周顯軍 董 蒨

數(shù)字醫(yī)學(xué)在小兒肝膽胰外科中的應(yīng)用

周顯軍 董 蒨

數(shù)字醫(yī)學(xué)（digitalmedicine）是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)與數(shù)字化技術(shù)相結(jié)合、以醫(yī)學(xué)為主體，涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)、信息學(xué)、機(jī)械工程學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)等多學(xué)科的一門前沿交叉學(xué)科［1］；是以現(xiàn)代數(shù)字化技術(shù)為工具，解釋醫(yī)學(xué)現(xiàn)象，解決醫(yī)學(xué)問題，探討醫(yī)學(xué)機(jī)理，提高生存質(zhì)量的科學(xué)；其基本內(nèi)涵是采用數(shù)字化技術(shù)提高臨床診療水平。

隨著現(xiàn)代外科多維價(jià)值觀的確立和醫(yī)學(xué)實(shí)踐確定性的不斷提高，傳統(tǒng)外科進(jìn)入以“個(gè)性化、精準(zhǔn)化、微創(chuàng)化與遠(yuǎn)程化”為特征的精準(zhǔn)外科時(shí)代［2－3］。小兒肝膽疾病特別是先天性肝膽疾病在亞洲非常常見，發(fā)病率遠(yuǎn)高于歐美國家。因此小兒肝膽外科學(xué)的發(fā)展對于廣大人民群眾特別是我國兒童的健康、醫(yī)療非常重要，對于我國該領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研究也具有極為重要的意義。近年來，青島大學(xué)附屬醫(yī)院董蒨教授領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)與海信集團(tuán)合作，在“十二五”國家科技支撐計(jì)劃課題及青島市自主創(chuàng)新重大專項(xiàng)資金支持下，成功研發(fā)出擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)系統(tǒng)（Hisense CAS）及外科智能顯示系統(tǒng)（Hisense SID），其交叉融合CT數(shù)據(jù)三維重建、虛擬仿真、數(shù)字肝臟大數(shù)據(jù)分析等多學(xué)科技術(shù)，配合手術(shù)控制智能顯示術(shù)中導(dǎo)航，為小兒外科患兒提供精準(zhǔn)、微創(chuàng)、個(gè)性化手術(shù)解決方案［4－5］。

一、計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)

計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)［6］（computer assisted surgery或computer aided surgery，CAS）是一個(gè)新的外科手術(shù)概念，指利用當(dāng)今醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的先進(jìn)成像設(shè)備，如CT／MRI所得的圖像數(shù)據(jù)，在計(jì)算機(jī)技術(shù)的幫助下制定合理的手術(shù)方案，進(jìn)行手術(shù)前規(guī)劃，并指導(dǎo)或輔助進(jìn)行外科手術(shù)。一般認(rèn)為CAS包括：創(chuàng)建虛擬的患者的圖像；患者圖像的分析與深度處理；診斷、手術(shù)前規(guī)劃、手術(shù)步驟的模擬；手術(shù)導(dǎo)航；機(jī)器人手術(shù)。計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)技術(shù)作為一種全新的疾病診療模式，讓高難度、高風(fēng)險(xiǎn)的手術(shù)能夠更安全的開展，指引著當(dāng)代小兒肝膽外科向一個(gè)新的方向發(fā)展。

二、基于數(shù)字肝臟大數(shù)據(jù)分析的新型肝段分型體系

隨著現(xiàn)代外科不斷向個(gè)體化與精細(xì)化發(fā)展，肝臟部分切除術(shù)及活體肝移植技術(shù)的開展，精準(zhǔn)了解肝臟解剖對于手術(shù)安全性尤為重要［7］，隨著肝臟解剖研究的深入，依據(jù)肝內(nèi)管道系統(tǒng)走形和分布不同，許多學(xué)者提出了不同的肝臟分段方法，其中，1954年Couinaud［8］提出了八段法功能解剖，在當(dāng)今臨床實(shí)踐中廣泛應(yīng)用，后來對于尾狀葉認(rèn)識不斷深入，1994年Couinaud又將背扇區(qū)分為Ⅰ、Ⅸ兩個(gè)段，即九段分類法。但由于上世紀(jì)50年代提出的傳統(tǒng)的Couinaud肝臟八段分類方法影響深遠(yuǎn)，而第Ⅸ段在肝臟整體所占比例較小，新近提出九段分類法反而鮮為廣大外科醫(yī)生所知。由于肝臟分段解剖基于尸體肝臟灌注模型并受限于標(biāo)本數(shù)量，難免欠精準(zhǔn)。隨著現(xiàn)代影像學(xué)的發(fā)展及數(shù)字醫(yī)學(xué)研究的深入，通過三維可視化技術(shù)半透明、交互式、全方位顯示真實(shí)的肝內(nèi)血管的立體解剖關(guān)系和空間管道變異，使得基于活體進(jìn)行肝臟分段成為可能。董蒨教授及其團(tuán)隊(duì)通過對1 260例數(shù)字化肝臟模型進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)人類肝臟的血管結(jié)構(gòu)并不完全相同，與Couinaud教授研究結(jié)果并非完全一致，其中肝臟左葉門靜脈分支及血供相對一致，分為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段。而肝臟右葉則變化較多，無法用一種分段方法來全部包含。通過對數(shù)字肝臟的門靜脈血管形態(tài)、走行、支配肝臟區(qū)域進(jìn)行分析，以精準(zhǔn)肝臟外科要求的基本功能性肝單位的門靜脈分支為基準(zhǔn)，在國際上首次提出了Dong＇s肝段分型并將其分為4種類型［9］，其中A型（8段型）：根據(jù)肝內(nèi)門靜脈走行及分支分為8段，占42.62%。B型（9段型）：根據(jù)肝內(nèi)門靜脈走行及分支分為9段，占36.83%。C型（RP弓狀型）：門靜脈右后支呈弓狀型，根據(jù)肝內(nèi)門靜脈走行及分支分為7段（C—a）或8段（C—b），占8.10%。D型（特殊變異型）：包含較多特殊變異，占12.46%。

數(shù)字醫(yī)學(xué)的發(fā)展為肝段的劃分提供新思路，基于計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)三維重建得到數(shù)字化門靜脈模型，通過全方位觀察模型，為影像學(xué)提供了三維可視化的解剖學(xué)基礎(chǔ)，通過對大數(shù)據(jù)量的數(shù)字肝臟進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)門靜脈解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行歸納分析并提出新的Dong＇s肝段分型體系，對于臨床醫(yī)生、醫(yī)學(xué)生更加全面認(rèn)知肝臟解剖結(jié)構(gòu)及指導(dǎo)精準(zhǔn)肝切除手術(shù)具有重要意義。同時(shí)，D型為多種特殊變異類型且比例較高也證實(shí)了臨床中個(gè)體化精準(zhǔn)手術(shù)的必要性，術(shù)前應(yīng)根據(jù)每位患者的影像學(xué)資料建立個(gè)體化肝臟模型進(jìn)行肝臟分段，再制定個(gè)體化手術(shù)方案，從而指導(dǎo)精準(zhǔn)肝切除等手術(shù)的實(shí)施。

三、數(shù)字醫(yī)學(xué)技術(shù)在小兒肝臟外科手術(shù)的應(yīng)用

小兒肝臟腫瘤的首選治療方法仍為根治性腫瘤切除［10］，然而，由于小兒肝臟解剖結(jié)構(gòu)精細(xì)復(fù)雜，小兒肝臟腫瘤多表現(xiàn)為瘤體巨大、生長較快、病理種類多、部位復(fù)雜、不同年齡患兒肝臟容積差別大等特點(diǎn)，手術(shù)難度較大，手術(shù)前準(zhǔn)確判斷腫瘤的具體位置、累及范圍及其與周圍血管的毗鄰關(guān)系尤為重要。精準(zhǔn)外科理念在肝臟外科的演繹即精準(zhǔn)肝臟外科，旨在通過最大化病灶去除、最大化臟器保護(hù)、最小化創(chuàng)傷侵襲等多策略的均衡，實(shí)現(xiàn)手術(shù)安全化、治療高效化和干預(yù)微創(chuàng)化的多目標(biāo)優(yōu)化，“精準(zhǔn)”理念貫穿于精密術(shù)前規(guī)劃、精工手術(shù)操作和精良術(shù)后護(hù)理的圍手術(shù)期全過程，而精密的手術(shù)規(guī)劃是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)肝臟手術(shù)的先決和保障。

傳統(tǒng)的小兒肝臟腫瘤手術(shù)術(shù)前規(guī)劃依靠解剖學(xué)知識，B超、CT等二維影像資料，需要憑借二維影像在頭腦中重建出三維構(gòu)象，限于外科醫(yī)師的經(jīng)驗(yàn)難免存在構(gòu)象的誤區(qū)，且術(shù)前無法進(jìn)行驗(yàn)證，有時(shí)甚至需開腹探查才能決定最終手術(shù)方案。這使得二維規(guī)劃下的小兒肝臟腫瘤手術(shù)在術(shù)前規(guī)劃、術(shù)中操作和術(shù)后恢復(fù)上都存在極大的不確定性，包括：腫瘤的侵及范圍、血液供應(yīng)及與周圍血管的毗鄰關(guān)系，肝內(nèi)管道走形及是否存在變異，腫瘤能否手術(shù)完整切除、切除范圍及切除方式等。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及影像檢查技術(shù)的不斷發(fā)展，以精確的術(shù)前影像學(xué)和功能評估、精細(xì)的手術(shù)操作為核心的精準(zhǔn)肝切除技術(shù)日益受到重視。基于數(shù)字醫(yī)學(xué)的計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)技術(shù)則是實(shí)現(xiàn)肝臟精準(zhǔn)手術(shù)操作的基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)系統(tǒng)可將術(shù)前二維（two dimensional，2D）的CT／MRI影像數(shù)據(jù)進(jìn)行三維（three dimensional，3D）重建，建立個(gè)體化的肝臟三維解剖模型［4，11－12］，清晰顯示肝臟內(nèi)脈管系統(tǒng)的走行及解剖關(guān)系，還原病灶與其周圍脈管結(jié)構(gòu)的立體解剖構(gòu)象，準(zhǔn)確對病變進(jìn)行定位、定性和評估，制定合理的手術(shù)方案，實(shí)施個(gè)體化的肝臟血管取舍分配方案及實(shí)施精準(zhǔn)肝臟手術(shù)。

肝移植是治療小兒終末期肝病的有效方法［13］，由于肝臟解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)有肝靜脈系統(tǒng)及Glisson系統(tǒng)，肝移植手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)極高。由于血管復(fù)雜性和變異性易引起手術(shù)大出血，術(shù)前準(zhǔn)確的血管影像學(xué)檢查及精確的手術(shù)技術(shù)是小兒肝移植成功的關(guān)鍵。通過計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)系統(tǒng)進(jìn)行三維重建得到的數(shù)字化模型立體全方位顯示肝臟及其內(nèi)部管道結(jié)構(gòu)的位置、形態(tài)及其與周圍大血管等結(jié)構(gòu)的解剖關(guān)系，有利于個(gè)體化肝移植手術(shù)方案的設(shè)計(jì)。肝靜脈解剖變異的發(fā)生率約為20%，通過三維重建明確血管變異情況，模擬手術(shù)過程，找到合理的處理方法，避免術(shù)中不必要的意外。肝動脈解剖變異的發(fā)生率約為20%～50%，肝動脈的血供是保證移植肝臟存活的必要條件，故術(shù)前了解肝動脈血供對外科醫(yī)生制定最合理的動脈重建計(jì)劃、保證肝臟供氧和膽管樹的灌注有重要意義。通過對供體肝臟進(jìn)行三維重建得到數(shù)字化肝臟模型，術(shù)前精細(xì)了解血管系統(tǒng)在肝內(nèi)走行，評估供體肝臟體積，結(jié)合供體和受體情況，比較不同切割層面效果，經(jīng)過術(shù)前手術(shù)規(guī)劃設(shè)計(jì)，評估不同切取平面是否滿足術(shù)后肝臟功能代償需要，最終制定科學(xué)的供肝切取方案，降低了損傷血管和膽管的危險(xiǎn)，減少出血量，同時(shí)完整的保留了供肝和殘肝的血液循環(huán)，最大限度的減少了無效肝組織量［14－15］。

四、數(shù)字醫(yī)學(xué)技術(shù)在小兒胰、膽手術(shù)中的應(yīng)用

小兒胰腺腫瘤較為少見，僅占兒童腫瘤的0.6%～0.8%。腫瘤多發(fā)生于學(xué)齡期或青春前期兒童，男孩多于女孩。惡性腫瘤占80%以上，以胰母細(xì)胞瘤、乳頭狀囊腺癌多見，其次為胰腺癌、胃泌素瘤和其他胰腺肉瘤。良性腫瘤以乳頭狀囊腺瘤最多見，但惡變率甚高。臨床診斷主要依據(jù)就診癥狀、腹部B型超聲和CT等輔助檢查，腫瘤根治性手術(shù)是小兒胰腺腫瘤的首選治療。通過計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)系統(tǒng)對胰腺及胰腺周圍重要結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維重建，創(chuàng)建全新的三維可視化胰腺解剖，術(shù)者可全方位、立體、直觀的觀察腫瘤形態(tài)、血管形態(tài)及走行情況，彌補(bǔ)了二維CT的不足，對全面判斷腫瘤對胰周大血管、膽管、胰管壓迫或浸潤侵犯以及導(dǎo)致梗阻擴(kuò)張的范圍及程度，術(shù)前對胰周血管的三維重建可及時(shí)提示胰周血管存在的復(fù)雜變異情況，使可切除評估與血管變異相結(jié)合，使其更加科學(xué)、客觀。隨著計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，對于胰腺疾病的診斷更加智能化，對于小兒胰腺腫瘤的可切除評估更加精確、客觀。

先天性膽管擴(kuò)張癥為臨床上最常見的一種先天性膽道畸形。其病變主要是指膽總管的一部分呈囊狀或梭狀擴(kuò)張，有時(shí)可伴有肝內(nèi)膽管擴(kuò)張的這樣一種先天性畸形［15］。先天性膽管擴(kuò)張癥的診斷多借助于CT／MRI等影像學(xué)檢查手段，在臨床應(yīng)用上有一定的局限性。三維虛擬肝臟技術(shù)是在二維影像學(xué)資料如CT等圖像的基礎(chǔ)上，通過三維重組軟件和工具，對二維影像學(xué)的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行三維立體分析，重組形成立體的、有空間結(jié)構(gòu)的、虛擬的肝臟三維圖像。這項(xiàng)技術(shù)較傳統(tǒng)的二維平面成像技術(shù)，有著明顯的優(yōu)勢，3D虛擬肝臟技術(shù)可以構(gòu)造出一個(gè)虛擬的、可視化的肝臟模型。通過對這種模型的觀察，可以很容易地分辨出肝臟器官的組織結(jié)構(gòu)、解剖特點(diǎn)，直觀研究肝外膽總管的形態(tài)差異，明確肝內(nèi)膽管的形態(tài)、走形、是否合并擴(kuò)張、狹窄及結(jié)石，胰膽管合流的形態(tài)及共同通道內(nèi)是否有狹窄、擴(kuò)張和結(jié)石等病變情況，預(yù)先規(guī)劃處理可能合并存在的肝內(nèi)膽管擴(kuò)張、狹窄或其他復(fù)雜膽道畸形，清晰地顯示肝內(nèi)脈管系統(tǒng)，包括門靜脈、肝動脈及肝靜脈的走行、分支，并可多角度、全方位觀察病變膽道與其周圍重要血管尤其是伴行的門靜脈之間的解剖關(guān)系，大大提高了外科醫(yī)師在術(shù)前對肝臟內(nèi)部各管道結(jié)構(gòu)及其變異判斷的精確性和可靠性，精準(zhǔn)地對病變進(jìn)行判斷和評估，還可根據(jù)患者自身的病變特點(diǎn)，制定出合理、個(gè)體化的手術(shù)方案，最大限度地降低術(shù)中和術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率，并術(shù)中導(dǎo)航實(shí)時(shí)指導(dǎo)手術(shù)，提高手術(shù)的精準(zhǔn)性和成功率。

隨著數(shù)字醫(yī)學(xué)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)交互技術(shù)及計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)技術(shù)的應(yīng)用及普及，使得小兒外科醫(yī)生得以清楚的了解肝膽系統(tǒng)解剖，精準(zhǔn)的對病變進(jìn)行定位，指導(dǎo)個(gè)性化的手術(shù)規(guī)劃設(shè)計(jì)，推動小兒肝膽外科進(jìn)一步向精準(zhǔn)化邁進(jìn)。

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（本文編輯：王愛蓮）

本文引用格式：周顯軍，董蒨數(shù)字醫(yī)學(xué)在小兒肝膽 胰外科中的應(yīng)用［J］.臨床小兒外科雜志，2017，16（4）：328—331.DOI：10.3969／j.issn.1671—6353.2017.04.005.

Citing this article as：Zhou XJ，Dong Q.Applications of digital medicine in pediatric hepatobiliopancreatic surgery［J］.J Clin Ped Sur，2017，16（4）：328—331.DOI：10. 3969／j.issn.1671—6353.2017.04.005.

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2017—07—08）

doi：10.3969／j.issn.1671－6353.2017.04.005

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青島大學(xué)附屬醫(yī)院小兒外科；山東省數(shù)字醫(yī)學(xué)與 計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（山東省青島市，266003），Email：13165052269＠163.com