外科手術(shù)的“眼睛”

高廣文/編譯

外科手術(shù)的“眼睛”

高廣文/編譯

手術(shù)影像工具是外科醫(yī)生的第二雙“眼睛”

● 實時影像技術(shù)在幫助外科醫(yī)生制定新的手術(shù)治療方案的同時，術(shù)中不僅可以避開健康組織，還可以切除更多的腫瘤或相鄰病變區(qū)域，或直接切除病灶。

1988年，當(dāng)戴維·杰弗瑞（David Jaffray）作為一名醫(yī)學(xué)生參加暑期實習(xí)時，他參與了一次兒童腦瘤患者的手術(shù)，其工作是在一張模糊的X光片上設(shè)計放療方案。他說：“值得思考的是，為了確保方案的正確，我們把大量精力都用在了放療方案的設(shè)計上，但是我們卻看不到手術(shù)本身。”

現(xiàn)在，作為一名醫(yī)學(xué)物理學(xué)家的杰弗瑞，就職于加拿大多倫多市的瑪克麗特公主癌癥研究中心，其工作就是采用技術(shù)手段解決上述問題。

杰弗瑞的研究顯示，外科醫(yī)生的工作往往在視力所及之外。例如，乳腺內(nèi)一塊癌組織其外形看似像健康組織一樣，前列腺內(nèi)可能隱藏著體檢無法及時發(fā)現(xiàn)的腫瘤。然而，人類肉眼看不見的，卻可以用高精度醫(yī)學(xué)影像技術(shù)進(jìn)行觀測——例如，核磁共振或CT。在過去的20多年里，研究人員通過這些技術(shù)把患者體內(nèi)觀測的結(jié)果轉(zhuǎn)化為影像，進(jìn)而指導(dǎo)手術(shù)或放療。

2003年，杰弗瑞參與設(shè)計了首款內(nèi)置CT掃描儀的放療設(shè)備，這臺設(shè)備可以在每一次放療前觀測腫瘤的外形輪廓，在有效保護(hù)健康組織的同時，醫(yī)生可以針對腫瘤增加或降低放療強(qiáng)度。比如，在腦部手術(shù)中，不僅能顯示腫瘤的輪廓，還能提示哪些病變組織可以切除。

腫瘤拓?fù)鋵W(xué)

上世紀(jì)90年代早期，波士頓布萊根女子醫(yī)院影像治療中心主任費倫茨·朱爾茲（Ferenc Jolesz）團(tuán)隊率先將核磁共振技術(shù)引入腦部手術(shù)中，首次實現(xiàn)了在手術(shù)中對目標(biāo)物進(jìn)行實時掃描。手術(shù)成功后他們發(fā)現(xiàn)，把各種影像技術(shù)整合在一起將會大大提升手術(shù)的成功率。

醫(yī)學(xué)影像技術(shù)對癌癥治療具有非凡的意義，即在盡可能不傷及健康組織的前提下徹底切除腫瘤。對此，朱爾茲舉例說，在乳腺腫瘤切除術(shù)中，影像技術(shù)可以幫助醫(yī)生切除那些經(jīng)常被遺漏的腫瘤組織，顯著降低腫瘤復(fù)發(fā)的風(fēng)險。

影像技術(shù)還可以避免對早期腫瘤的過度治療問題。布萊根女子醫(yī)院胸外科醫(yī)生拉斐爾·布伊諾（Raphael Bueno）說，早期腫瘤一般很難定位，如對吸煙人群進(jìn)行CT掃描時發(fā)現(xiàn)的早期腫瘤，外科醫(yī)生通常將整片的肺組織切除了事，但這些切除了的組織卻再也無法復(fù)原。現(xiàn)在，布伊諾正在設(shè)計一種CT影像手術(shù)引導(dǎo)設(shè)備，設(shè)備外形類似一鉤狀并連接一根導(dǎo)線——手術(shù)中，這根導(dǎo)線起到引導(dǎo)作用，只切除病變組織。

對手術(shù)精度要求最高的莫過于腦部手術(shù)。人腦中控制關(guān)鍵機(jī)能的神經(jīng)元會與腫瘤或癲癇病灶等纏繞在一起。更糟糕的是，腫瘤還會影響大腦的功能或更改神經(jīng)之間的連接。為了解決此類問題，外科醫(yī)生通過功能性核磁共振（fMRI）或彌散張量成像技術(shù)（DTI）收集相關(guān)信息，不僅能描繪腦組織的影像，還能了解其相應(yīng)的功能。

fMRI可以顯示人腦完成某項特定任務(wù)時腦部血流量的變化情況，提示了該區(qū)域?qū)?yīng)的何種功能。DTI可以對神經(jīng)束中水分子在同一方向的擴(kuò)散情況進(jìn)行跟蹤——研究人員將腦部水分子的擴(kuò)散方向數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為不同顏色的腦組織形狀，形成了可視化信息數(shù)據(jù)。

對上述掃描技術(shù)的成功應(yīng)用，使手術(shù)療效有了顯著提高。德國馬爾堡大學(xué)神經(jīng)外科醫(yī)生克里斯多弗·尼姆斯基（Christopher Nimsky）評價說：“十年或二十年以前，我們能夠接受10%～15%的術(shù)后神經(jīng)功能缺陷；得益于醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的使用，現(xiàn)在這一數(shù)字已降低到2%～3%左右，即使對異常復(fù)雜的手術(shù)也同樣如此。”

過去五年中，fMRI、DTI在幫助外科醫(yī)生預(yù)判手術(shù)必要性的同時，也增強(qiáng)了他們對某些特殊手術(shù)的信心。例如，當(dāng)腫瘤位于某一功能區(qū)域的情況下，通過DTI顯示出腫瘤與神經(jīng)元連接距離的遠(yuǎn)近，醫(yī)生據(jù)此可以切除更多的腫瘤或相鄰病變區(qū)域。

然而，對這些由數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成的影像進(jìn)行解讀，是一項非常復(fù)雜的工作且具有一定的主觀性。哈佛醫(yī)學(xué)院的神經(jīng)外科醫(yī)生亞歷山德拉·戈爾貝(Alexandra Golby）說：“挑戰(zhàn)來自于外科醫(yī)生最需要知道的核心信息是什么。醫(yī)生們想知道的是，腫瘤后面或中間是否有神經(jīng)束穿過？手術(shù)路徑中是否會碰到神經(jīng)？這個區(qū)域是否與另一區(qū)域連接？等等。”

目前，許多外科醫(yī)生已將“slicer”（切片機(jī)）軟件作為了常規(guī)應(yīng)用。這是一款開發(fā)于1999年的開放性軟件，能夠?qū)崟r顯示手術(shù)進(jìn)展情況（將結(jié)構(gòu)性核磁共振掃描和fMRI、DTI進(jìn)行了三維整合）。戈爾貝說，DTI顯示的神經(jīng)束看似像一碗 “意大利面條”。2011年，戈爾貝在“切片機(jī)”中增加了一個模塊，使外科醫(yī)生在手術(shù)中可以把穿過腫瘤邊界的神經(jīng)束單獨剝離，或?qū)δX部的某個區(qū)域進(jìn)行高亮顯示。在手術(shù)中，這些影像技術(shù)還可以與外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)整合，后者可以對手術(shù)所處的腦部位置進(jìn)行展示。

實時成像技術(shù)

密歇根大學(xué)的醫(yī)學(xué)物理學(xué)家克里斯蒂·布洛克（Kristy Brock）說，事實上，不同的醫(yī)學(xué)影像技術(shù)（CT或核磁共振）之間并不相互協(xié)同。為了得到更好的顯示效果，布洛克正在與放射醫(yī)生、腫瘤學(xué)家、外科醫(yī)生和病理學(xué)家們合作，共同致力于被稱為“關(guān)聯(lián)病理學(xué)”的研究。研究中，布洛克和同事拍攝了肝臟切除前后的影像，并制作出一幅肝臟三維圖像。與此同時，他們還通過組織染色法對癌細(xì)胞和其他組織進(jìn)行了不同的染色，從而在細(xì)胞水平上能分辨出每張切片上的癌組織。布洛克說，通過對這些信息進(jìn)行整合，研究人員就能更直觀地了解核磁共振技術(shù)對腫瘤邊界的顯示是否準(zhǔn)確。同時還可以比較其他不同的影像技術(shù)，以了解哪種技術(shù)更接近現(xiàn)實。

倫敦大學(xué)學(xué)院的神經(jīng)學(xué)家加文·溫斯頓（Gavin Winston）面臨的挑戰(zhàn)是，即如何使醫(yī)學(xué)影像技術(shù)與術(shù)中人體結(jié)構(gòu)的變化同步。目前，溫斯頓正在致力于視輻射神經(jīng)束治療方案的研究（視輻射神經(jīng)束是一叢穿過癲癇病灶附近的神經(jīng)組織）。為了避免在癲癇手術(shù)中出現(xiàn)誤傷，溫斯頓開發(fā)了一個程序，即能在手術(shù)期間進(jìn)行第二次彌散張量掃描，讓醫(yī)生通過比對術(shù)前的圖像，盡量避開視輻射神經(jīng)束。

溫斯頓介紹說，很多癲癇患者做手術(shù)的目的是為了申請駕照。但視輻射療法會對視力造成一定的損傷，到頭來他們可能仍然無法駕駛交通工具。迄今，溫斯頓團(tuán)隊已經(jīng)將這項技術(shù)在12名患者身上進(jìn)行了試驗，所有患者術(shù)后都可以無障礙地進(jìn)行駕駛。

然而，在手術(shù)過程中進(jìn)行核磁共振或彌散張量成像并不是一件容易的事。戈爾貝說：“你不得不停下來，取出手術(shù)器械，把患者推進(jìn)掃描裝置，或把掃描裝置移至患者手術(shù)部位。盡管可以在患者體內(nèi)拍到精準(zhǔn)的圖像，但其過程也算是一項挑戰(zhàn)吧。”目前，戈爾貝正在開發(fā)一種利用超聲波的更簡便方法。她說，超聲所能提供的信息量遠(yuǎn)少于核磁共振，但可能足以讓手術(shù)中的醫(yī)生了解腦部發(fā)生的變化。

杰弗瑞說：“顯而易見，醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的整合使手術(shù)治療更加精準(zhǔn)。技術(shù)的進(jìn)步使我們有了新的微創(chuàng)治療方案。”考慮到腫瘤的形狀會隨時間發(fā)生變化，他認(rèn)為將來會有“大量的、多模式的治療器械”出現(xiàn)，并持續(xù)得到改進(jìn)和完善。這些系統(tǒng)將帶來人所不能及的視野，并幫助醫(yī)生制定新的手術(shù)治療方案。

[資料來源：Nature][責(zé)任編輯：則 鳴]