数字智能化诊疗技术在门静脉高压症中的应用

曾 宁， 方驰华

（南方医科大学珠江医院肝胆一科 广东省数字医学临床工程技术研究中心，广东 广州 510282）

目前，三维可视化、3D打印、增强现实(augmented reality，AR)、虚拟现实(virtual reality，VR)、混合现实(mixed reality，MR)等数字智能化诊疗技术广泛应用于肝胆胰外科疾病的诊治，呈蓬勃发展之势[1]。门静脉高压症的外科手术治疗有其独特的临床优势，是治疗中不可或缺的重要方法[2-4]。但因门静脉高压症的门静脉侧支多样性，术前有可能因未全面及个体化评估，导致外科手术疗效欠佳。因此，高效、个体化的术前评估是提高诊疗效率的关键环节。数字智能化诊疗技术可获取疾病全面、个体化的诊疗信息，全方位分析曲张门静脉分型、程度、走行，制定合理的个体化手术方案，预判术中损伤风险，提高门静脉高压症的外科疗效。笔者结合国内、外相关报道，分析近年来在门静脉高压症诊治中应用数字智能化诊疗技术的经验[5]，详细阐述应用现状。

数字智能化诊疗核心技术

一、三维可视化技术

三维可视化技术是利用CT检查二维图像对脏器进行分割、计算，再使用表面渲染、体积渲染的三维重建方法，最后合成可视的三维图像。目前，三维重建及可视化数据来源有很多种，主要包括基于尸体铣切的数据、活体CT及MRI检查的图像数据集。根据所获得的图像数据结合计算机软件进行整合，形成三维重建图像[6]。2003年，钟世镇等[7]建立了第一个虚拟中国人1号。对标准中国男性进行断面铣切，每块切片厚0.1 mm。收集每层数据，重建获得人类三维生理结构。随着中国人体虚拟数据的完善，CT及MRI检查影像学图像质量的提高，计算机辅助软件的开发，近年来我国在骨科、神经外科、心脏外科、肝胆胰外科等方面的三维重建及可视化技术方面投入大量研究。

二、VR技术

VR技术是用计算机三维建模仿真技术、传感技术、图形及人工智能技术建立人体器官组织三维模拟仿真的虚拟环境。VR具有沉浸、交互、构想和多感知的特点。VR技术模拟各个感知觉，为术前规划提供依据，以便更清晰地了解病变性质、位置等关键信息。将三维重建模型的STL格式文件导入高质量开发引擎(unreal engine 4，UE4)中，在VR环境行三维建模。操作者佩戴VR眼镜并操纵手柄，进行沉浸式人机交互。利用VR环境，操作者可更直观、更真实地观察及操控病人个体化的三维模型，对疾病有新的认识，指导疾病的诊治[8]。

三、AR技术

AR技术是VR的延伸。其对实时画面进行数字化虚拟渲染，在现实场景中展示虚拟物体，给使用者带来超现实的感官体验。AR技术是将可视化现实与数字化虚拟画面结合，主要包括三维重建、显示、追踪和配准技术。AR系统具有3个特点：①虚实结合；②三维配准，通过实时跟踪及计算影像使位置与虚拟影像叠加于真实场景，实现虚拟影像与真实场景的融合；③实时交互，真实场景信息实时反馈给AR系统。AR技术实现术前三维手术规划与术中实时解剖操作相配准，与手术视野图像融合，将腹腔内脉管结构的毗邻关系立体化和可视化，有利于解决腹腔镜手术手眼不协调的问题。同时，临床上AR技术可将术前个体化三维模型投影到腹腔镜手术图像中，提高腹腔管道解剖结构的可视化，术中精确定位，识别肝内脉管系统分布、走行，提前预判解剖变异情况。进行术前个体化手术规划，避免重要管道结构意外损伤，提高手术的安全性[9-10]。

四、MR技术

MR技术是VR与AR进一步发展的新兴技术，在同一视觉空间内融合、展现现实世界和虚拟世界。AR与MR都是将虚拟与现实相结合，两者的界线不是绝对的。目前的研究技术也都介于两者之间[11]。尽管VR与AR技术在外科已应用一段时间，但其在外科手术中单独使用并未达到预期效果。因此MR技术成为未来多模智能化影像导航技术的发展方向[12]。MR结合VR与AR的优点。其通过在虚拟世界、现实世界与用户之间形成交互通路，在现实世界中呈现虚拟事物，并与使用者发生交互，为疾病的诊治提供新技术。

五、3D打印技术

3D打印技术以数字化模型为基础，利用塑料或金属粉末等粘合材料逐层打印构建立体事物的技术。3D打印技术是三维可视化技术的进一步延伸发展，实现三维虚拟图像向实体三维物理模型的跨越式转变，使外科医师从多个维度清晰、立体地观察血管的变异和判断肿瘤是否侵犯血管以及肿瘤的可切除性。基于3D打印技术的术前模拟手术，设计不同手术入路和切除范围，选择最佳个体化的手术方案，达到精准手术目的。3D打印技术实现“看得到、看得清、摸得着”的跨越式转变，有着广泛且光明的前景。但目前存在打印效率低、费用高等问题。不久的将来，随着3D生物打印技术的突飞猛进，其会在肝胆外科中发挥更大作用，为医学的发展助力[13]。

数字智能化诊疗技术在门静脉高压症个体化手术治疗中的应用

一、门静脉高压症中的应用

近年，三维可视化技术的临床应用日益广泛，门静脉高压症外科手术已进入精准手术时代[14-15]。CT及MRI等二维图像仅在人脑中重建，呈临时性和不稳定特点。三维可视化模型能提供客观、真实、精确的血管走行三维图像。三维模型能整体、系统地显示门静脉系统曲张血管的程度、起始及毗邻关系，尤其是胃短、胃后及食管旁静脉。其可精准定位曲张血管的位置、直径、形态及走行，对临床个体化的手术决策及时机选择有指导意义。VR技术在术中导航方面展现巨大优势，能真实、立体地还原病人个体的解剖结构，明确曲张血管的精确位置、直径、形态等。术者通过VR沉浸于虚拟的三维环境，直观、立体、个体化地评估病人情况，进行旋转、缩放、任意组合、透明化VR模型等操作，并对术中关键血管操作实时导航，指导手术操作。笔者团队近期的研究结果表明，三维可视化VR模型对胃左静脉显示率为100%，胃短静脉为75.51%，胃后静脉为48.97%，食管旁静脉曲张为53.06%，胃肾分流为30.61%，脾肾分流为18.36%[16]。

二、对个体化断流术选择的指导价值

门静脉高压症断流手术治疗原则是彻底离断“有害侧支循环”，保护“有效侧支循环”自发性分流。2014年1月至2020年1月本科室收治的56例门静脉高压症手术病人临床资料，参照Sarin分型结合曲张血管三维特征分为：A1型15例，A2型16例，B1型11例，B2型9例，C型5例。行非选择性贲门周围血管离断术16例，选择性贲门周围血管离断术13例，近端脾腔分流术联合冠状静脉离断术3例，脾肺固定术1例，单纯脾切除术23例。术前三维重建手术规划与实际手术相一致并获得满意的效果。平均手术时间为(4.27±1.15)(2.1～6.2)h，术后随访1年均未出血。

A2型[17]门静脉高压症病人三维可视化VR模型显示，食管旁静脉系统沟通门静脉与奇静脉，有效降低门静脉系统的压力，为“有效侧支循环”，术中应予保留，因此需行选择性贲门周围血管离断术。A1型门静脉高压症病人三维可视化VR模型显示，曲张血管主要来源于胃左静脉前支。术中应结扎、离断胃左静脉，因此应行非选择性贲门周围血管离断术。因B1型、C型病人曲张血管主要来自胃短静脉及胃后静脉，而胃后静脉通常与膈下静脉形成胃肾分流，发出胃壁穿支汇入胃底血管，术中则应尽量保留。因此，术中离断胃后血管应贴近胃壁，同时离断进入胃壁的穿支血管。B2型多见于区域性门静脉高压症，胃左静脉参与形成胃底静脉曲张，多为向肝性血流，因此术中需保留。

三、对个体化分流术选择的指导价值

术前如何精确评估临床常见的近端脾腔分流术是否符合分流条件？术前构建三维可视化VR模型可清晰显示和准确评估脾静脉直径、脾外路径及长度。笔者团队研究结果显示，术前构建门静脉海绵样变病人三维可视化模型，可清楚显示门静脉主干，可见多条迂曲扩张的静脉和增粗迂曲的脾静脉及属支(见图1)。肝门区侧支循环代偿良好、入肝血流量较大的病人具有施行分流术的手术条件。三维可视化模型测量发现，当近端脾静脉直径＞1 cm，主干在胰腺外行程＞1.5 cm，则具备脾腔分流血管吻合条件。巴德-基亚里综合征 (Budd-Chiari综合征)病人的肝静脉流出道梗阻常合并肝内分流道，肝静脉通过肝左静脉与膈静脉回流入腔静脉系统。术前如未发现上述情况，术中易损伤该侧支通路。术前构建三维可视化、VR模型，可清楚显示该侧支循环及行程。对肝静脉完全阻塞型巴德-基亚里综合征病人，术前存在分流量较大的胃肾自发性分流，且部分病人有反复发作的肝性脑病，因此应避免行分流手术，可选择脾肺固定术[18]。

图1 门静脉海绵样变病人术前三维可视化模型[5]

展 望

在精准外科时代，数字智能化诊疗技术应用于门静脉高压症的术前评估和个体化分型，对门静脉高压症的个体化手术方式及时机选择具有重要指导价值。数字智能化技术将解剖数字化、诊断程序化和手术个体化有机结合，推动门静脉高压症外科向个体化、精准化、智能化的方向发展[19]。随着数字智能化技术及其诊疗体系在临床应用方面的不断完善，门静脉高压症的诊疗体系将会发生革命性变化。数字智能化技术不断提高门静脉高压症病人外科疗效和远期生存率，具有极大的临床应用远景。