何其寬，葉志宇，陳曉崗

（寧波市第一醫(yī)院 普外科，浙江 寧波 315000）

隨著上世紀X線、CT檢查等醫(yī)學影像技術的引入[1]，使得在傳統(tǒng)醫(yī)學診療過程獲得了大量的客觀數(shù)據(jù)支持，這有助于普外科醫(yī)生在肝臟手術過程中更好的區(qū)分病變組織與正常組織，尤其是在解剖肝臟脈管系統(tǒng)中顯得更為重要。隨著醫(yī)學影像技術的不斷發(fā)展，從常規(guī)CT到多層螺旋CT，其掃描速度和分辨率都得到了顯著提升，而且CT圖像數(shù)據(jù)還可用于三維重建和心血管造影成像[2-3]。然而，現(xiàn)代醫(yī)學影像仍存在著一些局限性，例如人工數(shù)據(jù)分析的主觀性，醫(yī)療人員的短缺，多學科交叉時醫(yī)務人員知識儲備的差異等。人工智能（artificial intelligence，AI），

是計算機系統(tǒng)理論的進一步發(fā)展[4]，通常能夠執(zhí)行人類智能需要的任務，將AI與醫(yī)學影像結合不僅可以解決上述的局限性，更有助于掌握肝臟等臟器內(nèi)部結構的復雜性與多變性。AI與傳統(tǒng)醫(yī)療模式結合的數(shù)字化智能診療技術也將為肝臟手術發(fā)展起到巨大的推動作用，進一步促進了精準醫(yī)療在肝臟疾病中的運用。對于外科醫(yī)生來說，如何掌握數(shù)字化診療技術并將其用于臨床實踐至關重要，本文介紹了相關的數(shù)字化醫(yī)學智能診療技術。

1 三維可視化和虛擬模擬手術

Marescaux等[5]首次將三維可視化技術運用到肝臟解剖中，通過將傳統(tǒng)二維影像學數(shù)據(jù)進行重建和分析，使外科醫(yī)生可以立體、全面地觀察病變的位置、形狀和大小，可清楚顯示肝門部解剖及變異和肝內(nèi)膽管系統(tǒng)的擴張程度，以及腫瘤侵入血管可疑部位，從而更好地進行術前規(guī)劃；并指導外科醫(yī)生術中快速識別病灶，有效減少出血量，減小切除范圍，保留一定體積功能性肝從而防止肝衰竭，縮短手術時間[6-8]。而且在活體肝移植中，三維重建結合虛擬模擬手術可以優(yōu)化供體選擇與靜脈重建來平衡受體與供體之間的關系，從而提高移植成功率[9]。在三維可視化重建數(shù)據(jù)下，虛擬模擬手術過程，有助于減少右葉肝切除體積保留更多的肝臟，擴大了手術的適應證，更加直觀地減少了患者內(nèi)心的疑慮。

2 3D打印技術

雖然三維重建圖像可以很好地顯示肝臟血管、膽道系統(tǒng)與肝實質(zhì)的三維關系，但二維計算機屏幕上呈現(xiàn)三維圖像仍然缺乏真實性。同時，由于肝臟牽引和呼吸運動引起的形態(tài)變化極大的限制了三維圖像技術在手術中的運用，因此高精度3D打印模型的出現(xiàn)可以成功克服這些困難。Zein等[10]在2013年首次通過3D打印技術打印出了半透明的肝臟模型。高精度3D打印模型可以更加直觀地反映重要血管和膽道結構在肝臟中的空間關系，術中實時3D打印技術更有助于掌握肝臟病變的關鍵部位，縮短手術時間、降低術后并發(fā)癥的發(fā)生。在肝腫瘤切除術中，可以將3D打印模型帶入手術室，便于在最佳解剖位置進行調(diào)整，還可以將此模型置于無菌透明袋，并放置在手術區(qū)域與肝臟進行直觀的比較。3D打印技術可幫助臨床醫(yī)生識別肝中葉腫瘤與小肝癌，進一步行根治性切除[11]?？傊?，3D打印技術實現(xiàn)了三維圖像到三維物理模型的跨越，帶來了更深入的信息和解剖結構的空間真實感。隨著生物材料的發(fā)展，3D打印材料的成本將不斷降低，有助于3D打印技術的普及。同時，利用生物3D打印技術可以構建具有生理功能的人造組織器官，這也為肝移植手術中供體短缺問題提供了解決思路[12]。

3 虛擬現(xiàn)實

三維重建圖像處理技術和3D打印技術成功將肝臟二維圖像數(shù)據(jù)轉化到真實的物理模型。然而，將三維重建圖像技術運用到實際操作過程仍然存在一定的難度，且這個階段仍然存在著空間和時間的分離，導致手眼不協(xié)調(diào)。虛擬現(xiàn)實（virtual reality，VR）技術通過計算機模擬虛擬環(huán)境中的真實場景，在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中，虛擬環(huán)境與解剖信息交互，為外科醫(yī)生尤其是初學者提供逼真的三維學習環(huán)境，有助于掌握復雜的解剖結構，清楚了解門靜脈、肝靜脈和肝動脈之間的空間關系[13]。隨著VR技術的進一步發(fā)展，增強VR技術和混合VR技術已廣泛應用于醫(yī)學領域。在肝臟手術中，增強VR技術利用CT和MR數(shù)據(jù)重建肝臟和肝內(nèi)血管系統(tǒng)的三維圖像，這些疊加的虛擬圖像幫助外科醫(yī)生將肝內(nèi)結構具體化和可視化，從而提高手術效率改善手術效果[14]。在腹腔鏡肝切除術中，視覺和觸覺反饋對于準確評估復雜的肝內(nèi)解剖結構至關重要。增強VR技術可以將三維視覺肝模型投射到手術區(qū)域，并在覆蓋區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)準確的配置，這些疊加的虛擬圖像有助于解決腹腔鏡手術中手眼不協(xié)調(diào)的問題[15]。混合VR技術是在真實環(huán)境中呈現(xiàn)虛擬場景信息，并在現(xiàn)實世界、虛擬世界和用戶之間建立交互式反饋以增強用戶的現(xiàn)實體驗。VR技術的應用為縮小三維重建模型與實際操作空間之間的差距提供了新的解決方案。它在術前計劃、術中指導、外科教育和醫(yī)患溝通等各方面具有明顯的優(yōu)勢和廣闊的應用前景[5，16]。

4 吲哚菁綠熒光成像技術

在腫瘤切除手術中，如何精確區(qū)分腫瘤與正常組織，從而實現(xiàn)最大化保留正常組織的腫瘤根治性切除一直是外科醫(yī)生不斷努力的目標。吲哚菁綠（indocyanine green，ICG）熒光染色檢測技術現(xiàn)已廣泛用于手術中腫瘤組織的辨別，ICG分子在紅外線照射下可發(fā)出綠色熒光，在肝臟腫瘤組織中ICG大量聚集，可以顯示腫瘤邊界，門靜脈引流區(qū)域的識別，實現(xiàn)術中實時定位作用[17]。ICG熒光染料可以在肝臟中停留較長一段時間，能夠動態(tài)地觀察整個手術過程，并且在肝臟切除過程中根據(jù)肝實質(zhì)的熒光邊界進行調(diào)整。根據(jù)標本的熒光形態(tài)，還可以初步區(qū)分腫瘤分化程度。低分化肝癌組織或轉移癌組織在癌組織周圍顯示出圓形熒光；而中度分化的肝癌組織顯示部分熒光信號；分化良好的肝癌組織顯示出完整的熒光信號[18]。Satoul等[19]首次使用ICG熒光成像技術檢測原發(fā)性肝癌的肝外轉移病灶，以便識別和定位肝外轉移，從而準確切除腫瘤轉移病變組織實現(xiàn)無殘留病灶。然而，ICG熒光技術也存在著一定局限性：當阻塞性黃疸，肝硬化和肝纖維化時會導致ICG排泄障礙，干擾腫瘤邊界的判斷；紅外線穿透人體組織的能力有限（10 mm左右），當腫瘤位于肝臟深部時，需要結合術中超聲來提高肝癌的檢出率?？偟膩碚f，ICG熒光成像可以為外科醫(yī)生提供實時反饋。隨著臨床實踐和技術創(chuàng)新的進一步發(fā)展，ICG熒光成像技術將不斷完善，為肝臟疾病的準確診斷和精確治療提供了良好的應用前景。

5 手術導航技術

隨著計算機技術和成像技術的發(fā)展，“導航”技術研究被擴展運用到手術當中，稱為手術導航技術。隨著各相關學科發(fā)展，多學科圖像引導技術也在不斷的發(fā)展，準確的手術導航可以更好地指導外科醫(yī)生進行手術并提高手術的安全性[20]。導航技術是指在術前利用醫(yī)學成像設備和計算機圖像處理方法可視化患者的術前多模態(tài)圖像數(shù)據(jù)，使外科醫(yī)生在模擬操作期間匹配患者解剖結構，并且使用3D定位系統(tǒng)實時獲取并顯示手術器械在空間中的位置，從而實現(xiàn)術中對患者解剖的精確導航[21]。不同于整形外科與神經(jīng)外科導航技術，腹部手術導航容易受到手術方式、肝臟形態(tài)變形與呼吸時膈肌運動的影響。而利用ICG熒光成像技術為肝臟手術提供實時解剖圖像可以在確保準確性的同時實現(xiàn)實時導航。結合圖像投影技術，將術前計劃的三維圖像投影到肝臟表面，準確識別解剖標記，實現(xiàn)實時三維導航。隨著儀器設備的更新和技術的進步，腹腔鏡肝切除術得到了迅速的推廣和發(fā)展。增強VR技術和混合VR技術的加入使手術區(qū)域的解剖更清晰，為術中實時導航提供了另一種解決方案[22]。

6 展望

數(shù)字化醫(yī)學是一門新興的學科，將現(xiàn)代醫(yī)學與數(shù)字化高科技技術相結合。它涵蓋了許多學科：醫(yī)學、計算機、數(shù)學、信息學等。然而，正如許多新技術一樣，數(shù)字化診療技術仍然需要不斷地改進與發(fā)展。其中3D可視化技術的局限性不容忽視，對于一些復雜的疾病，3D圖像不能代替原始的二維圖像數(shù)據(jù)，而且3D圖像的構建依賴于人工分割與重組，如果操作者對解剖結構或病變程度理解不充分，在模型圖像上反映的情況會與現(xiàn)實出現(xiàn)一定的出入。因此，要想實現(xiàn)疾病的綜合評估，一方面，3D模型制造商需要豐富的臨床經(jīng)驗；另一方面，在處理原始二維圖像數(shù)據(jù)時，需要重復進行三維模型和二維數(shù)據(jù)的對比，盡量避免3D模型出現(xiàn)偏差[23]。為了規(guī)范3D可視化和3D打印技術的使用，中華醫(yī)學會數(shù)字醫(yī)學會就3D可視化技術進行復雜肝癌、肝門部膽管癌和肝內(nèi)膽管結石手術達成了共識[24]。然而，根據(jù)專家共識，數(shù)字化醫(yī)學在循證醫(yī)學方面仍需要進行改進。作為臨床指南的標準，數(shù)字化醫(yī)學的隨機對照試驗鮮有報道，主要是由于此類試驗的成本遠遠高于該技術運用時規(guī)避風險的費用。如何設計高質(zhì)量的多中心隨機對照試驗數(shù)據(jù)，以評估數(shù)字醫(yī)學對外科手術的影響也是一個重要的問題。隨著現(xiàn)代化數(shù)字化信息技術的迅速發(fā)展，數(shù)字化醫(yī)學突破了傳統(tǒng)醫(yī)學診療模式的局限性，可以預見數(shù)字成像技術將在未來顯著改善肝臟手術預后。但是，數(shù)字醫(yī)學仍舊存在一定的不確定性，臨床療效、成本效益等問題也引起了臨床上的關注，而且其在臨床實踐中的應用也可能會引發(fā)相關的道德倫理糾紛。

7 結論

基于可視化圖像技術，虛擬模擬手術和3D打印等三維重建術對肝臟病變的術前評估與手術計劃的決策直接相關。通過影像學預測術后并發(fā)癥及是否復發(fā)有助于提高手術的可控性，ICG分子熒光成像和腹部手術導航技術解決了傳統(tǒng)手術中依靠肉眼直接觀察或術前圖像評估病變的局限性。雖然數(shù)字化智能醫(yī)學診療技術集成了多學科技術，為臨床疾病的診斷和治療服務提供了很多便利，但在臨床實踐中仍有不足之處仍需要不斷完善。未來，對成像技術、手術導航技術等的深入研究將為手術的進一步發(fā)展帶來新的機遇。