Нерешенные вопросы и клиническое значение сегментации и волюметрии печени

Субочев С.В., Супильников А.А. Нерешенные вопросы и клиническое значение сегментации и волюметрии печени. Морфологические ведомости. 2025;33(2):944. ;33(2):944

Subochev SV, Supil’nikov AA. The liver segmentation and volumetry unresolved issues and clinical significance. Morfologicheskie Vedomosti – Morphological newsletter. 2025;33(2):944. ;33(2):944

Введение. Печень является одним из самых сложных анатомически и гистологически устроенных органов, органично включенного в систему топографоанатомических взаимоотношений с другими составляющими брюшной полости [1]. В связи с этим на протяжении длительного времени операции на печени считались невозможными [2]. Благодаря исследованиям в области функциональной анатомии печени, развитию и совершенствованию методов медицинской визуализации, появилась новая медицинская технология - сегментация печени, описывающая способы ее разделения на функционально независимые сегменты, каждый из которых имеет собственную систему кровоснабжения через ветви воротной вены и печеночной артерии, венозный отток, посредством печеночных вен, а также, отток желчи через сегментарные протоки в сочетании с возможностью выполнения объемного анализа[3-4].

Учитывая значительную вариабельность формы, размеров, объема, особенностей кровоснабжения не только печени в целом, но и каждого из ее сегментов, выполнение точной сегментации этого органа остается сложной задачей, но уже сегодня позволяет решать все большее число клинических задач: вычисление объема поражения печени[5]; разработку персонифицированных планов лечения с учетом выявленных изменений; проведение предоперационного планирования объема резекции или способа трансплантации с минимальными рисками интраоперационных и ранних послеоперационных осложнений [6-7]; расчет дозы и способа доставки эффективной облучающей дозы к опухолевым очагам с минимальным повреждением интактных тканей [8]; оценку динамики заболевания и эффективность его лечения.

Для пациентов, перенесших трансплантацию печени, технология сегментации может применяться для обработки больших наборов данных и оптимизации принятия решений при подборе донора, что потенциально снижает смертность реципиентов за счет сокращения времени ожидания. Кроме того, это есть необходимый инструмент для прогнозирования показателей выживаемости реципиента и трансплантата, а также, для выявления факторов риска рецидива заболевания и осложнений [9]. В медицинских исследованиях и при обучении специалистов сегментация печени может применяться с целью демонстрации сложной анатомии и физиологии этого органа, что способствует дальнейшему развитию новых методов и технологий лечения ее заболеваний [1011].

Цель исследования - анализ классических и альтернативных системы сегментации печени, представляющих собой анатомо-функциональные модели органа. Выделены их преимущества и недостатки. Особое внимание уделено лучевым методам визуализации печени с рассмотрением спектра их возможностей и ограничений при сегментации и волюметрии.

Материалы и методы исследования. Материалом для исследования послужили источники зарубежной и отечественной литературы за последние годы. Источники отбирались по следующим ключевым словам: печень, анатомия, сегменты печени, волюметрия печени, трансплантация, liver, anatomy, liver segments, liver volumetry, transplantation и некоторым другим. Всего было отобрано 50 источников. Использован описательный метод анализа.

Результаты и обсжудение. Исторически самой первой попыткой сегментации печени следует считать ее анатомическое разделение на правую и левую долю посредством серповидной связки [12]. В дальнейшем разделение печени на доли стали производить при помощи линии Cantlie, проходящей от ямки желчного пузыря кпереди до нижней полой вены кзади, что по сути совпадает с проекцией средней печеночной вены [13].

В 1954 году Couinaud предложена система сегментации печени, которая, в настоящее время, продолжает оставаться золотым стандартом хирургической гепатологии [14]. Согласно Couinaud печень делят на восемь независимых сегментов, которые могут быть объединены в сектора, а последние в доли. Каждый сегмент является автономным за счет того, что через его центр проходят ветви воротной вены, печеночной артерии и желчного протока. На периферии каждого сегмента присутствуют вены, по которым осуществляется отток крови в систему печеночной вены [15]. Каждый из сегментов имеет особенности своего расположения и строения. I сегмент (хвостатая доля) – располагается по задней поверхности печени и окружает нижнюю полую вену. Он получает кровь из правой и левой ветвей воротной вены, а отток крови происходит непосредственно в нижнюю полую вену, минуя печеночные. Этот сегмент нередко сохраняет свои функции в условиях распространенного цирроза, тем самым обеспечивая компенсаторную функцию [1617].

Левая доля печени включает в себя II–IV сегменты. II сегмент печени - левый латеральный верхний задний, так как расположен слева от левой печеночной вены и серповидной связки. III сегмент - левый латеральный нижний передний, граничит со II сегментом, но ниже уровня воротной вены. IV сегмент – левый медиальный (квадратная доля), который делится на IVa – верхний и IVb – нижний сегменты, располагаясь между средней и левой печеночными венами [18]. Этот сегмент чаще всего вовлекается в опухолевый процесс вследствие близкого расположения к воротам печени.

Правая доля печени включает в себя V–VIII сегменты [19]. V правый передний нижний сегмент расположен ниже плоскости воротной вены, между средней и правой печеночными венами. VI правый задний нижний сегмент локализуется справа от правой печеночной вены и ниже воротной вены. VII сегмент - правый задний верхний, находится выше воротной вены, справа от правой печеночной вены. VIII сегмент - правый передний верхний -расположен между средней и правой печеночными венами, выше воротной вены [20].

Несколько позднее Goldsmith и Woodburn предложили систему сегментации печени, которая основана на выделении 4-х долей: правой, левой, хвостатой, квадратной посредством трех вертикальных плоскостей, ориентированных на печеночные вены [21].

В странах Азии, а также Японии получила распространение альтернативная система сегментации печени Takasaki [22]. В ее основу положена анатомия воротной вены, которая на уровне паренхимы делит орган на 3 доли и 9 сегментов. Каждый сегмент включает в свой состав ветви воротной вены, печеночную артерию и желчный проток. Таким образом, левая доля включает I сегмент (хвостатая доля) и II–IV сегменты. В состав правой передней доли входят V и VIII сегменты, а в правую заднюю – VI и VII сегменты. IX сегмент является добавочным, который обычно относят к правой доле. Практическая значимость этой системы заключается в возможности учета вариантной анатомии сосудов печени и реализации персонифицированного подхода при удалении патологически измененных тканей печени [22].

В 2000 г. была предложена классификация Brisbane, в основу которой заложены анатомические и функциональные принципы сегментации печени, а также введена упрощенная терминология [23]. Согласно этой классификации, печень делят на 4 сектора. Сектор – это область, условно ограниченная примерно двумя печеночными венами или печеночной веной и краем печени. Таким образом, левый латеральный сектор формируют II и III сегменты; левый парамедианный сектор включает в себя IVa и IVb сегменты; правый парамедианный сектор представлен V и VIII сегментами; а правый латеральный – VI и VII сегментами. I сегмент (хвостатая доля) остается автономным и в расчеты не включается. Наиболее часто данная классификация применяется для определения точной локализации патологического процесса в ходе лучевых методов исследования.

Также известна вентродорсальная сегментация Cho. В ее основе лежит пересмотр деления правого переднего сектора (сегменты V и VIII по Couinaud) на вентральную и дорсальную части. Границей между ними является вена передней борозды (anterior fissure vein), по которой осуществляется отток в среднюю или правую печеночную вены. Несомненным преимуществом предложенной системы сегментации является более точное планирование резекций при опухолях, локализованных в правой доле печени. Однако, имеются определенные недостатки, заключающиеся в необходимости выполнения интраоперационной сонографии для идентификации искомой вены и возможное отсутствии вены передней борозды у 9,9% пациентов [24].

Система сегментации печени по Bismuth, представляет собой детализированную систему Couinaud IV сегмента (квадратной доли), который был разделен на субсегменты – IVa (верхний отдел квадратной доли) и IVb (нижний отдел квадратной доли). Такое деление связано с ветвлением воротной вены в IV сегменте. Предложенный вариант сегментации позволяет не только планировать прецизионные вмешательства, но и проводить адекватное планирование вследствие хорошей визуализации субсегментов при компьютерной (далее – КТ) или магнитнорезонансной (далее – МРТ) томографии с контрастом [25].

Рассмотренные системы сегментации печени являются наиболее распространенными и востребованными в клинической практике. Постоянное совершенствование систем сегментации печени связано с необходимостью выполнения оперативных вмешательств различного объема от малых (сегментарных) до обширных (от трех сегментов и более), а также атипичных и краевых. Учитывая значительное усовершенствование технологий медицинской визуализации, сегментация печени из плоскости анатомии, с ее необходимостью препарирования тканей, перемещена в область прижизненной визуализации, компьютерного моделирования и искусственного интеллекта [26].

В клинических условиях сегментацию печени выполняют при помощи КТ или МРТ с контрастированием. В основу интерпретации сканов заложена система Couinaud, но с некоторыми ограничениями. По данным МРТ сегменты определяют по ветвям воротной и печеночной вен в аксиальной и коронарной проекциях. Так, верхние сегменты (II, IVa, VII, VIII) визуализируются на уровне воротной вены, а нижние (III, IVb, V, VI) — ниже этой плоскости [27].

При проведении КТ печени с контрастом возможна четкая визуализация основных сосудов, паренхимы печени с локализованными в ней патологическими очагами [28]. При получении Т1 - Т2, диффузионно-взвешенных МРТ изображений, а также в ходе контрастирования, возможно получение сканов с лучшим разрешением мягких тканей, чем при КТ и более детальной визуализацией желчных протоков. При невозможности получения КТ или МРТ сканов сегментация может быть выполнена при помощи сонографии с контрастом с целью интраоперационной навигации. Не все, получаемые КТ или МРТ изображения пригодны для процесса сегментации печени. Толщина срезов должна составлять не более 3 мм, пространственное разрешение от 512×512 пикселей и выше, а контрастное усиление позволяет визуализировать сосуды и выделять границы сегментов.

К настоящему времени известны различные способы сегментации печени [29]. Самые первые из них ручные, которые выполняются непосредственно врачом лучевой диагностики с использованием специального программного обеспечения. Основными анатомическими ориентирами при ручной сегментации являются печеночные вены, ветви воротной вены, при этом, нижняя полая вена и серповидная связка служат дополнительными ориентирами. Границы печени на каждом срезе обводят вручную, аналогичным образом осуществляют идентификацию печеночных и воротной вен с определением уровня ветвления воротной вены для выделения верхних и нижних сегментов. Сегменты выделяют, ориентируясь на сосуды, после чего приступают к постобработке, заключающейся в расчете объема печени и 3D реконструкции с цветовой маркировкой сегментов. Расчет объема печени осуществляют путем умножения площади среза на его толщину с суммированием всех срезов. Преимуществами ручных способов сегментации является экспертная точность и независимость от качества применяемых алгоритмов и артефактов на изображениях, а также воз- можность корректировки под конкретную клиническую задачу, применимость способа при сосудистых аномалиях в виде трифуркации воротной вены, отсутствии печеночных вен, а также при значительных объемах поражения или диффузных процессах печени. Основными недостатками ручных способов сегментации является большая длительность, наличие субъективного фактора - врача оператора, выполняющего сегментацию, в том числе в плане вероятности ошибок [30].

Полуавтоматические методы сегментации печени (по интенсивности, разрезанию графа) являются комбинированными и предполагают участие, как врача-эксперта, так и применение компьютерных алгоритмов, в котором первый осуществляет маркировку зон интереса на полученных сканах, а второй осуществляет их автоматическую обработку, опираясь на анализ пикселей. После автоматической обработки при помощи алгоритмов врач-эксперт нередко прибегает к редактированию допущенных ошибок, после чего возможна визуализация и экспорт полученной 3D модели с цветной маркировкой сегментов. Недостатками полуавтоматических методов сегментации с их алгоритмами является высокая чувствительность к качеству изображения, имеющимся шумам, артефактам, пороговым настройкам. Применение способа ограничено при значительных изменениях в печени, занимающих большой объем [31-32].

Автоматические методы сегментации печени предполагают выделение границ органа, патологических очагов, сегментов на основе алгоритмов без участия человека и основаны на технологиях машинного обучения, компьютерного зрения и искусственного интеллекта. Недостатками автоматических способов сегментации на текущий момент в зависимости от применяемой технологии могут быть высокая вычислительная сложность, требующая значительного количества ресурсов, многообразие структур сети и высокие требования к оборудованию, склонность к переобучению на небольшом количестве данны, высокая вычислительная стоимость, длительное время обучения и многие другие [33].

Нередко процесс и итог сегментации печени оценивают с позиций возможности получения 3D-изображений, на основе которых возможно принятие тех или иных клинических решений, однако этого недостаточно без возможности получения и оценки количественных характеристик, к которым относят определение объемов печени и ее сегментов в ходе волюметрии. При планировании расширенных резекций печени необходимо определение общего и функционального объема органа [37-38]. Это необходимо, поскольку, остаточный объем печени является показателем адекватной функции печени и независимым предиктором ее дисфункций в послеоперационном периоде [37]. В норме, соотношение общего и функционального объемов печени должно быть более 20%; в случае диффузных поражений (как правило стеатоза) - более 30%, а при наличии фиброза или цирроза печени -от 40% и более [39-41].

За счет весьма широкой вариабельности объемов печени и ее сегментов в популяции не во всех случаях при планировании оперативного вмешательства воз- можно получение необходимого соотношения объемов печени, поэтому существует решение проблемы через стимуляцию регенеративных процессов с компенсаторной гипертрофией. К таким методам относят эмболизацию ветвей воротной вены, ответственных за кровоснабжение планируемых к резекции сегментов [42]. За счет перераспределения кровотока в течение 3–6 недель интактные сегменты увеличиваются в размере, достигая оптимального функционального объема, что определяется при повторной сегментации и волюметрии [43-44]. Аналогичный результат может быть достигнут двухэтапной резекцией печени по способу ALPPS [45].

Сегментация и волюметрия необходимы в протоколах трансплантации печени. Трансплантация печени от живых доноров проводится все чаще, с учетом растущей потребности в органах [46]. Так, у детей минимальный объем печени, который можно трансплантировать составляет 0,8–1,5% от массы тела или 25–35% от стандартного объема печени, рассчитываемого в ходе сегментации и волюметрии. Нередко, этот объем может быть получен за счет II и/или III сегментов [47-48].

При трасплантации печени взрослому пациенту от живого донора, минимальный объем органа должен составлять 0,6–0,8% от массы тела реципиента, а оптимальный объем - более 1%, при отсутствии патологических изменений, и более 1,5% при явлениях фиброза или цирроза, а оптимальное соотношение общего и