醫(yī)學數(shù)字技術(shù)在中國普通外科的應用現(xiàn)狀與展望(一)

本文原載于《中華外科雜志》2017年第一期。

作為一門新興的交叉學科，醫(yī)學在我國普通外科的應用已近10年。個體化、精準化、微創(chuàng)化是外科手術(shù)的發(fā)展趨勢[1，2]，數(shù)字醫(yī)學正好滿足了這一需求，可以為外科醫(yī)生診療疾病提供準確的個體化數(shù)據(jù)。目前，以三維(3D)可視化、虛擬現(xiàn)實、3D打印技術(shù)為代表的數(shù)字化醫(yī)學技術(shù)已廣泛應用于普通外科疾病的診療中，為外科的發(fā)展帶來了新的思路和機遇。

一個

創(chuàng)新數(shù)字醫(yī)學技術(shù)在普通外科的應用現(xiàn)狀

1.肝切除術(shù):

傳統(tǒng)的肝切除術(shù)通常使用二維成像數(shù)據(jù)(超聲、CT、MRI等。)術(shù)前評估肝腫瘤。然而，從二維圖像中很難細致準確地分析肝管、腫瘤和肝段血管之間的關(guān)系，術(shù)前無法準確評估切除范圍，在根治性切除腫瘤的同時無法保證殘存肝臟的血供和代償功能[3，4，5，6]。通過三維可視化技術(shù)，可以對斷層成像數(shù)據(jù)進行深度分析和三維重建，使外科醫(yī)生能夠立體、全方位地觀察病變的位置、形狀和大小。根據(jù)患者個體化血流的拓撲關(guān)系，進行肝臟分割和體積計算，通過模擬手術(shù)的“練習”和“預演”，制定最佳手術(shù)方案，指導精準手術(shù)的實施[7，8]。

2.肝膽管結(jié)石:

病情復雜，結(jié)石殘留率高，術(shù)后復發(fā)率高?，F(xiàn)代影像技術(shù)在肝膽管結(jié)石的術(shù)前診斷中發(fā)揮了重要作用，但在該病的準確診斷和治療中仍存在一些不足。3D可視化技術(shù)可以清晰再現(xiàn)患者肝臟的三維形態(tài)，是否有肥大或萎縮；肝臟中一級、二級和三級膽管樹的3D形狀、擴張或狹窄；肝內(nèi)外膽管結(jié)石的數(shù)量、大小和分布，結(jié)合模擬手術(shù)，可以確定最佳手術(shù)方案和路徑，選擇合理有效的治療方式，達到最滿意的手術(shù)效果[9，10]。

3.肝門膽管癌:

肝臟血管的正常解剖和解剖變異是影響肝門部膽管癌手術(shù)決策的重要因素之一。三維可視化技術(shù)可以在術(shù)前敏感地識別膽管和血管變異，解決上述問題。以門靜脈變異為例:正常情況下門靜脈分離的閾值點[11](點U:左門靜脈水平部與矢狀部的夾角；P點:門靜脈右前支和右后支的分叉處)是指肝切除術(shù)中膽管能與平行的門靜脈和肝動脈分離的極限部位。在這個極限點上，上游的膽管無法分離，無法單獨切斷。在1~3型門靜脈變異中，P點的位置會前移。此時，在右半肝切除術(shù)中，必須分離門靜脈主干、右前支和左支，保護門靜脈主干和左支后才能切斷門靜脈右前支。3D可視化模型用于分析肝內(nèi)各種類型血管結(jié)構(gòu)的變異，確定肝切除極限點的位置，從而制定個體化手術(shù)方案，保證手術(shù)的安全實施[12]。

4.胰腺腫瘤:

術(shù)前正確評估胰腺腫瘤能否切除，選擇科學、合理、安全、有效的治療方案，避免不必要的手術(shù)探查帶來的創(chuàng)傷，對臨床醫(yī)生具有重要意義。通過對胰腺和胰周結(jié)構(gòu)的三維可視化研究，可以顯示胰腺腫瘤與胰周血管和組織的關(guān)系。通過設置不同的透明度，可以詳細觀察到深層結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，可以在模擬手術(shù)下任意角度切割胰腺。在3D模型多維度觀察腫瘤和血管的形態(tài)，全面評估腫瘤的可切除性，詳細了解變異肝動脈的走行，是否穿過胰腺實質(zhì)及腫瘤的浸潤包裹，選擇合理的手術(shù)方案，都是準確進行手術(shù)，減少術(shù)中意外損傷的有效措施[13，14]。

5.血管外科:

三維可視化技術(shù)在腹膜后腫瘤切除、腹主動脈瘤手術(shù)、腎腫瘤切除、婦科腫瘤手術(shù)、腹主動脈淋巴結(jié)切除和下腔靜脈介入治療中具有重要的指導意義。醫(yī)學技術(shù)重建的3D圖像可以更形象、具體、直觀地展現(xiàn)患者的病情，并進一步精確測量血管的長度、直徑、夾角等解剖參數(shù)，避免術(shù)中不必要的血管損傷[15]。(1)腎切除術(shù)時，處理腎蒂時應注意有無下腔靜脈變異，不能損傷左下腔靜脈變異；(2)廣泛子宮切除術(shù)+盆腔淋巴結(jié)切除術(shù)時注意變異的下腔靜脈，切除淋巴結(jié)時不要損傷；(3)雙下腔靜脈應與左下腔靜脈、左側(cè)性腺靜脈增粗、椎旁腰淋巴結(jié)腫大、多脾綜合征相鑒別。

6.乳腺腫瘤:

利用數(shù)字3D技術(shù)重建乳腺模型，結(jié)合ct掃描的原始數(shù)據(jù)，從不同角度觀察乳腺腫瘤，確定其最長徑線和最短徑線，觀察大小、形態(tài)、包膜完整、密度均勻、鈣化、邊緣輪廓清晰、與胸大肌或皮膚粘連、皮膚水腫或橘皮等。結(jié)合3D可視化技術(shù)和亞甲藍染色輔助定位前哨淋巴結(jié)，可以指導臨床開放或內(nèi)鏡前哨淋巴結(jié)活檢，評估腋窩淋巴結(jié)狀態(tài)，指導實際手術(shù)中確定淋巴結(jié)清掃范圍[16]。

7.物理模型3D打印技術(shù):

目前這項技術(shù)已經(jīng)在醫(yī)學領(lǐng)域嶄露頭角，并逐漸被外科醫(yī)生接受。3D打印技術(shù)的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)觀念。將3D打印技術(shù)與患者的臨床影像資料相結(jié)合，打印實體瘤模型，可以在術(shù)前做出準確的可切除性評估和手術(shù)方案制定。2013年，Zein等人[17]首次報道了三例通過3D打印技術(shù)輔助的成功活體肝移植。在肝腫瘤切除過程中，3D打印與術(shù)中結(jié)構(gòu)的實時對比可以指導肝管系統(tǒng)的解剖，結(jié)合距離測量數(shù)據(jù)實時導航肝管離斷[18]。3D打印技術(shù)實現(xiàn)了從3D影像到物理physics 模型的跨越式轉(zhuǎn)變，可以帶來更多解剖結(jié)構(gòu)的深度信息和空間上的真實感。

二

創(chuàng)新的數(shù)字醫(yī)學技術(shù)為醫(yī)學學生和年輕醫(yī)生提供了全新的培養(yǎng)模式。

三維重建、虛擬現(xiàn)實和模擬手術(shù)為醫(yī)學學生和年輕醫(yī)生的培養(yǎng)提供了新的思路和模式，改變了傳統(tǒng)的以草圖和尸體標本為主的教學方式。利用成像技術(shù)采集人體的2D圖像信息，利用三維可視化技術(shù)構(gòu)建三維解剖結(jié)構(gòu)。模型，醫(yī)學的學生和年輕外科醫(yī)生可以移動，旋轉(zhuǎn)，使模型透明，隨意調(diào)整觀察角度，更直觀地了解解剖結(jié)構(gòu)和病變，實現(xiàn)真實，立體的數(shù)字解剖教學。手術(shù)模擬系統(tǒng)為醫(yī)學學生和年輕外科醫(yī)生提供了逼真的虛擬手術(shù)環(huán)境，操作者可以在其中反復練習和觀察，模仿專家手術(shù)過程，設計、預演和修改整個手術(shù)過程。虛擬現(xiàn)實是計算機技術(shù)和仿真技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)生的具有視覺、聽覺和觸覺的逼真的多媒體環(huán)境。用戶可以在那里和它互動。Operation+1系統(tǒng)實現(xiàn)了從單一結(jié)構(gòu)器官識別到系統(tǒng)解剖、從平面顯示到3D、從“只看得見”到“還在動”虛擬解剖的發(fā)展。在手術(shù)器械上安裝反饋裝置后，受訓者不僅可以從虛擬眼鏡上看到手術(shù)部位，還可以感受到虛擬病人的肢體和器官。這項技術(shù)突破了倫理約束和資源匱乏的限制，不僅降低了成本，還提高了醫(yī)療服務的質(zhì)量[19，20]。