AI輔助3D slicer建模在復(fù)雜肝膽管結(jié)石手術(shù)中的應(yīng)用

摘 要 目的：探討人工智能（AI）輔助3D slicer建模在復(fù)雜肝膽管結(jié)石手術(shù)中的應(yīng)用。方法：63例復(fù)雜肝膽管結(jié)石患者隨機分為傳統(tǒng)組（n=31）及建模組（n=32），傳統(tǒng)組行傳統(tǒng)肝切除術(shù)，建模組予以AI輔助3D slicer建模診療，觀察兩組患者手術(shù)指標、肝膽功能、并發(fā)癥發(fā)生率及術(shù)后6個月結(jié)石復(fù)發(fā)率。結(jié)果：兩組肝功能恢復(fù)時間及術(shù)后6個月AST、ALT及ALP、谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶、總膽紅素、直接膽紅素水平比較無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）；建模組手術(shù)時間及住院時間短于傳統(tǒng)組，術(shù)中出血量少于傳統(tǒng)組（P<0.05），并發(fā)癥發(fā)生率低于傳統(tǒng)組，術(shù)后6個月結(jié)石復(fù)發(fā)率低于傳統(tǒng)組（P<0.05）。結(jié)論：復(fù)雜肝膽管結(jié)石手術(shù)中應(yīng)用AI輔助3D slicer建模診療總體可減少術(shù)后并發(fā)癥，但對術(shù)后膽瘺及膽管炎并發(fā)癥發(fā)生率還需大樣本進行研究。

關(guān)鍵詞 人工智能 3D slicer建模 肝膽管結(jié)石

中圖分類號：R575.7 文獻標志碼：B 文章編號：1006-1533（2024）19-0052-04

引用本文 袁國輝， 熊少敏， 熊日暉， 等. AI輔助3D slicer建模在復(fù)雜肝膽管結(jié)石手術(shù)中的應(yīng)用[J]. 上海醫(yī)藥， 2024， 45（19）： 52-55.

基金項目：江西省衛(wèi)健委科技計劃項目（202211838）

Application of AI-assisted 3D slicer modeling in complex hepatolithiasis surgery

YUAN Guohui， XIONG Shaomin， XIONG Rihui， JIANG Can， XU Jianfeng， MEI Baohua

（Department of Hepatobiliary and Pancreatic Surgery， the First People’s Hospital of Jiujiang City， Jiujiang 332000， China）

ABSTRACT Objective： To explore the application of artificial intelligence （AI）-assisted 3D slicer modeling in complex hepatolithiasis surgery. Methods： Sixty-three patients with complex hepatolithiasis were randomly divided into a traditional group （ 31 cases， underwent traditional liver resection） and a modeling group （32 cases， received AI-assisted 3D slicer modeling diagnosis and treatment）. The surgical indicators， the hepatobiliary function， the incidence of complications and the recurrence rate of stones at 6 months after surgery were compared between the two groups. Results： There were no statistically significant differences in the recovery time of liver function and the levels of AST， ALT， ALP， glutamyltranspeptidase， total bilirubin and direct bilirubin between the two groups （all P>0.05）. The time for surgery and hospitalization was shorter， the intraoperative bleeding and the incidence of complications were less and the recurrence rate of stones at 6 months after surgery was lower in the modeling group than the traditional group （all P<0.05）. Conclusion： The application of AI-assisted 3D slicer modeling in the diagnosis and treatment of complex hepatolithiasis surgery can reduce postoperative complications overall， but the incidence of postoperative biliary fistula and cholangitis complications still needs to be studied with large samples.

KEY WORDS artificial intelligence； 3D slicer modeling； hepatolithiasis

肝內(nèi)膽管結(jié)石是肝膽外科的常見頑疾，其發(fā)病率呈逐年上升趨勢，已成為良性膽道疾病患者的重要死因之一[1]。在發(fā)病早期，患者往往會表現(xiàn)出上腹部疼痛，隨著病情的發(fā)展，逐漸發(fā)展為持續(xù)性的疼痛，還會伴有發(fā)熱、寒戰(zhàn)、黃疸等癥狀[2]。既往臨床對于肝膽管結(jié)石常行傳統(tǒng)肝切除術(shù)進行治療，但此方法存在一定的局限性，無法確定膽道結(jié)石的具體位置，對于肝膽管結(jié)石的定位效果不太理想，在操作過程中可能會對機體造成較大的損傷。三維可視化技術(shù)的興起為醫(yī)師提供了新的思路和方法[3]，其可精確評估肝臟的解剖結(jié)構(gòu)和病理情況，對肝切除術(shù)、膽道鏡取石術(shù)和膽道引流等具有重要指導(dǎo)作用，由于AI輔助3D slicer模型可以提供更加準確的信息，因此在術(shù)前評估和指導(dǎo)手術(shù)中都能發(fā)揮重要作用[4]。因此，將此種診療方式用于治療復(fù)雜肝膽管結(jié)石可能會更有效。本研究將探討此種手術(shù)方式對于復(fù)雜肝膽管結(jié)石患者的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2021年9月至2022年9月期間本院收治的63例非復(fù)雜肝膽管結(jié)石患者，隨機分為傳統(tǒng)組（n=31）和建模組（n=32）。傳統(tǒng)組男、女分別為20和11例；年齡50～72歲，平均（59.16±7.44）歲；Child-Pugh分級：A級15例，B級16例；體質(zhì)量指數(shù)（BMI）20～25 kg/m2，平均BMI（22.62±2.19）kg/m2。建模組男、女分別為20和12例；年齡50～72歲，平均年齡（58.86±6.79）歲；ChildPugh分級：A級20例，B級12例；BMI 20～26 kg/m2，平均BMI（23.011±2.13）kg/m2。兩組患者一般資料對比差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）。納入標準：①符合肝膽管結(jié)石的診斷標準[5]；②術(shù)前的肝臟Child-Pugh分級為A或B級；③能夠耐受手術(shù)者。排除標準：①伴有較為嚴重的基礎(chǔ)性疾??；②凝血功能障礙或存在出血傾向者；③中途退出或者隨訪脫落。

1.2 方法

傳統(tǒng)組予以傳統(tǒng)肝切除術(shù)，患者氣管插管全麻后，采取仰臥位。首先，在右肋緣下取約20 cm切口，逐層切開皮膚、皮下組織及肌層，進入腹腔，暴露肝臟后，切開肝包膜，小心分離肝實質(zhì)和肝門的筋膜組織。再仔細探查肝臟、肝內(nèi)膽道及肝門的情況。在膽道內(nèi)插入一根直徑約2 mm的小膽道，觀察其與肝管狹窄的程度，并通過調(diào)整小膽道的位置，使小膽道的開口盡量靠近肝管狹窄的部位。通過小膽管內(nèi)注入造影劑或抗生素水溶液，觀察到肝管狹窄的情況。借助膽道鏡由小到大對狹窄的部位進行擴展，將結(jié)石取盡，同時也對整個膽囊內(nèi)的結(jié)石進行一個清理。將整個膽囊和膽道系統(tǒng)的結(jié)石都處理干凈以后，最后常規(guī)切除肝段、肝葉。

建模組予以AI輔助3D slicer建模診療。①增強CT數(shù)據(jù)采集：術(shù)前對病人進行64或256排螺旋CT掃描，采用0.625～1.250 mm層厚掃描，術(shù)前常規(guī)采集CT 強化的圖像數(shù)據(jù)，在平掃以及增強圖上可以清晰地顯示膽管以及肝內(nèi)血管的二維圖像，同時將薄層CT圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過圖像工作站處理后，所有數(shù)據(jù)圖片保存為DICOM格式，刻錄光盤存儲。②3D slicer軟件AI輔助快速建模：將上述DICOM格式CT圖像導(dǎo)入3D slicer 4.11.0版本（https：//download.slicer.org/），在Slicer Extensions管理中，選擇Nvidia AI Assisted Annotation插件安裝，完成后點擊Nvidia AIAA，在圖像分割模塊下采用AI自動分割建模，按視頻教程和軟件文檔操作，將肝臟、血管、膽管和結(jié)石3D模型輸出，保存為STL格式。③組建肝膽管結(jié)石外科手術(shù)三維可視化：將模型導(dǎo)入軟件Paraview中，按照肝膽管結(jié)石三維可視化臨床診斷及數(shù)字化分型、術(shù)前規(guī)劃和仿真手術(shù)的技術(shù)方法，設(shè)透明區(qū)，計算肝臟體積和結(jié)石數(shù)量、大小與位置。在三維可視化技術(shù)構(gòu)建的立體化模型中，肝內(nèi)“膽管樹”和“血管樹”立體形態(tài)及相互關(guān)系、結(jié)石的大小及其在各肝段膽管內(nèi)的分布、膽管狹窄程度和范圍、血管變異、肝臟有無萎縮等均可得到清楚顯示。

兩組患者均術(shù)后隨訪6個月。

1.3 觀察指標和評價標準

1）手術(shù)相關(guān)指標 比較兩組患者手術(shù)時間、術(shù)中失血量、肝功能恢復(fù)時間及住院時間。

2）肝功能 于術(shù)前、術(shù)后6個月后抽取空腹靜脈血5 mL，應(yīng)用生化分析儀檢測天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶（AST）、丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶（ALT）及堿性磷酸酶（ALP）水平，選用循環(huán)酶速率法檢測谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶、總膽紅素、直接膽紅素水平。

3）并發(fā)癥 比較兩組患者發(fā)生結(jié)石殘留、膽管炎、膽道出血、膽道損傷、膽瘺的情況。術(shù)后6個月對比兩組患者結(jié)石復(fù)發(fā)情況。復(fù)發(fā)標準：患者出現(xiàn)復(fù)發(fā)后，多有腹痛、發(fā)熱、黃疸等癥狀，影像學(xué)檢查提示膽管結(jié)石。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1 手術(shù)相關(guān)指標比較

兩組肝功能恢復(fù)時間比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05），建模組手術(shù)及住院時間短于傳統(tǒng)組，術(shù)中出血量少于傳統(tǒng)組（表1，P<0.05）。

2.2 肝功能比較

術(shù)前，兩組AST、ALT、ALP、谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶、總膽紅素、直接膽紅素的水平比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）。術(shù)后6個月，兩組AST、ALT、ALP、谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶、總膽紅素、直接膽紅素的水平顯著低于術(shù)前，但兩組比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義（表2，P>0.05）。

2.3 并發(fā)癥發(fā)生率比較

建模組并發(fā)癥發(fā)生率低于傳統(tǒng)組（12.50% vs 35.48%）；術(shù)后6個月，建模組結(jié)石復(fù)發(fā)率低于傳統(tǒng)組（9.38% vs 32.25%）（表3，P<0.05）。

3 討論

肝膽管結(jié)石是我國常見膽管疾病，由于發(fā)病率較高，病情復(fù)雜，因此需及時進行治療[6]。臨床治療肝膽管結(jié)石的方法為肝切除術(shù)，但肝實質(zhì)易碎不易縫合，術(shù)前僅憑二維圖像便盲目進行肝切除，易發(fā)生嚴重并發(fā)癥[7]。肝膽管結(jié)石三維可視化是指用于顯示、描述和解釋肝膽管結(jié)石三維解剖和形態(tài)特征的一種工具。其可直觀、準確、快捷地將目標從視覺上分離出來，為術(shù)前準確診斷、手術(shù)方案個體化規(guī)劃和手術(shù)入路選擇提供決策意見[8]。國內(nèi)有大量的臨床研究使用該軟件基于CT和MRI數(shù)據(jù)建立3D組織器官模型。楊吉鵬等[9]評價3D slicer軟件在乙狀竇后入路術(shù)中的應(yīng)用價值，利用其建立顱骨與靜脈竇3D模型，于顱骨表面標記關(guān)鍵孔位置并測量關(guān)鍵孔與星點與二腹肌溝上末端的距離，根據(jù)兩組距離確定術(shù)中關(guān)鍵孔位置。

本研究表明在復(fù)雜肝膽管結(jié)石手術(shù)中通過應(yīng)用AI輔助3D slicer建模診療可減少手術(shù)時間和術(shù)中出血量，對肝功能的恢復(fù)無明顯影響?？赡艿脑蚴请S著AI輔助3D slicer建模的發(fā)展，3D打印結(jié)石模型可以用來精確評估結(jié)石的位置、數(shù)目及與組織空間的關(guān)系，從而為經(jīng)皮經(jīng)膽道鏡碎石取石術(shù)中穿刺點的選擇提供幫助[10]。此外，在3D模型的幫助下，可以更清晰地了解結(jié)石的位置、大小、形態(tài)等相關(guān)信息，從而減少術(shù)中不必要的膽管探查，減少擴張次數(shù)。對于一些疑難病例，我們可以通過3D模型觀察，設(shè)計出個體化手術(shù)方案，術(shù)前對手術(shù)進行模擬，有利于制定出最佳手術(shù)方案，便于經(jīng)皮經(jīng)膽道鏡碎石取石治療時行精準手術(shù)操作，從而減少手術(shù)時的組織損傷[11]。

本研究結(jié)果還表明在復(fù)雜肝膽管結(jié)石手術(shù)中通過應(yīng)用AI輔助3D slicer建模診療可提高結(jié)石清除率，減少復(fù)發(fā)。同時總體可減少術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生。可能原因是AI輔助3D slicer建模能夠?qū)?D影像轉(zhuǎn)換成3D影像，提升了肝臟結(jié)構(gòu)和解剖學(xué)的立體感，幫助醫(yī)生在術(shù)前對肝臟內(nèi)部狀況有更加清晰的認識，從而能夠制定出更加合理的手術(shù)計劃，從而保證手術(shù)成功進行[11]。同時可將病變位置以及與周邊組織血管間的關(guān)系進行立體、直觀、清晰的觀察，并利用術(shù)前仿真來確定最優(yōu)的手術(shù)路徑，減少手術(shù)帶來的組織損害，降低手術(shù)風險[12]。同時，AI輔助3D slicer建模所獲取的肝臟實物模型，為醫(yī)師提供了更為詳盡、直觀的個體化資料，同時有助于醫(yī)生對肝臟、脈管解剖和結(jié)石的位置有一個全方位的了解，并對結(jié)石與肝內(nèi)脈管系統(tǒng)的毗鄰關(guān)系有一個全面的了解，使手術(shù)更精準[13]，提高對手術(shù)風險的防范能力，以此為基礎(chǔ)，醫(yī)生在進行肝切除術(shù)時，可避免出現(xiàn)較多并發(fā)癥及術(shù)后復(fù)發(fā)風險，從而提高治療效果。

綜上，在復(fù)雜肝膽管結(jié)石手術(shù)中通過應(yīng)用AI輔助3D slicer建模診療可減少手術(shù)時間和術(shù)中出血量，提高結(jié)石清除率，減少復(fù)發(fā)，同時總體可減少術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生。但本研究樣本量少，隨訪時間短，對于術(shù)后膽瘺及膽管炎的并發(fā)癥發(fā)生率還需大樣本進行研究對照。

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