術(shù)中超聲臨床應用進展：創(chuàng)新及發(fā)展精準外科

張 巍

(首都醫(yī)科大學附屬北京天壇醫(yī)院超聲科,北京 100070)

術(shù)中超聲(intraoperative ultrasound, IOUS)是手術(shù)過程中采用超聲技術(shù)輔助醫(yī)師診治疾病的方法,為超聲醫(yī)學重要組成部分,主要涉及肝膽外科、泌尿外科、神經(jīng)外科、心血管外科及婦產(chǎn)科等領(lǐng)域,于20世紀50年代起逐漸用于臨床,對精準外科的創(chuàng)建及發(fā)展具有重要推動作用。

1 IUOS探頭

IOUS設(shè)備的核心部件為主機和超聲探頭;其中,超聲探頭是直接接觸手術(shù)部位的部件,其設(shè)計和性能對保證IOUS圖像質(zhì)量和操作便利性至關(guān)重要。IOUS探頭頻率多為3.5～7 MHz,體積小、分辨率高;包括機械掃描式、凸陣式及線控式,適用于不同部位及不同手術(shù)方式,如用于腹腔鏡手術(shù)的術(shù)中柔性超聲探頭、用于顱腦外科小骨瓣扇形寬視野條件下的小相控陣探頭、用于經(jīng)鼻腔神經(jīng)外科腔鏡探頭及近年發(fā)展的口徑<2 mm、頻率>30 MHz的經(jīng)血管探頭等;還可根據(jù)不同手術(shù)途徑分為經(jīng)直腸探頭、經(jīng)尿道探頭、經(jīng)陰道探頭、經(jīng)食管探頭、胃鏡探頭及腹腔鏡探頭等。不同探頭扇形角有所差異,包括單平面式和多平面式等。目前IOUS探頭正向多樣化、微型化發(fā)展。

2 IOUS臨床應用

IOUS可為外科手術(shù)及其他介入性診療提供圖像信息,幫助醫(yī)師觀察和定位目標組織,更好地評估手術(shù)區(qū)域解剖結(jié)構(gòu)及病變,降低手術(shù)風險、確保安全性及成功率,并已在定位導航、精準切除病變及評估切緣、定位和保護神經(jīng)結(jié)構(gòu),以及血管成像、顯示心臟結(jié)構(gòu)及監(jiān)測其功能及引導精準穿刺等方面發(fā)揮重要作用。

2.1 肝膽外科 IOUS已廣泛用于肝膽外科疾病診療過程,可直接接觸靶器官進行成像,具有高空間分辨率且不易受周圍結(jié)構(gòu)干擾,有助于定位肝臟腫瘤并進行分期,還可檢出術(shù)前CT、MRI及常規(guī)經(jīng)腹超聲未能顯示的微小或隱匿性腫瘤,以避免不完全切除和誤切并改善預后。肝移植術(shù)中,IOUS能精準識別肝內(nèi)血管及膽道系統(tǒng)走行,實時引導操作,避免重要結(jié)構(gòu)損傷。MAKUUCHI等[1]以術(shù)中彩色多普勒超聲引導肝部分切除術(shù),通過以手指按壓肝靜脈評估門靜脈屬支和肝靜脈血流方向而確保保留肝實質(zhì)量,降低術(shù)后殘余肝臟代償能力不足所致肝功能不全發(fā)生率。超聲造影、彈性成像及IOUS引導下肝臟手術(shù)受到越來越多關(guān)注,未來或?qū)⒏鼜V泛地用于肝膽外科及微創(chuàng)介入診療[2]。

2.2 神經(jīng)外科 神經(jīng)外科手術(shù)中,IOUS可清晰顯示病變部位、邊界及其與周圍結(jié)構(gòu)(如血管、神經(jīng)和腦組織)的關(guān)系,為外科醫(yī)師制定開顱手術(shù)計劃及實施提供依據(jù);且術(shù)中能及時發(fā)現(xiàn)殘留腫瘤,幫助實現(xiàn)精準、完整切除腫瘤[3-4]。此外,IOUS還可提供腫瘤功能和代謝信息,如血管情況、血流灌注情況、彈性和分子特征等,識別腫瘤分型和分級并評估其對治療的反應[5];IOUS造影則能更詳細地評估血流,特別是對發(fā)生于常規(guī)IOUS成像受限區(qū)域的腫瘤,可監(jiān)測治療過程中其灌注變化,幫助醫(yī)師調(diào)整治療策略;切除腫瘤后以IOUS造影觀察瘤腔內(nèi)有無造影劑外溢有助于判斷是否存在隱性出血,可進一步彌補常規(guī)IOUS的不足[6]。利用術(shù)中間接導航超聲探頭搭載光學跟蹤器,并將其與術(shù)前多種影像學檢查相結(jié)合,可用于手術(shù)治療各種顱腦疾病,如腫瘤切除術(shù)、血管手術(shù)、放置分流器及引導消融治療等,極大地提升圖像準確性和可靠性[7],為實施精準神經(jīng)外科治療提供有力保障。

2.3 心胸外科 心胸外科相關(guān)超聲技術(shù)包括經(jīng)食管超聲心動圖(transesophageal echocardiography, TEE)和經(jīng)胸超聲心動圖(transthoracic echocardiography, TTE);其中,TEE具有可避免胸廓及肺氣干擾、圖像分辨率高且不易影響手術(shù)實施等優(yōu)點,已成為術(shù)中主要監(jiān)測手段。術(shù)中TEE 主要用于心臟瓣膜病、先天性心臟病、心內(nèi)血栓、感染性心內(nèi)膜炎及心臟腫瘤等,以用于心臟瓣膜病最為常見[8]。文獻[9]報道,于二尖瓣、主動脈瓣及三尖瓣手術(shù)中采用TEE監(jiān)測有助于明確瓣膜病變原因、性質(zhì)、部位及程度,引導瓣膜成形術(shù)或置換術(shù),有助于提高手術(shù)成功率及監(jiān)測術(shù)后效果。此外,TEE可在房間隔缺損及室間隔缺損封堵等心臟介入治療中引導釋放封堵器、觀察其與周圍結(jié)構(gòu)的關(guān)系[10-11],并于治療后立即判斷封堵效果,觀察封堵器位置及牢固性、檢查是否存在殘余分流,評估心臟整體功能是否受到影響[12]。隨著心臟外科手術(shù)的發(fā)展,TEE已逐漸成為心血管疾病的主要診療技術(shù),并在新興心臟介入手術(shù)領(lǐng)域具有不可或缺的作用,可在避免傳統(tǒng)介入手術(shù)X線暴露的同時實時監(jiān)測手術(shù)進程并指導操作。

2.4 乳腺外科 IOUS用于乳腺外科主要包括定位乳腺腫瘤、檢查轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)等。與導絲定位[13]及無線電引導定位[14]等技術(shù)相比,IOUS引導下乳腺外科手術(shù)的陽性切緣率和再次切除率更低,并具有更好的美容效果和患者滿意度[15-16]。研究[17]表明,亞甲藍染色聯(lián)合IOUS探查可降低乳腺外科術(shù)中等待時間及有創(chuàng)檢查次數(shù)、提高前哨淋巴結(jié)檢出率。IOUS還可用于指導針對乳腺良、惡性結(jié)節(jié)的微創(chuàng)操作如活檢、消融[18]等。IOUS造影[19]和彈性成像等則可較常規(guī)IOUS提供更多信息。IOUS有望幫助乳腺外科避免挑戰(zhàn)性再次手術(shù)及額外放射治療,改善臨床療效。

2.5 泌尿外科 于泌尿外科手術(shù)中合理、適時應用IOUS可有效輔助醫(yī)師調(diào)整手術(shù)方案、改善患者預后。IOUS可于術(shù)中明確內(nèi)生性及外生性腫瘤位置、大小及其數(shù)目,評估腫瘤與集合系統(tǒng)和腎蒂血管等重要結(jié)構(gòu)的關(guān)系并指導切割方向;不僅有助于保證腫瘤包膜完整,還可減少損傷正常結(jié)構(gòu)、縮短熱缺血時間[20],從而減少出血[21]、腎功能損害及周圍臟器損傷等并發(fā)癥[22]。細致地進行IOUS掃查或可發(fā)現(xiàn)靜脈癌栓等術(shù)前影像學未能檢出的病變及術(shù)后原位殘余病灶,提高病變清除率。IOUS聯(lián)合機器人系統(tǒng)用于前列腺、腎臟微創(chuàng)治療可進一步提高腫瘤完整切除率及手術(shù)安全性,使之具備可完成更大型、更復雜手術(shù)的能力[23]。已有研究[24]表明,IOUS聯(lián)合機器人系統(tǒng)可降低腎臟部分切除術(shù)并發(fā)癥發(fā)生率。

2.6 婦產(chǎn)科 婦產(chǎn)科超聲技術(shù)包括經(jīng)腹超聲和經(jīng)陰道超聲,已廣泛用于婦產(chǎn)科腹腔鏡、宮腔鏡操作中及監(jiān)測開腹手術(shù)。IOUS可指導定位子宮腫瘤、明確病灶數(shù)目及浸潤范圍,以減少周圍組織損傷;協(xié)助發(fā)現(xiàn)可疑轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)可幫助醫(yī)師調(diào)整手術(shù)方案。BENT等[25]分析IOUS子宮肌瘤成像,發(fā)現(xiàn)相比常規(guī)經(jīng)陰道超聲及MRI,IOUS可檢出更多直徑<2 cm肌瘤,有效降低病灶殘留率。利用IOUS引導胚胎植入可使操作更加精準,在植入過程中實時提供反饋,并在功能方面評估母體蛻膜反應的質(zhì)量[26]。

3 IOUS應用問題及難點

目前IOUS發(fā)展尚不平衡、不普及,且術(shù)中多以臨床醫(yī)師操作為主,存在一定主觀性。IOUS具有操作者依賴性,應對醫(yī)師進行足夠的培訓,使之通過充分練習能夠熟練解讀圖像中有價值的信息;然而當前缺乏高質(zhì)量IOUS操作規(guī)范與標準化指導意見,無法保障培訓低年資醫(yī)師的科學性及有效性。另一方面,IOUS掃查和成像過程受多種因素如骨骼、空氣、血液、水腫和手術(shù)器械等的影響;迄今為止對于如何避免上述因素的影響尚無規(guī)范化指導或建議。同時,用于常規(guī)超聲診療的探頭多經(jīng)體表進行探測,體積較大,且無需無菌操作;而IOUS對超聲探頭體積、形狀、分辨率及無菌條件等的要求均較高。另外,圖像質(zhì)量、清晰度和穩(wěn)定性亦影響IOUS檢查準確性,需在未來研究中通過影像與導航系統(tǒng)的集成和標準化加以改進。此外,IOUS分子顯像發(fā)展相比其他分子影像技術(shù)更為緩慢,缺乏大規(guī)模臨床試驗和指南。

4 小結(jié)及展望

隨著技術(shù)不斷進步,IOUS正逐漸向?qū)？苹?、個性化、智能化等方向發(fā)展,以滿足不同領(lǐng)域和不同患者的臨床需求;未來或可基于互聯(lián)網(wǎng)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)實現(xiàn)遠程醫(yī)療、遠程教育及遠程協(xié)作等功能,使之不受時間和地域限制,緩解醫(yī)療資源分配不均等問題。超聲探頭、圖像分辨率等問題亦需進一步解決,以推動IOUS應用和發(fā)展。三維重建、彈性成像和造影等技術(shù)均有助于提高IOUS圖像質(zhì)量、操作便利性和手術(shù)效果,但有待更多臨床試驗加以證實。開發(fā)癌癥相關(guān)特定生物標志物、酶或微環(huán)境因素新型造影劑將推動搭載多種新技術(shù)的IOUS分子影像加速發(fā)展[27-28],但從臨床前模型轉(zhuǎn)化為人體臨床試驗尚面臨諸多挑戰(zhàn),包括監(jiān)管、倫理、安全性及相關(guān)技術(shù)問題等。此外,IOUS與其他醫(yī)學影像學技術(shù)(如CT、MRI及PET等)聯(lián)合可進一步提高診斷準確率[29];結(jié)合人工智能[30]有助于實現(xiàn)自動化分析、識別和量化評估圖像,以減輕醫(yī)師負擔,提高診斷效率和質(zhì)量。最后,加強超聲醫(yī)師與外科醫(yī)師的多學科緊密協(xié)作亦是推動IOUS快速發(fā)展及推廣的關(guān)鍵。

利益沖突：全體作者聲明無利益沖突。

作者貢獻：張巍查閱文獻、撰寫文章。