数字化肝脏外科学

　　数字医学是一门边缘性、交叉性的新型学科。编者将肝脏外科临床的现实需求与影像学、解剖学、计算机学相结合，系统介绍了这一技术的基本概念、科学研究，以及腹部医学图像三维可视化系统和虚拟手术器械仿真系统的研发。此外，还对这一技术的临床应用做了系统介绍，包括软硬件平台的搭建，肝脏外科疾病、肝胆管结石、肝移植等的可视化仿真手术。这一技术使腹部脏器模型更加明晰可视，能反映患者病变实况，使依据更加充分，有利于诊断，而且可以获得术前设计能预演、术中操作可导航、精准微创少损伤、术后随访可及时的效果。《数字化肝脏外科学》是国际上第一部有关数字医学的专著，适合普通外科、影像学、解剖学及相关交叉学科医师阅读参考。

　　方驰华　医学博士，教授，主任医师，博士生导师，博士后指导老师。现任南方医科大学珠江医院肝胆一科主任，南方医科大学数字医学临床中心主任；中华医学会数字医学分会副主任委员，中华医学会外科学分会胆道学组委员，国际肝胆胰协会中国分会委员、广东省医学会数字医学分会主任委员；国家自然科学基金评审委员会专家、国家“863”评审委员会专家。《中国微创外科杂志》第一至第四届编辑委员会副主编，《中华外科杂志》第十二至第十三届编委，《中华消化外科杂志》《中国实用外科杂志》《中华实验外科杂志》《中华肝脏外科手术学杂志》《中华普外科手术学杂志》《中华普通外科学文献》等15种核心期刊编委。获2012年全国卫生系统先进个人和中国医师奖；获2项软件著作权、5项国家发明专利；以主研人身份获省部级和军队科技奖12项，其中一等奖1项、二等奖2项、三等奖9项；四次荣立军队三等功。方驰华教授从事肝胆胰外科基础与临床工作33年，运用数字医学技术进行肝胆胰外科疾病的诊治，其疗效达到国际先进水平。自2002年起师从我国著名临床解剖学家钟世镇院士，开始进行中国“数字人”研究。2004年，联合肝胆胰外科专家、影像学专家、解剖学专家和计算机专家等建立起临床数字医学技术研究团队，开展数字医学技术（三维可视化和仿真手术技术）应用于肝胆胰外科疾病的诊治，研发出具有自主知识产权的腹部医学图像三维可视化系统（medicalimage-3Dvisualizationsystem，MI-3DVS），改变了肝胆外科医师传统的诊断和治疗模式，真正实现了活体个体解剖数字化、诊断程序化和手术可视化，极大提高了疾病诊断的正确率，降低了手术风险和并发症发生率，并获得了“十一五”和“十二五”国家高技术研究发展计划（863计划）项目、国家自然科学基金项目、广东省自然科学基金团队项目、广东省中科院战略合作项目、广东省科技重大专项等12项资助。

上　篇
第1章　腹腔血管数字化影像 3
第一节　多层螺旋CT技术及其临床应用 4
一、多层螺旋CT技术概述 4
二、CT对比剂及其临床应用 10
第二节　肝脏血管多层螺旋CT成像技术 11
一、概述 11
二、肝动脉的三维重建 20
三、原发性肝细胞癌动脉供血分类 24
四、门静脉系统三维重建 28
五、下腔静脉肝段及肝静脉MSCTA 33
六、胃左动脉MSCTA 37
七、胆总管供血小动脉MSCTA 40
第2章　肝脏管道灌注后（离体）数字化肝脏研究 44
第一节　肝脏管道灌注后薄层CT扫描 44
一、数据收集与分析 44
二、CT自带软件的灰度三维重建 46
三、CT自带软件的伪彩色三维重建 48
四、图像数据计算机三维重建 48
第二节　肝脏管道灌注后数字化虚拟肝脏研究 49
一、肝脏管道灌注技术 49
二、数字化虚拟肝脏 50
第3章　中国女性一号（尸体）数字化肝脏研究 54
第一节　标本收集及处理 54
一、标本的收集 54
二、尸体标本的预处理 54
三、标本的灌注 54
第二节　标本的包埋及固定 55
一、模具制作 55
二、包埋剂配制 55
三、低温冷冻包埋固定 55
第三节　标本铣切及肝脏数据收集 55
一、冷冻包埋体固定 55
二、铣切准备 55
三、标本铣切 56
四、肝脏数据收集 56
第四节　肝脏图像整理及分析 56
第五节　肝脏图像三维重建 57
一、VCH-F1肝脏图像的配准 57
二、VCH-F1肝脏图像的分割 58
三、VCH-F1肝脏图像的三维重建 58
第4章　活体人数字化肝脏研究 61
第一节　肝脏的生理解剖基础 61
一、肝脏的大致解剖 61
二、肝脏的韧带 61
三、肝脏的表面解剖标志 61
四、肝脏的分叶分段 61
第二节　正常活体人数字化肝脏 62
一、正常活体人肝脏数据的采集 62
二、肝脏CT图像数据收集 63
三、MI-3DVS肝脏图像三维重建 63
第三节　活体人肝脏肿瘤数字化 66
一、肝脏肿瘤概述 66
二、活体人肝血管瘤和原发性肝癌的数据收集 67
三、活体人肝脏肿瘤CT图像数据 69
四、MI-3DVS原发性肝癌三维重建 70
五、MI-3DVS肝血管瘤三维重建 75
第四节　活体人肝门部胆管癌数字化 76
一、肝门部胆管癌概述 76
二、活体人肝门部胆管癌数据收集与分析 77
三、MI-3DVS肝门部胆管癌三维重建 79
第五节　原发性肝胆管结石解剖数字化 80
一、原发性肝胆管结石概述 80
二、原发性肝胆管结石数据采集 83
三、原发性肝胆管结石数据分析与分割 85
四、数字化原发性肝胆管结石图像的三维重建 86
附：《肝胆管结石诊断治疗指南》中肝胆管结石的分型 88
第5章　活体人个体化肝脏分段研究 90
第一节　肝脏分段概述 90
第二节　活体人个体化肝脏分段的研究设备和方法 92
一、研究对象和设备 92
二、CT数据采集方法 92
三、活体人个体化肝脏分段数据分析与分割 92
四、个体化肝脏分段显示 92
第三节　活体人个体化肝脏分段的临床意义及应用 95
一、数字化个体化肝脏分段与Couinaud分段的区别 95
二、数字化个体化肝脏分段的优势 96
三、数字化肝脏分段的临床指导意义 98
四、活体人个体化肝脏分段应用实例 99
第6章　活体人个体化肝脏体积计算的研究 122
第一节　活体人个体化肝脏体积计算方法 122
一、数据录入 122
二、计算原理 122
三、计算软件演示 123
四、计算实例演示 125
第二节　活体人肝脏体积计算的临床应用 127
一、解剖性肝段切除的肝脏体积测算 127
二、非解剖性肝段切除的肝脏体积测算 131
第7章　活体人腹腔血管系统三维重建 135
第一节　活体人腹腔血管系统数据采集 135
一、数据采集对象 135
二、数据采集设备 135
第二节　活体人腹腔血管数据分析 136
一、数据转换 136
二、数据分割分析 137
第三节　MI-3DVS腹腔血管三维重建 139
一、腹腔动脉系统数字化三维重建 139
二、肝脏门静脉系统数字化三维重建 147
三、肝段下腔静脉、肝静脉数字化三维重建 151
第8章　腹部医学图像三维可视化系统 163
第一节　概述 163
一、基本流程 163
二、基本技术 164
三、系统组成 164
四、优势 164
第二节　图像配准 165
一、模板匹配 165
二、配准步骤 166
第三节　图像分割 168
一、CT序列图像的相似性特征 168
二、序列化分割模型 169
三、自适应区域生长算法 169
四、肝脏及其管道的分割实验 169
第四节　三维重建 171
一、可视化工具包VTK 171
二、表面重建法 172
三、体积重建法 172
第五节　系统图像的实现 173
一、系统功能简介 173
二、CT序列图片导入模块 173
三、医学图像分割模块 175
四、医学图像三维重建模块 176
五、三维模型导出模块 177
下　篇
第9章　虚拟手术器械仿真系统 181
第一节　虚拟手术器械的建模方式 181
一、几何建模 182
二、运动建模 182
三、物理建模 184
第二节　肝胆胰脾外科虚拟仿真手术数据库的建立 184
一、数据库基本组成 186
二、数据库功能 186
第三节　仿真手术软件、硬件平台及应用举例 186
一、硬件系统 187
二、软件系统 188
三、应用举例 190
四、小结 192
第10章　肝脏外科疾病可视化仿真手术 194
第一节　右半肝切除可视化仿真手术 194
一、右半肝切除术 194
二、前入路右半肝切除术 199
三、Ⅴ段、Ⅵ段、Ⅶ段肝切除术 205
四、Ⅵ段、Ⅶ段、Ⅷ段肝切除术 210
五、肝右三叶切除术 224
第二节　左半肝切除可视化仿真手术 230
一、左半肝切除术 230
二、肝左三叶切除术 234
第三节　右半肝切除联合尾状叶切除可视化仿真手术 244
一、右半肝切除联合尾状叶切除临床手术常规 244
二、右半肝切除联合尾状叶切除主要仿真手术过程 245
三、右半肝切除联合尾状叶切除可视化仿真手术举例 245
第四节　肝中叶切除可视化仿真手术 253
一、肝中叶切除临床手术常规 253
二、肝中叶切除主要仿真手术过程 253
三、肝中叶切除可视化仿真手术举例 254
第五节　肝Ⅷ段切除可视化仿真手术 261
一、肝Ⅷ段切除临床手术常规 261
二、肝Ⅷ段切除可视化仿真手术步骤 262
三、肝Ⅷ段切除可视化手术举例 262
第六节　肝门部胆管癌可视化仿真手术 266
一、肝门部胆管癌概述 266
二、肝门部胆管癌三维重建及仿真手术实例 273
第七节　其他肝脏肿瘤可视化仿真手术 298
一、肝血管瘤可视化仿真手术 298
二、肝脏局灶结节性增生 311
三、肝破裂数字化三维重建 319
四、门静脉高压征三维重建 326
第11章　肝胆管结石病可视化仿真手术 335
第一节　肝胆管结石病临床诊治现状 335
一、概述 335
二、肝胆管结石病各种术式的优、缺点 340
三、术中辅助措施的应用价值 341
四、复发性肝胆管结石病再次手术的决策 342
五、肝胆管结石病常见并发症的诊断及治疗 343
第二节　肝胆管结石病三维重建及可视化仿真手术 344
一、肝胆管结石病64层CT数据MI-3DVS三维重建 345
二、左肝胆管结石病可视化仿真手术 352
三、右肝胆管结石病可视化仿真手术 365
四、肝胆管狭窄整形可视化仿真手术 367
五、胆肠吻合可视化仿真手术 379
第三节　再次胆道可视化仿真手术 382
一、胆肠吻合术后64层CT数据MI-3DVS三维重建 382
二、胆肠吻合术后再次可视化仿真手术 387
第12章　肝移植可视化仿真手术 396
第一节　活体肝移植 396
一、应用价值 396
二、典型病例 397
第二节　背驮式肝移植 402
一、应用价值 402
二、典型病例 403
第三节　原位肝移植 407
一、应用价值 407
二、典型病例 407