術中超聲臨床應用進展：創新及發展精準外科

張 巍

(首都醫科大學附屬北京天壇醫院超聲科,北京 100070)

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

1 IUOS探頭

IOUS設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部位的部件,其設計和性能對保證IOUS圖像質量和操作便利性至關重要。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方式,如用于腹腔鏡手術的術中柔性超聲探頭、用于顱腦外科小骨瓣扇形寬視野條件下的小相控陣探頭、用于經鼻腔神經外科腔鏡探頭及近年發展的口徑<2 mm、頻率>30 MHz的經血管探頭等;還可根據不同手術途徑分為經直腸探頭、經尿道探頭、經陰道探頭、經食管探頭、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、微型化發展。

2 IOUS臨床應用

IOUS可為外科手術及其他介入性診療提供圖像信息,幫助醫師觀察和定位目標組織,更好地評估手術區域解剖結構及病變,降低手術風險、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、定位和保護神經結構,以及血管成像、顯示心臟結構及監測其功能及引導精準穿刺等方面發揮重要作用。

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構干擾,有助于定位肝臟腫瘤并進行分期,還可檢出術前CT、MRI及常規經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。肝移植術中,IOUS能精準識別肝內血管及膽道系統走行,實時引導操作,避免重要結構損傷。MAKUUCHI等[1]以術中彩色多普勒超聲引導肝部分切除術,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量,降低術后殘余肝臟代償能力不足所致肝功能不全發生率。超聲造影、彈性成像及IOUS引導下肝臟手術受到越來越多關注,未來或將更廣泛地用于肝膽外科及微創介入診療[2]。

2.2 神經外科 神經外科手術中,IOUS可清晰顯示病變部位、邊界及其與周圍結構(如血管、神經和腦組織)的關系,為外科醫師制定開顱手術計劃及實施提供依據;且術中能及時發現殘留腫瘤,幫助實現精準、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,特別是對發生于常規IOUS成像受限區域的腫瘤,可監測治療過程中其灌注變化,幫助醫師調整治療策略;切除腫瘤后以IOUS造影觀察瘤腔內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IOUS的不足[6]。利用術中間接導航超聲探頭搭載光學跟蹤器,并將其與術前多種影像學檢查相結合,可用于手術治療各種顱腦疾病,如腫瘤切除術、血管手術、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],為實施精準神經外科治療提供有力保障。

2.3 心胸外科 心胸外科相關超聲技術包括經食管超聲心動圖(transesophageal echocardiography, TEE)和經胸超聲心動圖(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實施等優點,已成為術中主要監測手段。術中TEE 主要用于心臟瓣膜病、先天性心臟病、心內血栓、感染性心內膜炎及心臟腫瘤等,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中采用TEE監測有助于明確瓣膜病變原因、性質、部位及程度,引導瓣膜成形術或置換術,有助于提高手術成功率及監測術后效果。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、觀察其與周圍結構的關系[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]。隨著心臟外科手術的發展,TEE已逐漸成為心血管疾病的主要診療技術,并在新興心臟介入手術領域具有不可或缺的作用,可在避免傳統介入手術X線暴露的同時實時監測手術進程并指導操作。

2.4 乳腺外科 IOUS用于乳腺外科主要包括定位乳腺腫瘤、檢查轉移淋巴結等。與導絲定位[13]及無線電引導定位[14]等技術相比,IOUS引導下乳腺外科手術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,亞甲藍染色聯合IOUS探查可降低乳腺外科術中等待時間及有創檢查次數、提高前哨淋巴結檢出率。IOUS還可用于指導針對乳腺良、惡性結節的微創操作如活檢、消融[18]等。IOUS造影[19]和彈性成像等則可較常規IOUS提供更多信息。IOUS有望幫助乳腺外科避免挑戰性再次手術及額外放射治療,改善臨床療效。

2.5 泌尿外科 于泌尿外科手術中合理、適時應用IOUS可有效輔助醫師調整手術方案、改善患者預后。IOUS可于術中明確內生性及外生性腫瘤位置、大小及其數目,評估腫瘤與集合系統和腎蒂血管等重要結構的關系并指導切割方向;不僅有助于保證腫瘤包膜完整,還可減少損傷正常結構、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癥[22]。細致地進行IOUS掃查或可發現靜脈癌栓等術前影像學未能檢出的病變及術后原位殘余病灶,提高病變清除率。IOUS聯合機器人系統用于前列腺、腎臟微創治療可進一步提高腫瘤完整切除率及手術安全性,使之具備可完成更大型、更復雜手術的能力[23]。已有研究[24]表明,IOUS聯合機器人系統可降低腎臟部分切除術并發癥發生率。

2.6 婦產科 婦產科超聲技術包括經腹超聲和經陰道超聲,已廣泛用于婦產科腹腔鏡、宮腔鏡操作中及監測開腹手術。IOUS可指導定位子宮腫瘤、明確病灶數目及浸潤范圍,以減少周圍組織損傷;協助發現可疑轉移淋巴結可幫助醫師調整手術方案。BENT等[25]分析IOUS子宮肌瘤成像,發現相比常規經陰道超聲及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量[26]。

3 IOUS應用問題及難點

目前IOUS發展尚不平衡、不普及,且術中多以臨床醫師操作為主,存在一定主觀性。IOUS具有操作者依賴性,應對醫師進行足夠的培訓,使之通過充分練習能夠熟練解讀圖像中有價值的信息;然而當前缺乏高質量IOUS操作規范與標準化指導意見,無法保障培訓低年資醫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范化指導或建議。同時,用于常規超聲診療的探頭多經體表進行探測,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,圖像質量、清晰度和穩定性亦影響IOUS檢查準確性,需在未來研究中通過影像與導航系統的集成和標準化加以改進。此外,IOUS分子顯像發展相比其他分子影像技術更為緩慢,缺乏大規模臨床試驗和指南。

4 小結及展望

隨著技術不斷進步,IOUS正逐漸向?？苹?、個性化、智能化等方向發展,以滿足不同領域和不同患者的臨床需求;未來或可基于互聯網、云計算、物聯網等技術實現遠程醫療、遠程教育及遠程協作等功能,使之不受時間和地域限制,緩解醫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應用和發展。三維重建、彈性成像和造影等技術均有助于提高IOUS圖像質量、操作便利性和手術效果,但有待更多臨床試驗加以證實。開發癌癥相關特定生物標志物、酶或微環境因素新型造影劑將推動搭載多種新技術的IOUS分子影像加速發展[27-28],但從臨床前模型轉化為人體臨床試驗尚面臨諸多挑戰,包括監管、倫理、安全性及相關技術問題等。此外,IOUS與其他醫學影像學技術(如CT、MRI及PET等)聯合可進一步提高診斷準確率[29];結合人工智能[30]有助于實現自動化分析、識別和量化評估圖像,以減輕醫師負擔,提高診斷效率和質量。最后,加強超聲醫師與外科醫師的多學科緊密協作亦是推動IOUS快速發展及推廣的關鍵。

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。