医学数字技术在中国普通外科的应用现状与展望(一)

本文原载于《中华外科杂志》2017年第一期。

作为一门新兴的交叉学科，医学在我国普通外科的应用已近10年。个体化、精准化、微创化是外科手术的发展趋势[1，2]，数字医学正好满足了这一需求，可以为外科医生诊疗疾病提供准确的个体化数据。目前，以三维(3D)可视化、虚拟现实、3D打印技术为代表的数字化医学技术已广泛应用于普通外科疾病的诊疗中，为外科的发展带来了新的思路和机遇。

一个

创新数字医学技术在普通外科的应用现状

1.肝切除术:

传统的肝切除术通常使用二维成像数据(超声、CT、MRI等。)术前评估肝肿瘤。然而，从二维图像中很难细致准确地分析肝管、肿瘤和肝段血管之间的关系，术前无法准确评估切除范围，在根治性切除肿瘤的同时无法保证残存肝脏的血供和代偿功能[3，4，5，6]。通过三维可视化技术，可以对断层成像数据进行深度分析和三维重建，使外科医生能够立体、全方位地观察病变的位置、形状和大小。根据患者个体化血流的拓扑关系，进行肝脏分割和体积计算，通过模拟手术的“练习”和“预演”，制定最佳手术方案，指导精准手术的实施[7，8]。

2.肝胆管结石:

病情复杂，结石残留率高，术后复发率高。现代影像技术在肝胆管结石的术前诊断中发挥了重要作用，但在该病的准确诊断和治疗中仍存在一些不足。3D可视化技术可以清晰再现患者肝脏的三维形态，是否有肥大或萎缩；肝脏中一级、二级和三级胆管树的3D形状、扩张或狭窄；肝内外胆管结石的数量、大小和分布，结合模拟手术，可以确定最佳手术方案和路径，选择合理有效的治疗方式，达到最满意的手术效果[9，10]。

3.肝门胆管癌:

肝脏血管的正常解剖和解剖变异是影响肝门部胆管癌手术决策的重要因素之一。三维可视化技术可以在术前敏感地识别胆管和血管变异，解决上述问题。以门静脉变异为例:正常情况下门静脉分离的阈值点[11](点U:左门静脉水平部与矢状部的夹角；P点:门静脉右前支和右后支的分叉处)是指肝切除术中胆管能与平行的门静脉和肝动脉分离的极限部位。在这个极限点上，上游的胆管无法分离，无法单独切断。在1~3型门静脉变异中，P点的位置会前移。此时，在右半肝切除术中，必须分离门静脉主干、右前支和左支，保护门静脉主干和左支后才能切断门静脉右前支。3D可视化模型用于分析肝内各种类型血管结构的变异，确定肝切除极限点的位置，从而制定个体化手术方案，保证手术的安全实施[12]。

4.胰腺肿瘤:

术前正确评估胰腺肿瘤能否切除，选择科学、合理、安全、有效的治疗方案，避免不必要的手术探查带来的创伤，对临床医生具有重要意义。通过对胰腺和胰周结构的三维可视化研究，可以显示胰腺肿瘤与胰周血管和组织的关系。通过设置不同的透明度，可以详细观察到深层结构。在此基础上，可以在模拟手术下任意角度切割胰腺。在3D模型多维度观察肿瘤和血管的形态，全面评估肿瘤的可切除性，详细了解变异肝动脉的走行，是否穿过胰腺实质及肿瘤的浸润包裹，选择合理的手术方案，都是准确进行手术，减少术中意外损伤的有效措施[13，14]。

5.血管外科:

三维可视化技术在腹膜后肿瘤切除、腹主动脉瘤手术、肾肿瘤切除、妇科肿瘤手术、腹主动脉淋巴结切除和下腔静脉介入治疗中具有重要的指导意义。医学技术重建的3D图像可以更形象、具体、直观地展现患者的病情，并进一步精确测量血管的长度、直径、夹角等解剖参数，避免术中不必要的血管损伤[15]。(1)肾切除术时，处理肾蒂时应注意有无下腔静脉变异，不能损伤左下腔静脉变异；(2)广泛子宫切除术+盆腔淋巴结切除术时注意变异的下腔静脉，切除淋巴结时不要损伤；(3)双下腔静脉应与左下腔静脉、左侧性腺静脉增粗、椎旁腰淋巴结肿大、多脾综合征相鉴别。

6.乳腺肿瘤:

利用数字3D技术重建乳腺模型，结合ct扫描的原始数据，从不同角度观察乳腺肿瘤，确定其最长径线和最短径线，观察大小、形态、包膜完整、密度均匀、钙化、边缘轮廓清晰、与胸大肌或皮肤粘连、皮肤水肿或橘皮等。结合3D可视化技术和亚甲蓝染色辅助定位前哨淋巴结，可以指导临床开放或内镜前哨淋巴结活检，评估腋窝淋巴结状态，指导实际手术中确定淋巴结清扫范围[16]。

7.物理模型3D打印技术:

目前这项技术已经在医学领域崭露头角，并逐渐被外科医生接受。3D打印技术的出现改变了传统观念。将3D打印技术与患者的临床影像资料相结合，打印实体瘤模型，可以在术前做出准确的可切除性评估和手术方案制定。2013年，Zein等人[17]首次报道了三例通过3D打印技术辅助的成功活体肝移植。在肝肿瘤切除过程中，3D打印与术中结构的实时对比可以指导肝管系统的解剖，结合距离测量数据实时导航肝管离断[18]。3D打印技术实现了从3D影像到物理physics 模型的跨越式转变，可以带来更多解剖结构的深度信息和空间上的真实感。

二

创新的数字医学技术为医学学生和年轻医生提供了全新的培养模式。

三维重建、虚拟现实和模拟手术为医学学生和年轻医生的培养提供了新的思路和模式，改变了传统的以草图和尸体标本为主的教学方式。利用成像技术采集人体的2D图像信息，利用三维可视化技术构建三维解剖结构。模型，医学的学生和年轻外科医生可以移动，旋转，使模型透明，随意调整观察角度，更直观地了解解剖结构和病变，实现真实，立体的数字解剖教学。手术模拟系统为医学学生和年轻外科医生提供了逼真的虚拟手术环境，操作者可以在其中反复练习和观察，模仿专家手术过程，设计、预演和修改整个手术过程。虚拟现实是计算机技术和仿真技术相结合产生的具有视觉、听觉和触觉的逼真的多媒体环境。用户可以在那里和它互动。Operation+1系统实现了从单一结构器官识别到系统解剖、从平面显示到3D、从“只看得见”到“还在动”虚拟解剖的发展。在手术器械上安装反馈装置后，受训者不仅可以从虚拟眼镜上看到手术部位，还可以感受到虚拟病人的肢体和器官。这项技术突破了伦理约束和资源匮乏的限制，不仅降低了成本，还提高了医疗服务的质量[19，20]。