数字化诊疗技术在肝内胆管结石中的应用

樊毅，孙诚谊，喻超

（1.贵州医科大学 临床医学院；2.贵州医科大学附属医院 肝胆外科，贵州 贵阳 550001）

肝内胆管结石是指发生于左右肝管汇合部以上各分支胆管内的结石，常合并胆管梗阻，诱发局部感染及继发胆管狭窄，使结石难以自行排出，进一步损伤肝功能。由于其病变复杂，预后欠佳，已成为近几年良性肝脏疾病的重要死亡原因之一[1-2]。肝内胆管结石在治疗上主要为祛除病灶、取净结石、通畅引流和预防复发。随着近几年科技的不断发展，医疗诊断技术也在飞速发展，对肝内胆管疾病的诊断和治疗技术也有着巨大的改善。三维可视化技术、3D打印技术等新技术在肝内胆管结石诊疗中的应用极大地提高了疾病治疗的有效率。因此本文对几种常用数字化诊疗技术在肝内胆管结石中的应用进行分析，探讨数字化诊疗技术在肝内胆管结石诊疗中的临床应用。

1 数字化诊疗技术在肝内胆管结石的应用

1.1 三维可视化技术

肝内胆管结石通常的治疗方法是将病变部位进行手术切除，之后通过肝脏再生和代偿功能，为术后恢复提供基础。因此在肝内胆管结石的治疗中，精准肝切除是整个疾病治疗的重要部分[3]。由于肝脏具有复杂的脉管系统，脉管系统具有一定的变异性，并发结石的肝脏更易出现扭曲，加重肝内血管及胆管的变异，且肝胆管结石常沿病变胆管在肝内呈区段性分布，因此手术难度及风险较高。术前评估不足、手术操作不当可导致肝内血管损伤、胆漏、肝功能衰竭等严重并发症的发生，是外科手术的难点。传统的医学影像技术主要是通过CT、MRI等二维的影像检查手段对胆道进行检查，虽然可以显示病变部位和解剖结构，但很难发现和肝脏组织密度相似结石，同时由于是二维结构需要临床医师依靠想象和临床经验才能定位结石的具体位置，难以对疾病进行准确的评估。而将三维可视化技术引进到肝内胆管结石的诊疗中，大大地弥补了这一缺点。三维可视化技术提供全面个体化诊断信息，通过建立逼真的三维可视化模型，全方位显示肝脏形态及结石分布。可以从多角度对结石的位置、大小、形态进行观察，最终确定结石的类型，以此为依据制定手术方案。方驰华等[4]采用三维可视引导下经3D腹腔镜胆道硬镜靶向碎石治疗肝胆管结石，发现实际术中情况与术前三维可视化模型基本一致，提高了手术的安全性和有效性。

在患者的诊断过程中，三维可视化技术主要是通过利用序列断层二维图像，包括二维结构图像（CT、MRI、US）和二维功能图像（SPE-CT或PET），建立三维坐标对患者的组织器官进行全方位立体的观察，实现虚拟数据向真实数据的跨越。通过采用三维可视化软件重建三维图像，不仅能清晰地重现患者肝脏及肝内脉管系统的三维立体解剖，让外科医师更加直观地观察了解解剖变异的情况，还能明确肝实质的病理改变、肝内血管走形及胆管狭窄的位置、长度和程度，对胆管内结石的大小、位置进行精密的计算、精准的定位[5-6]。同时这种三维结构的建立对手术也具有一定的指导作用，三维可视化技术为术前提供准确的肝体积测量，包括肝脏切除体积、剩余体积等，准确评估患者的肝功能储备，在保证彻底切除病灶的前提下，最大程度地保留有功能的肝组织及残肝解剖结构，减少术后出血及因残肝供血不佳所致的肝功能不全甚至肝衰竭。术中清晰显示肝内脉管系统的走形及变异情况，帮助操作者更好地掌控肝内空间解剖关系，精准的定位手术区域，最大程度地降低对肝组织的损伤[7]。柴蝶美等[8]研究精准肝切除术在肝胆管结石中的临床应用发现，传统手术组的结石清除率为67.74%，而运用精准肝切除组的结石清除率高达93.55%，表明精准肝切除能提高手术成功率，促进患者康复。张化玉[9]研究利用三维可视化指导胆管结石患者的手术，对术前三维可视化系统进行重建，结果显示重建情况和手术实际情况基本一致，显示三维可视化可以安全清除胆道内结石，降低远期复发率。

虽然三维可视化技术在临床治疗中获得了很好的效果，但也存在一定的不足。三维可视化技术虽然重建了人体组织器官的三维模型，但整个过程错综复杂。在数据处理和计算过程中，难免会有误差，导致重建结果存在一定失真度，使得重建图形不够精细，无法完整完成正常胆道的三维重建。另外，三维可视化技术只能反映患者行检查时器官的状态[10]，无法动态反映器官解剖位置变化，在实际手术操作过程中，肝脏的外形、体积及脉管系统的走形由于受到挤压、牵拉、重力作用，均会发生相应变化，外科医师只能凭借临床经验施行手术，无法完全按照术前规划进行手术操作[11]。

1.2 3D打印技术

尽管上述三维可视化技术具有诸多优点，但是在使用中还是需要软件介入，因此仍具有一定的限制。相比之下3D打印技术的使用可以通过物理模型，将患者的实际状况展现出来。

作为一个新兴的技术手段，3D打印技术是一种以数字模型文件为基础，运用各种可粘合材料，通过逐层打印的方式，直接、准确、快速的复制出实体模型的合成技术。3D打印技术实现了“虚拟三维图像”向“物理三维模型”的跨越，具有可触摸、可感知、更真实的特点[12]。

为了达到肝脏手术的准确性，手术医师必须详细了解肝内血管及胆管有无变异。3D打印可以将患者的肝组织以真实的比例展现在临床医师面前，帮助临床医师多角度观察肝内脉管系统之间的空间关系，提高诊断的准确性和手术的可行性，减少手术并发症的发生。黄从云等[13]报道一例肝内胆管结石患者，他们通过术前3D打印技术发现患者VI、VII、VIII段肝脏胆汁直接流入肠道，V段肝脏胆汁通过胆总管流入肠道，故切除VI、VII、VIII段胆管共干汇入左肝管处狭窄胆管，再与肠道吻合可保持胆管路径的通畅性，延缓再次手术的时间。对于复杂的肝内胆管结石手术，临床医师还可以将模型带入手术室，结合手术中患者的具体情况进行再次评估，调整手术方案，为临床手术提供实时引导，避免术中重要的血管被破坏，降低患者手术风险，提高手术疗效[14]。Kusano T等[15]对3D打印技术指导下的肝切除和肝胆管结石的治疗效果进行评价，主要包括手术时间、术中出血量、术后并发症的发生、住院时间等，结果表明，利用3D打印技术，可以准确定位患者体内结石大小及位置、血管走向，帮助医师由此制定个性化的手术方案，更好地优化手术创面，最大面积的保护健康组织。Zheng YX等[16]、Pourmand A等[17]对比分别应用虚拟三维模型和3D打印对两组患者进行手术方案规划，结果显示3D打印模型组的患者手术规划得分更高，在临床中应用可以发挥更大优势。

目前，3D打印技术还没有广泛应用于肝内胆管结石疾病的诊断和治疗之中，许多研究尚处于初级阶段，3D打印技术仍有许多不足，如打印制作成本较高，加重了患者经济负担，应用于临床的投入太大，目前该技术还未取得突破性进展。另外，打印的材料来源较局限，整个制造周期较长，精度不高，还需要大量的临床调查和实验研究来进行改进。

1.3 ICG分子影像学技术

ICG（indocyanine green）中文名字吲哚菁绿，是一种无毒、具有荧光效应的医学染料。ICG分子量775 KD，可溶于水，用于血管内注射。自上世纪50年代中期开始应用于心脏病学、眼科学及神经外科等医学领域[18]。ICG最显著的特征是在肝脏能被快速清除，至今仍广泛用于肝脏的定量评估[19]。随着时代的发展，荧光成像技术的进步，ICG的荧光效应在胆道疾病术前评估、组织灌注、肿瘤定位等诸多领域广泛应用[20]。王晓颖等[21]对ICG分子荧光成像技术应用在肝母细胞瘤患者的手术中几例典型的患者进行研究，发现在原发性肝母细胞瘤患者的手术中ICG显示强烈荧光，但是在残留的肝脏中未显示荧光。在第二例患者中癌细胞发生肺转移，每个转移灶ICG均呈现阳性荧光。以上均表明ICG分子荧光成像技术对外科手术过程具有一定的引导作用[22]。

由于胆汁中含有可以结合ICG的蛋白质，因此经胆囊管注射ICG并临时阻断胆总管后，应用ICG分子影像学技术，可获得清晰的胆道解剖图像，可帮助临床医师准确地判断肝内胆管结石的具体位置，这对于降低术后胆漏的发生具有重要价值。另外，基于ICG分子影像学技术的血管造影已经应用于血流通畅性的评估，通过ICG荧光染色，可以持久显示肝段，清晰识别肝动脉、门静脉、胆道等病变位置具体信息，从而避免术中因解剖结构复杂而造成肝脏正常组织的损伤。Sakaguchi T等[23]研究发现，与常规手段相比，使用ICG分子荧光影像学技术进行肝切除术后胆漏的检测，术后胆漏的发生率明显降低。但该技术也有一定的局限性，一是对深部结节敏感度低，ICG发出的荧光信号穿透肝脏实质的深度不超过10 mm[24]。二是该技术成功率不高，方驰华等[25]将三维可视化技术和ICG分子荧光成像技术联合应用于解剖性肝切除中，显示ICG染色当手术时间较长时存在一定的染色失败率，主要可能是由于ICG通过肝内时发生扩散，因此呈现出“地图样”的分布特征。

1.4 增强现实技术

增强现实技术（augmented reality，AR）主要通过对患者的数据和图像信息进行三维重建，之后对患者的以上信息进行详细的计算和分析，同时将计算整合出的虚拟图像投射到外科术野区域，可以实现对患者病情的重建[26]，具有虚实结合、实时交互、辅助增强的特点[27]。有研究将AR技术应用于软性胆道镜检查，通过3D打印生成空心三维胆道树模型。3D打印模型被放置在一个不透明的盒子里，在胆道镜仪器通道内安装电磁传感器，通过3D打印模型通道跟踪其运动，并利用图像叠加显示建立AR导航平台，观察并记录了胆道镜和电磁传感器的运动轨迹。虽然跟踪的稳定性不理想，但虚拟胆道镜图像和电磁传感器跟踪对导航是有效的。显示AR技术可用于胆道模型胆道镜检查中辅助导航，但是临床应用还需要进一步研究[28-29]。

AR技术是近年来发展起来的新型技术，其在肝内胆管结石疾病的诊断和治疗中，显现出了无可比拟的优势。通过三维重建、显示、跟踪和配准技术[30]，AR技术可以帮助临床医师获得高清度结石、狭窄胆管的具体位置，精确手术部位。同时AR技术可以清晰显示肝脏深处的血管、神经及其与结石部位的毗邻关系，重现患者个体化肝内解剖结构，临床医师可以多角度掌握结石的部位及特点，提高临床诊断的准确性，从而高效地制定手术方案。而且，术前医师可以利用AR技术进行虚拟手术练习，提高手术熟练度，降低手术时间。在手术过程中，通过跟踪、配准技术，将患者术前、术中的影像学数据与术中患者解剖结构实时对位，可确保手术方案准确、顺利地实施，最大程度地保护正常肝组织、降低术后并发症的发生率。

由于AR技术是近几年才应用于临床治疗中，其对疾病复发率和并发症发生率的研究仍然较少，还需要进一步的研究证实[17]。同时该技术本身需要应用大功率电脑，手术过程需要人为进行图像校正，在手术过程中肝脏形变及配准技术影响手术效果，因此还需要计算机科学家进一步对其优化，才能达到最好的应用效果[30]。

2 结语

以往，临床用于术前诊断肝胆管结石的影像学检查方法主要是B超、CT、MRI等。然而，由于复杂性肝胆管结石病情复杂，在术前影像学检查精准评判的难度仍较大[31]。B超易受操作者技术影响[32]，CT对胆管定位和肝实质内小结石诊断有一定的困难，MRI扫描可获得高质量的图像，但均为某一血管成像期的图像，无法完整地显示肝脏血管系统和胆道系统的全貌[33]。临床工作中仍然无法对结石进行精准定位，仍需术中再次评估。随着近几年科技的发展，越来越多的数字化新技术应用于临床诊治中，如三维重建技术、3D打印技术、AR技术等，尤其是针对肝内胆管结石这一疾病的应用，改善了早期检查结果输出为二维结构不够立体的缺陷，通过当今数字化的诊疗手段能够更加深刻的对患者的肝脏情况进行分析，对肝内管道结构进行细致的分析，实现对肝脏、胆道疾病的数字化和程序化诊断，让手术过程可视化。对于较大的结石，还可采用气压弹道术取石，结石取净率高，同时可降低结石复发率[34-36]。综上所述，数字化的诊疗手段也更好地优化了肝内胆管结石的手术治疗过程，降低了患者手术中面临的风险和患者术后复发率。虽然还存在许多不足，但新时代的“数字中国”科技蓬勃发展，随着现代影像学及外科技术的发展，我们所面临的问题必将逐渐解决，在精准的外科时代，数字化诊疗技术的应用，将在肝胆胰疾病的诊治中具有划时代的意义。