Ⅰ型19例，Ⅱ型2例，Ⅷ型1例，未见其他型变异；（2）Cheng门静脉分型：Ⅰ型17例，Ⅱ型2例，Ⅲ型2例，Ⅳ型1例，Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ型变异未见；（3）Nakamura肝静脉分型：①LHV（肝左静脉）和MHV（肝中静脉）汇入ⅣC（下腔静脉）结果：LHV和MHV共干后汇入ⅣC共19例；LHV、MHV单独汇入IVC共3例；②肝右静脉(RHV)分型：根据RHV距离根部1 cm有无分支，以及出现引流Ⅶ段的肝右上静脉和/或引流Ⅷ段的静脉情况分型：距离根部1 cm以内无静脉分支（即Ⅰ型）17例；距离根部1 cm以内有静脉分支（即包括Ⅱa、Ⅱb、Ⅲ）为5例；③右半肝的静脉分型：根据右半肝静脉、肝右下静脉或肝右静脉以及肝中静脉的不同组合分型：Ⅰ型：RHV粗大，引流肝右叶大部分，伴有小的或不伴右后下肝静脉（IRHV），占10例；Ⅱ型：RHV中等大小，IRHV中等大小，占7例；Ⅲ型：只有引流Ⅶ段的短小的RHV，MHV粗大，IRHV较粗大，占5例。

根据肿瘤位于肝段，结合肝脏脉管走行，进行以肝段为本的虚拟肝切除，计算相应肝体积，结果：功能肝体积1 248±106 ml；肝脏肿瘤体积137±123 ml；虚拟切除肝体积490±228 ml；残肝体积885±139 ml；残肝体积与功能肝体积之比0.71±0.11（范围0.39~0.86）（注：功能肝体积=全肝体积-肿瘤体积）。

可获得高保真的3D打印模型，真实立体反映了肝肿瘤与脉管的空间关系，通过观察可明确重要脉管的走行，术前可多维度预见术中解剖（图 2）。

图 2(Figure 2)

图 2 肝肿瘤与脉管3D物理模型 Figure 2 A physical 3D printed model showing the liver tumor (yellowish brown), the hepatic vein (dark blue), and the portal vein (grey).

22例患者中，20例患者在3D腹腔镜下完成解剖性肝切除术，2例中转开腹。平均手术时间186±92 min，平均术中出血量284±286 ml，平均实际切除肝体积491±192 ml，平均术后住院时间8.6±3.7 d。20例在3D腹腔镜下完成解剖性肝切除术，其中右半肝切除4例，右后叶切除2例，左半肝切除2例，左外叶切除5例，肝段Ⅴ、Ⅵ、Ⅷ和亚肝Ⅳb段切除分别为2例、2例、1例和2例。平均手术时间175±89 min，平均术中出血量212±174 ml，平均术后住院时间8.0±3.2 d。中转开腹2例，其中1例为肝右后叶切除，1例为肝Ⅷ段切除。均为解剖位置所限制、术中出血而中转开腹完成手术。平均手术时间290±42 min，术中平均出血量1000±141 ml，平均术后住院时间15.1±2.6 d。20例腹腔镜完全手术患者术后第2~3天可下地活动，术后2~4 d拔除胃肠减压管，术后3~7 d可拔除腹腔引流管。

肝细胞癌11例，转移腺癌2例，肉瘤样肝细胞癌1例，海绵状肝血管瘤6例，结节性增生2例。14例肝恶性肿瘤均获得阴性切缘（R0）。

胸腔积液3例，腹水1例，胆漏1例，其余17例术后无并发症，术后无肝功能衰竭发生。无患者围手术期死亡。

虚拟切除肝体积为490±228 ml，实际切除肝体积为491±192 ml，两者t检验比较（t=-0.016，P > 0.05），差异无统计学意义，Pearson相关性检验（r=0.979，P < 0.001），说明虚拟切除肝脏体积和实际切除肝脏体积具有高度相关性（图 3）。

图 3(Figure 3)

图 3 虚拟肝切除体积和实际肝切除体积Pearson相关分析 Figure 3 Correlation analysis of the resected liver volume between the virtual and actual operations of liver resection.

术前6例AFP异常的患者，均于术后2周~3月下降至正常。1例原发性肝癌，术后6个月CT检查和三维可视化发现肝内转移并伴有门静脉癌栓形成。

典型病例1：患者余某，男性，58岁，因“直肠癌术后6年余，反复右上腹胀痛7 d”入院。查体：腹部平坦，左下腹可见长约15 cm纵行手术疤痕。右锁骨中线肋缘下约5 cm，剑突下约3 cm可触及肝脏，边缘钝，无触痛，移动性浊音阴性。CT：肝右叶肿块，大小8.3 cm× 9.5 cm×12.0 cm，呈“快进快出”表现，考虑肝右叶肝癌。术前诊断：（1）右肝转移性腺癌；（2）直肠癌术后。术前三维可视化评估：功能肝体积为1 450 ml，肿瘤体积433 ml，虚拟切除肝体积为765 ml，残肝体积为1 018 ml，残肝体积比0.70。手术时间为290 min，术中出血650 ml，实际切除肝体积为750 ml，术后住院时间12 d。术后病理：肝右叶转移性腺癌。术后7月CT复查和三维可视化均未见肿瘤复发（图 4~6）。

图 4(Figure 4)

图 4 术前影像学资料 Figure 4 Preoperative imaging data. A: Preoperative CT image (1. liver, 2. hepatic tumor); B: Tumor location in couinaud Ⅴ, Ⅵ, Ⅶ and Ⅷ segments; C: The plane of virtual liver resection (yellow arrow); D: 3D printed model of the liver tumor and the vascular system.

图 5(Figure 5)

图 5 术中图像资料 Figure 5 Intraoperative imaging data. A: Dissection of the right hepatic artery (yellow arrow); B: Dissection of the right portal vein (yellow arrow); C: Resection of liver ischemia with the transection line; D: Resected specimen of the liver; E: Volume measurement of the resected specimen by liquid displacement.

图 6(Figure 6)

图 6 术后影像学资料 Figure 6 Postoperative imaging data. A: Postoperative CT image; B: Postoperative 3D imaging model.

典型病例2：许某，男，68岁，体检发现肝脏占位10天入院。查体：腹部平坦，肝脏肋缘下未触及，未触及腹部包块，肝肾区无叩击痛，移动性浊音阴性。CT：肝右叶肿块，大小4.6 cm×5.4 cm×6.0 cm，增强扫描呈“快进快出”表现，考虑肝细胞癌。术前诊断：（1）肝右叶原发性肝癌（2）慢性乙型病毒性肝炎。术前三维可视化评估：功能肝体积为1050 ml，肿瘤体积为50 ml，虚拟切除肝体积327 ml，残肝体积722 ml，残肝体积比0.68。手术时间为300 min，术中出血量为450 ml，实际切除体积为310 ml，术后住院10 d。术后病理：肝细胞肝癌，伴脂肪变。术后5月CT复查和3D可视化未见肿瘤复发（图 7~9）。

图 7(Figure 7)

图 7 术前影像学资料 Figure 7 Preoperative imaging data. A: Preoperative CT image of the liver tumor (yellow arrow). B: Virtual hepatectomy showing the liver tissue to be virtually resected (light blue), liver tumor (brown), and virtually reserved liver tissue (red); C: Automatic measurement of the remnant liver volume (722 ml); D: 3D printed model; E: Semi-transparent 3D printed model of the liver showing the liver tumor (brown-yellow), the liver surface (white), and the inferior vena cava (dark blue); F: Virtual liver resection on 3D printed model with a virtual transection line (yellow arrow).

图 8(Figure 8)

图 8 术中图像资料 Figure 8 Intraoperative imaging data. A: Dissection of the right posterior hepatic artery (yellow arrow); B: Dissection of the right anterior portal vein (yellow arrow); C: Ligation of the right posterior portal vein; D: Photograph after abdominal skin suture; E: Volume measurement of the resected specimen.

图 9(Figure 9)

图 9 术后影像资料 Figure 9 Postoperative imaging data. A: Postoperative CT image (arterial phase); B: Postoperative 3D reconstruction model showing the absence of the right posterior portal vein.

通过三维可视化，可清晰辨认肝肿瘤位置、肝脏脉管结构，以及其立体空间关系。如果进行半肝切除术，对于Cheng氏门静脉Ⅱ型变异，在离断门静脉分支时，应距离左右分叉处1 cm以上进行处理，避免术后门静脉狭窄的发生^[14]。对于门静脉Cheng分型Ⅲ、Ⅳ型，右半肝切除术时，必须确保没有结扎、离断门静脉左支，否则术后将导致门静脉左支缺如，引起灾难性的后果^[15]。本研究中，Cheng氏门静脉Ⅱ型、Ⅲ型和Ⅳ型变异，分别为2例、2例和1例，其中2例进行右半肝切除术，1例为Ⅱ型变异，离断门静脉右支，于距离门静脉左右支分叉处1.5 cm以远进行离断，术后1月CT检查和三维可视化显示无门静脉狭窄；1例为门静脉Ⅳ型变异，进行第一肝门解剖，明确门静脉左支走行才进行离断门静脉右后、右前分支，确保了保留左半肝的门静脉供血的完整性，该患者术后恢复良好。

肝切除术中，保留足够的肝脏回流静脉，可减少术后肝脏淤血等不良事件的发生。如属于右半肝静脉分型Ⅰ型时，进行肝脏的肝Ⅶ段或/和肝Ⅷ段切除术之前，根据三维可视化和3D打印模型明确保留肝脏的肝静脉回流分支，保障肝Ⅵ段和肝Ⅴ段的回流静脉，可避免术后肝脏淤血而可能导致肝功能不全。Gobardhan等^[16]认为进行腹腔镜右半肝切除时，明确肝Ⅷ段的回流静脉是汇入肝中静脉还是直接汇入下腔静脉，可避免必要的术中大出血。

术前准确评估残肝体积是至关重要的。基于CT数据进行的三维可视化除了能准确计算残肝体积^[17]，还能提供肝脏脉管结构与肝脏肿瘤的空间关系，对于术前手术规划及指导实际手术都有重要临床意义。正常肝脏，保留的残肝体积与功能肝体积比>0.3；伴肝炎肝硬化、肝脏化疗后等肝功能异常，残肝体积比>0.5 ^[18]，一般可避免肝切除术术后肝功能衰竭发生。本文22例肝肿瘤患者，残肝体积比为0.71±0.11（0.39~0.86），术后无肝功能衰竭发生，并且虚拟肝切除肝体积和实际切除肝体积分别为490±228 ml和491±192 ml，Pearson相关性检验r=0.979，P < 0.001，这说明两者体积相关性高，也说明MI-3DVS可视化系统有助于肝切除术围手术期处理。

3D打印实现了三维图像向实体三维物理模型的跨越式转变。进行腹腔镜肝切除时，将3D打印模型带入手术室与术中实时手术进行比对，通过调整3D打印模型并置于最佳解剖位置，可为手术关键步骤提供直观的实时导航，对关键部位快速识别和定位。通过精确定位病灶并确定手术切除平面，实时引导重要脉管的分离和肿瘤病灶的切除，实现完整切除病灶和避免重要解剖结构的副损伤，从而提高手术的根治性切除，降低手术风险。本研究14例肝恶性肿瘤患者均获得了R0切缘。Zein等^[19]采用半透明肝脏3D模型于活体肝移植中，表明术中通过实时调整3D打印模型，有助于关键部位的解剖定位、肝离断面的脉管处理，并减少手术时间和并发症。

解剖性肝切除术^[20]具有如下优势：符合肝肿瘤外科的根治原则，可获得更好的预后；相比于开腹，对肿瘤触摸和挤压更少，更符合“无瘤原则”；区域性血流阻断，更好地保护了剩余肝脏功能，减少了术后肝功能衰竭的发生；手术切口小，术后疼痛轻，对免疫功能影响小，患者术后恢复快，并发症少。Cai等^[21]认为出血是腹腔镜肝切除手术过程中最常见的并发症，也是中转开腹的主要原因。而术中出血也是肝切除术后死亡的一个危险因素，已被证实是影响近期和远期预后的不利因素^[22]。难以控制肝断面出血和肝内脉管出血，是腹腔镜肝切除术未能广泛开展的原因之一^[23]。因此，控制出血是腹腔镜肝切除术成败的关键。3D腹腔镜具有良好的景深感、空间定位和高清视野，有助于辨认肝门、肝脏深部各种管道结构。结合3D打印模型，更有利于进行区域性入肝血流阻断^[24]，进而可从容地进行肝切除术。本研究中，肝切除术中需要进行第一肝门解剖，均可顺利完成并进行区域性血流阻断。Tranchart等^[22]认为腹腔镜下进行区域性血流阻断，具有比全肝血流阻断更少的术中输血量和输血率，并可减少术后住院时间。本研究22例患者，共有20例在3D腹腔镜下完成解剖性肝切除术，平均手术时间175±89 min，平均术中出血量212±174 ml，说明3D腹腔镜下肝切除术手术操作、术中出血是可控的。

目前腹腔镜大块肝切除术^{[16, 25]}的文献较少，本研究进行9例腹腔镜下大块肝切除术，顺利完成了8例，其中右半肝切除4例，左半肝切除2例，右后叶切除术2例（典型病例2是其中1例）。另外1例为右后叶切除中因术中出血中转开腹完成，说明3D腹腔镜在大块肝切除术中具有优势。因此，3-3D技术有助于术前安全评估、关键解剖部位的定位、实时导航手术和解剖性肝切除术。