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收藏影象学新技术在肝胆胰外科精准诊断
本文原载于《中华消化外科杂志》年第1期
自20世纪70年代以来，随着计算机科学的发展，如CT、MRI、单光子发射体层成像、PET和电子束CT等装备的出现，极大地增进了肝胆胰外科学的发展。近10年来，随着数字医学（三维可视化、仿真手术、3D打印技术等）、份子影象学等的兴起，肝胆胰外科学进入了精准诊断与医治的3D时期。本文就近年来数字医学、钆塞酸二钠（gadoxeticaciddisodium，GdEOBDTPA）增强MRI、份子影象学等新技术在肝胆胰外科精准诊断与医治的运用进行论述［1］。
1 数字医学在肝胆胰外科精准诊断与医治中的运用
随着数字医学技术的发展，目前可通过三维可视化系统，将CT、MRI的二维影象学数据转化为三维可视化模型，很容易地分辨出器官的组织结构、解剖特点、病灶部位；病灶与周围器官毗邻关系，与血管、胆管等管道系统的整体空间散布构型。
肝胆胰外科三维可视化是指用于显示、描写和解释肝胆胰三维解剖和形态特点的一种工具。它借助CT和（或）MRI图象数据，利用计算机图象处理技术对数据进行分析、融会、计算、分割、渲染等，将肝脏、胆道、血管、病变组织等目标的形态、空间散布等进行描写和解释，并可直观、准确、快捷地将目标从视觉上分离出来，为术前准确诊断、手术方案个体化计划和手术入路选择提供决策。三维可视化肝脏、胆道、胰腺3D打印实现了三维可视化图象向三维物理模型的逾越式转变［2］。
为解决肝胆胰外科精准诊断与医治的迫切需求，笔者团队在数字研究基础上，研发出具有自主知识产权的腹部医学图象三维可视化系统（medicalimagethreedimesionalvisualizationsystem，MI-3DVS，软件著作权登记号：2008SR18798）和虚拟仿真手术器械（软件著作权登记号：2008SR18799）等，率先展开数字医学技术应用于肝胆胰外科疾病的诊断与医治，实现了肝胆胰外科疾病解剖数字化、诊断程序化和手术可视化［3］。
1．1 数字医学在肝脏肿瘤精准诊断与医治中的运用
肝脏肿瘤主要依托CT、MRI、PET等检查。由于肝脏解剖结构十分复杂，这些检查有时达不到对肿瘤的精确诊断和评估，致使术后并发症发生率高［4］。三维可视化系统和3D打印技术解决了上述困难。通过对二维影象学数据进行三维可视化分析，可直观立体地视察肝静脉、门静脉、肿瘤等的三维结构和空间位置关系；根据每例患者肝脏内部脉管系统的走行，个体化划分肝脏区域，准确定位肿瘤，立体视察与肿瘤毗邻的脉管系统；测算剩余肝脏体积百分比，然后采取仿真手术肯定公道的手术入路与最好的切除范围，制定出最好的合适该患者本身病情的手术方案，到达最大限度地切除肿瘤，最大限度地保存正常肝脏的目的［5］。笔者基于多年将数字医学技术应用于原发性肝癌患者的诊断与医治研究经验，构建了原发性肝癌三维可视化精准诊断与医治平台，解决了肝脏肿瘤术前评估不精确和术后并发症发生率高的困难，使原发性肝癌的诊断与医治流程数字化、程序化、规范化［6］。该平台包括：（1）原发性肝癌患者高质量的亚毫米薄层CT图象数据的搜集和贮存。（2）数据导入MI-3DVS中进行三维可视化分析：①个体化肝动脉分型；②个体化门静脉分型；③个体化肝静脉分型［7］；④根据肝静脉、门静脉血流拓扑关系，进行个体化肝脏分段和体积测算［8］；⑤个体化中央型肝癌的三维可视化分型［5］。（3）对复杂性肝癌患者，进行三维可视化肝脏3D打印［3］。（4）结合三维可视化、3D打印指点原发性肝癌临床手术实施。475例手术结果显示：与非三维可视化比较，原发性肝癌三维可视化精准诊断与医治平台使肝癌切除率提高7．0％；将文献报导的并发症发生率由16．0％下落为10．9％［4，9］。
1．2 数字医学在肝胆管结石病精准诊断与医治中的运用
医治肝胆管结石病的突破点在于掌握肝脏脉管结构尤其是胆道系统的复杂性与变异性。虽然现代影象学技术的进步增进了肝胆外科学的发展，但是，肝胆管结石病在有明确症状之前，已经历了一个慢性胆管炎、胆道慢性阻塞的漫长病程，其胆道结构已扭曲、变形、扩大或狭窄，邻近肝组织同时受累产生坏死、增生、纤维化、萎缩、肥大等病理生理学改变，为术前准确判断血管、胆管及其与病灶的关系带来不确定因素［10］。现有的肝胆解剖学知识是将正常人体肝脏进行剖析或通过管道铸型等方法观测取得。因此，取得的信息已被限定在固定模式中，不具有个体化、精准性的特点。而CT、MRI等现代影象学检查所取得的图象，胆道外科学专家需要数十年的经验，才能够在浏览二维图象后构成立体认知。但这类经验的认知是不确定的，特别对变异的个体解剖很难作出准确判断［11］。
三维可视化系统及3D打印技术的临床运用，攻克了肝胆管结石病术前诊断不精确和术后结石残留率高的困难。通过对有胆管扩大患者的CT、MRI数据进行三维可视化分析，可直观地分析肝内复杂管道系统的散布、走行、变异及其与病灶的毗邻关系，并对肝脏血管（门静脉、肝静脉、下腔静脉）和胆管之间关系进行评估，具有任意移动、旋转、缩放、摹拟切割等多重显示功能，摹拟肝胆外科手术［12］。笔者构建了首个肝胆管结石病三维可视化精准诊断与医治平台，系统化、程序化、精准化地指点个体化肝胆管结石病精准诊断与医治［10］。根据个体化肝胆管结石病患者三维可视化临床分型，结合仿真手术，选择公道手术方式。在三维可视化技术指导下，笔者团队展开了多种新手术方式：（1）三维可视化技术指导保护性切除术［13］。（2）三维可视化技术指导开腹或经皮肝窦道胆道硬镜靶向碎石取石术医治屡次胆道术后残留结石。（3）三维可视化技术指导经皮肝窦道胆道硬镜靶向碎石取石术医治ⅡC型肝胆管结石病。（4）3D腹腔镜联合胆道硬镜靶向碎石取石术医治复发性、复杂性肝胆管结石病，实现了全程数字化微创外科医治。（5）三维可视化技术指导经腹腔镜肝段切除术联合胆道硬镜医治复杂复发性肝胆管结石病［14］。以往的研究结果显示：肝胆管结石病术后结石残留率为20％～50％，二次手术率为56．4％［15］。笔者团队实施的256例肝胆管结石病三维可视化手术结果显示：术后结石残留率为＜3．0％，术后并发症发生率＜5．6％，术后结石复发率＜2．4％。
1．3 数字医学在胰腺外科精准诊断与医治中的运用
以往对胰腺癌的可切除性评估主要依托CT血管造影（computerizedtomographicangiography，CTA），由于灵敏度和特异度低，常致使判断毛病［16］。通过三维可视化技术及胰腺3D打印，可真实再现胰腺的解剖结构，整体或单独视察肿瘤部位、大小、形态，及其与血管之间的关系，更好地了解肿瘤的性质、形态结构等。笔者团队采取三维可视化技术对胰腺癌、胰腺周围血管进行三维可视化分析，首次建立了胰腺癌三维可视化分型及可切除性评估标准，精准化指点胰腺癌诊断与医治。80例胰腺肿瘤手术结果显示：术前采取MI-3DVS评估胰腺肿瘤可切除60例，不可切除20例，与实际手术切除率一致；采取CTA检查判断可切除50例，其中2例采取MI-3DVS评估为难以切除，与术中发现相同，不可切除30例，其中12例采取MI-3DVS认真评估分析后，术中精细操作、成功切除肿瘤。与CTA比较，MI-3DVS对胰腺肿瘤可切除性评估灵敏度和特异度分别提高19％和18％，胰腺肿瘤可切除率提高12．5％［17－18］。
笔者团队通过研究胰腺铸型解剖，分析胰瘘产生的解剖基础，建立了三维可视化预防胰瘘的方案，采取了“单根线”连续胰肠端侧吻合预防胰瘘的方法，将术后胰瘘发生率由文献报导的20％～25％降为7．7％，均为A级［19］。
2 Gd-EOB-DTPA增强MRI检查在肝脏外科精准诊断与医治中的运用
Gd-EOB-DTPA是一种钆与乙氧基苯甲基2乙烯5胺乙酸螯合物的2钠盐，在钆喷酸葡胺分子结构上添加了脂溶性乙氧基苯甲基而构成，通用名为Gd-EOB-DTPA。Gd-EOB-DTPA是一种新型的肝细胞特异性MRI比较剂［20］。其基本原理为：人体静脉注射Gd-EOB-DTPA后，约50％通过肝窦肝细胞膜上ATP依赖性有机阴离子转运多肽8，由肝细胞外间隙转运入肝细胞；在肝细胞内，可滞留数小时至24h，从而为MRI检查提供了一个相当长的扫描时间窗；随后由位于胆小管面上的多耐药蛋白载体排泄至胆小管内［21］。由于胆红素也通过ATP依赖性有机阴离子转运多肽8受体进入肝细胞进行代谢，故Gd-EOB-DTPA的肝细胞摄取与胆道排泄同血液胆红素总量是竞争抑制关系，从而可间接反应肝功能情况。Gd-EOB-DTPA肾脏排泄率与胆道排泄率基本相同，各占50％。肝、肾对Gd-EOB-DTPA的代谢存在竞争机制，当其中一种途径排泄受阻时可通过另一种途径得到代偿。Xie等［22］的研究结果证实：利用Gd-EOB-DTPA肝细胞特异性摄取的原理，可用来评估肝功能受损情况，且通过MRI灌注成像的参数可预测肝纤维化程度。Kim等［21］通过队列研究结果证实：Gd-EOB-DTPA增强MRI检查能提高原发性肝癌的发现率，CT联合Gd-EOB-DTPA增强MRI检查应用于原发性肝癌切除术，可下降肝癌复发率，提高患者生存率。笔者在运用Gd-EOB-DTPA增强MRI检查时发现：（1）许多HBV长时间携带者，单纯CT、MRI检查均未发现病灶，联合Gd-EOB-DTPA可特异性显示微小肝癌病灶。（2）单纯CT检查均未发现病灶，MRI联合Gd-EOB-DTPA可特异性显示微小肝癌病灶。（3）CT检查均未发现病灶，MRI检查发现病灶但不能肯定性质，联合Gd-EOB-DTPA可特异性鉴别诊断微小肝癌、肝脏结节性增生、肝脏腺瘤等。因此，Gd-EOB-DTPA在微小肝癌的初期诊断和鉴别诊断上有独特优势。
3 份子影象学技术在肝胆胰外科精准诊断与医治中的运用
份子影象学技术的研究始于20世纪90年代初，自20世纪90年代中后期得以迅速发展。份子影象学技术融会了分子生物学、生物化学、纳米、数据处理、图象处理等技术，而各种技术在临床研究中均面临各自的挑战。虽然分子生物学技术的研究还处于起步阶段，但已在基因治疗、药物挑选和肿瘤检测等方面取得了令人瞩目的研究成果。份子影象学技术有着巨大的潜力，不管在基础研究，还是在临床运用中均有广阔的运用前景。目前其在临床运用研究方面主要包括份子探针合成、份子成像装备、份子成像运用研究［23］。
在肝胆胰外科应用上，目前针对肝胆胰特异性肿瘤份子探针合成的研究仍处于探索阶段。以近红外荧光成像技术为代表的光学成像技术已应用到临床肝脏、乳腺、胃肠道手术中，为实时、高精度手术导航提供了技术支持。Gotoh等［24］在肝癌切除术中运用ICG的荧光特性及其能够在肝癌组织中特异性聚集的特点，使癌组织与背景的正常组织构成光强比较，实时显示肝癌病灶的位置和大小在术中采取近红外线成像导航系统和术中超声结合，可发现一些微小的乃至高分化的肝癌病灶。Liu等［25］报导了ICG介导的近红外光检测技术在临床的运用，采取美国华盛顿大学医学院生物工程和放射学部合作开发的无线头戴式“goggles”近红外侦测装备导航肝癌切除术，发现其可以增强肝癌病灶与背景荧光对比度，提高微小肝癌病灶的检出率。笔者在ICG研究中发现：ICG不但具有上述功能，且在肿瘤边界界定、微小肝癌定位和精准手术导航方面均有重要价值。
4 光和（或）声成像的运用
光和（或）声成像（photoacousticimaging，PAI）是近些年发展起来的一种新型生物医学成像方法，其基本原理是当短脉冲激光照耀吸收体时，吸收体局部温度升高，产生热膨胀，这类热膨胀会产生超声波（光声信号），即光声效应。PAI利用超声探测器探测吸收体光吸收信息，从原理上奇妙避开了光散射的影响，使PAI结合了纯光学成像高对比度特性和纯超声成像高穿透深度特性的优点，突破了高分辨率光学成像深度“软极限”（≤1mm），可实现≤70mm的深层活体内份子成像。与其他传统医学影像学技术，如CT、MRI、PET等比较，PAI具有高精度、高深度兼具结构与功能成像能力的优势，代表着生物医学影像学领域的一次革新。
笔者团队目前正在研究光和（或）声多模态跨尺度、功能与份子成像技术。该技术是对肝癌从份子、细胞、微血管、氧代谢等层面侦测，将对初期诊断、边界界定、精准手术导航等方面有重要价值。
5 结语
回顾医学的发展历史，我们可以发现：每一次医学影像学的突破，都使得医学实现了一次革命性的发展。肝胆胰外科未来的发展毫无疑问离不开医学影像学技术的进步。
在信息大爆炸的21世纪，信息化、数字化通过互联的发展渗透到其他各个领域，促使各领域间信息流通，为多学科交叉、整合奠定了基础。以上描写的医学影像学新技术无一不是像分子生物学、生物化学、计算机科学、材料科学等多学科交叉、整合的产物。如何将复杂的生物学进程变成活体直观的图象并应用于人体，仍然是临床医师所面临的挑战。要解决这个问题，笔者认为：必须实现必要的知识和技术整合，过去彼此独立的各学科专家要空前地团结合作，相互学习专业术语，建立不同学科交换合作的平台，培养具有综合素质的医学人材。
参考文献（略）
（收稿日期：-）
（本文：王雪梅）
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