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3D打印肝脏模型助力实现“精准肝脏外科”

3D打印肝脏模型助力实现“精准肝脏外科”

供稿人:曹桂平、连芩、刘非   发布日期:2017-05-27
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肝脏外科手术是治疗肝脏疾病的有效方法。2006年,黄志强和董家鸿提出了“精准肝切除(Precise Liver Resection, PLR)”的精准肝脏外科理念,旨在“追求彻底清除目标病灶的同时,确保剩余肝脏解剖结构完整和功能性体积最大化,并最大限度控制手术出血和全身性创伤侵袭,最终使手术患者获得最佳康复效果”。

近年来,随着医学影像和计算机技术的发展,3D打印技术对“精准肝脏外科”的实现发挥着越来越重要的作用。对患者的CT或MRI图像进行影像处理,在医学图像处理软件中重建出与病人真实肝脏一致的肝脏仿真模型,通过3D打印技术可获得个性化的肝脏、血管、肿瘤实体模型(图1)。

图1 A.肝脏仿真模型 B.3D打印肝脏实体模型 C.肝脏手术中的表面转移性肿瘤

与二维医学图像相比,3D打印肝脏模型更加便于手术医生理解肝脏内部病变形状、病灶位置、肝脏体积大小以及肝脏肿瘤和肝内脉管的空间位置,为医生界定肝的预切除面提供有效依据。除此之外,患者和家属借助3D打印模型能够更加直观认识病情,了解手术风险和手术必要性,便于医生确定最佳的手术方案。

在手术中,将3D打印模型置于最佳解剖位置,并与实时手术情况进行对比,可为医生提供直观的实时导航,精确引导重要脉管的分离和肿瘤病灶的切除,从而实现“精准肝切除”手术,有效降低手术风险。

2013年,Zein等采用半透明肝脏3D打印模型用于活体肝移植中(LDLT)(图2)。结果表明3D打印肝脏模型有助于关键部位的解剖定位、肝断面的脉管处理,缩短手术时间,减少术后并发症。

图2 A.术前3D打印的肝移植和实际接收的肝移植,短箭头指向肝静脉,长箭头指向肝动脉,双箭头指向门静脉 B.术前3D打印的肝叶和实际捐赠的肝叶,单箭头指向肝动脉,双箭头指向门静脉

2015年,Ryota Souzaki等利用3D打印肝脏模型辅助实施了一例儿童的肝母细胞瘤手术(图3),这是第一例关于3D打印模型作为工具辅助小儿恶性肿瘤手术规划的报告。

图3 A.3D打印肝脏模型, 黑色箭头指向的黑色线表示手术切除线,白色箭头指向肿瘤 B.肝脏结构(血管、肿瘤)位置关系,模型与病人肝脏完全匹配,HV肝静脉,PV肝门静脉

传统3D打印肝脏模型(图1B、图3A)对透明材料有特殊要求,模型成本达2000美元,较为昂贵。此外,透明材料的光线折射扭曲现象会导致肝内管道难以辨识。2015年,日本筑波大学Yukio Oshiro等已研发出价格低廉、内部结构清晰可见的肝脏立体模型,整个模型成本低至600美元。模型内部结构悬空,重要血管、肿瘤一目了然,肝脏表面覆盖有肝脏外形轮廓,便于识别肝脏、血管、肿瘤的空间相对位置(图4)。

图4 筑波大学研发的3D打印肝脏模型

目前,利用3D打印技术制作的肝脏器官模型价格高昂,主要用于科学研究领域,在临床中尚未得到普及。3D打印技术为实现“精准肝脏外科”提供了技术支持,在肝脏手术模拟、手术规划以及医疗教育等方面的应用也与日俱增。随着该技术的不断进步和完善,其在“精准肝脏外科”的临床应用中有着更加广阔的前景。

参考文献:

  1. Oshiro Y, Ohkohchi N. 3D liver surgery simulation: computer-assisted surgical planning with 3D simulation software and 3D printing[J]. Tissue engineering Part A, 2017.
  2. Zein NN, Hanouneh IA, Bishop PD, et al. Three-dimensional print of a liver for preoperative planning in living donor liver transplantation[J]. Liver Transplantation, 2013, 19 (12): 1304–1310.
  3. Souzaki R, Kinoshita Y, Ieiri S, et al. Three-dimensional liver model based on preoperative CT images as a tool to assist in surgical planning for hepatoblastoma in a child[J]. Pediatric surgery international, 2015, 31 (6): 593-596.