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面向精准外科的解剖学研究展望
中华解剖与临床杂志, 2016,21(6) : 495-497. DOI: 10.3760/cma.j.issn.2095-7041.2016.06.005
引用本文: 戴培东. 面向精准外科的解剖学研究展望 [J] . 中华解剖与临床杂志, 2016, 21(6) : 495-497. DOI: 10.3760/cma.j.issn.2095-7041.2016.06.005.
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精准外科作为正在不断完善和丰富的新理念和技术体系,将给传统外科的医疗模式、技术方法等带来变革,同时也对临床解剖学研究带来挑战。结合先进技术深入进行精细解剖研究不仅将丰富和拓展解剖学领域,更为精准外科的发展起到重要的促进作用。

1 精准外科的发展

现代外科学的发展变化日新月异。近几十年来,随着科技创新的积累和医疗技术的飞速发展,外科学的理念不断更新。显微外科、微创外科、微侵袭外科等理念深刻地改变了外科各个领域的面貌。2006年,董家鸿等[1]首先提出"精准肝切除(precision hepatectomy)"概念,并继而拓展为"精准肝脏外科"理念,已逐渐被肝胆外科同行所熟悉和接受,其影响不断深入并广泛渗透到神经外科、妇产科、小儿外科、介入科、耳鼻喉科等领域,推动着传统经验外科向现代精准外科模式的转变。2015年,董家鸿等[2]进一步系统提出"精准外科(precision surgery)"理念,该理念涵盖以手术为核心的外科诊疗全过程,包括精确的术前评估、精密的手术规划、精细的术中操作和精良的术后管理,目标是寻求最大化地清除目标病灶,最大化地保护器官功能,最大化地减免手术创伤,并促使病灶清除、脏器保护、损伤控制这三个外科要素的精确平衡,以系统优化当代外科实践。

"精准外科"这一新的外科理念及其派生出的理论与技术体系,必将广泛地融入外科各个领域,引领当代外科实践向多目标优化和病患最佳康复的终极目标迈进。在肝胆外科,精准外科倡导基于肝脏储备功能量化评估和肝实质体积精确测量的定量肝切除[3,4]。在神经外科,精准神经外科理念是微侵袭神经外科理念的合理发展和延伸;精准神经外科利用术中MR技术进行病变的最大化切除,同时利用多模态功能神经导航可以标记并在术中保护脑的重要功能结构,以最大化地提高患者术后生活质量,有效延长患者术后存活时间[5]。在乳腺外科,乳腺癌的治疗策略已由"最大耐受性根治治疗"向"最小有效治疗"的精准外科范式转变[6]。在精准中耳外科,已开始倡导术中激光多普勒测振技术和多种电生理监测技术的应用,实时评估听骨链重建与人工中耳植入后的效果,使术后听力的康复向可控、可预测方向发展[7]。在胸外科,采用精准外科技术也将会对肺部肿瘤精准切除的手术策略产生重大影响[8]

2 面向精准外科深入开展解剖学研究

解剖学研究是外科学发展的基石之一。精准外科理念和相应手术技术的发展对解剖学研究提出了更高的要求,而解剖学研究也面临着新的挑战。临床解剖学的发展,就是要紧跟精准外科的发展前沿,面向新的临床解剖问题,敏锐地寻找与新技术的结合点,更新研究手段,拓宽和深化研究领域,特别是局部结构复杂、功能意义重大、临床诊治要求精确的部位,都是解剖与临床相结合科研选题的源泉,都是解剖学者和临床学者协作攻关的广阔天地[9];而其研究成果,可转化为临床应用,解决临床问题,进一步促进精准外科的发展。

"精准"或"精确"、"精细"不仅是外科手术永恒的追求,也是临床解剖学研究的追求。精准外科强调最大化地清除目标病灶、最大化地保护器官功能、最大化地减免手术创伤。在这三个方面,解剖学研究都大有用武之地,核心是对组织器官的精细、精确解剖研究,这种解剖研究不能仅停留在传统的形态定性描述层面,而应在结合多种先进研究手段的基础上做到精确定量,特别是各局部毗邻结构的精确空间关系,并通过精细解剖研究,提出精确术式设计,达到减少创伤和最大恢复功能的目的。只有这样,才能有助于外科医师准确控制切除范围、最大化地清除病灶组织,提升病灶切除的精准性,最大限度地保留重要神经功能结构,显著降低手术致残率和致死率,改善手术效果。同时,通过精细解剖研究,可为外科医师避免盲目扩大手术范围、有效控制出血、减少组织损伤、加速患者康复等提供支持[5,10]

高速发展的现代影像技术是现代精准外科的一个重要支撑,同时也给解剖学研究带来了革命性的变化。在外科领域,多排CT、高场强MRI及数字3D重建技术可较精确地重建器官结构,较精确地确定肿瘤等病变的定位、边界及其与血管的空间关系;术中超声和MRI等可实时用于确定病变的位置范围及其与脉管的关系;体内荧光显像等技术还可以直观显示出肿瘤及其浸润边界;而实时导航系统能在整个手术过程中显示病变与重要结构的空间关系[2]。在解剖学领域,虽然传统解剖研究方法仍有潜力和价值,但当代更应利用多学科技术相结合来研究解决临床解剖新问题,其中断层影像解剖研究尤为重要。目前,先进CT的空间分辨率可达到0.5 mm以下,MRI技术也在不断发展之中;而用于研究的Micro-CT则更能达到组织细胞水平,Micro-MRI空间分辨也能达到0.1 mm,这些技术为精细解剖研究打下了坚实的基础,可利用这些先进技术和数字计算技术解决精准外科面临的各种解剖问题,如正常、变异、畸形及病理状态下各结构的精细解剖和功能解剖特征、发育特点等。

面向精准外科的断层影像解剖研究须不断改进或创新研究方法,特别是数字解剖及分析技术,并与相关学科相结合,提高断层影像解剖研究的科学性、精确性和实用性。精准外科需要精确的测量和计算,包括复杂解剖结构的影像分析、3D建模与结构分析、数值模拟与功能分析、手术模拟与手术辅助设计等,可为精确影像诊断、术中重要结构的精确定位、制定精确手术方案和实施安全保障技术提供重要依据。

影像的基本单位是像素和体素,它的大小除代表了影像的精度,它还包含了更多的信息或参数,如空间位置、与组织特征相关的灰度值(或CT值)及其他参数。如何挖掘其有用价值值得深入研究。基于断层影像数据的精细解剖研究方法应考虑如下问题:影像数据的精度与误差,断层扫描方位与偏差,3D重建的精度与误差,标准坐标系或局部坐标系的建立,测量点的定位和坐标值的获取,测量方法和计算方法等。其中,数字计算方法大有用武之地。近年来,笔者在颅底影像解剖研究中建立了一套计算方法。首先,在影像中获得相关解剖结构(特别是骨性标志点)的空间坐标值,重建以法兰克福平面为基准的颅底标准坐标系用以校正CT扫描面的误差,其次,基于空间解析几何原理运用MATLAB软件进行编程计算,可获得大量精细解剖结构的精确形态参数。例如,精确计算耳蜗及其蜗轴的空间方位为人工耳蜗电极的植入提供参数[11];计算圆窗龛的精确形态为人工中耳振子设计和安全有效植入提供参数[12];在针对外耳道狭窄或闭锁患者的外耳道再造术的术前设计中,运用计算方法评估其手术空间大小和重建外耳道的安全位置[13];精确计算镫骨底板、椭圆囊和球囊三者的空间毗邻关系,并据此精确设计小窗人工镫骨植入术[14];中耳手术中面神经的精确定位与保护[15];听骨链重建术相关计算与力学分析[16]、半规管的空间方位[17]等。

在神经科学和神经外科领域,脑成像技术的作用越来越重要。为了对人脑影像数据进行形态和功能分析,计算解剖学或计算神经解剖学(computational anatomy or computational neuroanatomy)[18,19]应运而生,其重点研究人脑图谱、脑形变模型、脑结构和功能的映射分析等。计算解剖学的研究方法包括兴趣区分析法、基于形变的形态测量学、基于张量的形态测量学、基于对象(脑回和脑区)的形态测量学、基于体素的形态测量学(voxel-based morphometry, VBM)和多体素模式分析方法(multi-voxel pattern analysis, MVPA)等。VBM是一种基于体素对脑结构MRI自动、全面、客观的精确分析技术。VBM通过定量计算分析MRI中每个体素的脑灰白质密度或体积的变化来反映相应解剖结构的差异,是评价脑灰白质病变的一种新的方法。VBM在分析与诊断特发性全身性癫痫、阿尔茨海默症、精神分裂症、帕金森病、抑郁症、创伤后应激障碍、弱视等疾病中已显示其临床价值和优势。随着VBM技术的日臻完善和广泛应用,将加深对脑部形态学改变的认识,对探讨多种神经病变的病理生理机制将起到非常重要的作用[20]。当然,还有很多结构成像和功能成像技术甚至分子影像学技术[21]在不断发展和完善,相应的计算解剖学或形态测量学方法也在不断改进,这些技术将在推动精准外科的发展中发挥越来越大的作用。

3 结语

精准外科作为正在不断完善和丰富的新理念和技术体系,将对传统外科的医疗模式、工作方法等带来变革,同时也对临床解剖学研究带来挑战。结合先进数字技术深入进行精细解剖研究,不仅将丰富和拓展解剖学领域,更对精准外科的发展起到重要的促进作用。

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