术中超声临床应用进展：创新及发展精准外科

张 巍

(首都医科大学附属北京天坛医院超声科,北京 100070)

术中超声(intraoperative ultrasound, IOUS)是手术过程中采用超声技术辅助医师诊治疾病的方法,为超声医学重要组成部分,主要涉及肝胆外科、泌尿外科、神经外科、心血管外科及妇产科等领域,于20世纪50年代起逐渐用于临床,对精准外科的创建及发展具有重要推动作用。

1 IUOS探头

IOUS设备的核心部件为主机和超声探头;其中,超声探头是直接接触手术部位的部件,其设计和性能对保证IOUS图像质量和操作便利性至关重要。IOUS探头频率多为3.5～7 MHz,体积小、分辨率高;包括机械扫描式、凸阵式及线控式,适用于不同部位及不同手术方式,如用于腹腔镜手术的术中柔性超声探头、用于颅脑外科小骨瓣扇形宽视野条件下的小相控阵探头、用于经鼻腔神经外科腔镜探头及近年发展的口径<2 mm、频率>30 MHz的经血管探头等;还可根据不同手术途径分为经直肠探头、经尿道探头、经阴道探头、经食管探头、胃镜探头及腹腔镜探头等。不同探头扇形角有所差异,包括单平面式和多平面式等。目前IOUS探头正向多样化、微型化发展。

2 IOUS临床应用

IOUS可为外科手术及其他介入性诊疗提供图像信息,帮助医师观察和定位目标组织,更好地评估手术区域解剖结构及病变,降低手术风险、确保安全性及成功率,并已在定位导航、精准切除病变及评估切缘、定位和保护神经结构,以及血管成像、显示心脏结构及监测其功能及引导精准穿刺等方面发挥重要作用。

2.1 肝胆外科 IOUS已广泛用于肝胆外科疾病诊疗过程,可直接接触靶器官进行成像,具有高空间分辨率且不易受周围结构干扰,有助于定位肝脏肿瘤并进行分期,还可检出术前CT、MRI及常规经腹超声未能显示的微小或隐匿性肿瘤,以避免不完全切除和误切并改善预后。肝移植术中,IOUS能精准识别肝内血管及胆道系统走行,实时引导操作,避免重要结构损伤。MAKUUCHI等[1]以术中彩色多普勒超声引导肝部分切除术,通过以手指按压肝静脉评估门静脉属支和肝静脉血流方向而确保保留肝实质量,降低术后残余肝脏代偿能力不足所致肝功能不全发生率。超声造影、弹性成像及IOUS引导下肝脏手术受到越来越多关注,未来或将更广泛地用于肝胆外科及微创介入诊疗[2]。

2.2 神经外科 神经外科手术中,IOUS可清晰显示病变部位、边界及其与周围结构(如血管、神经和脑组织)的关系,为外科医师制定开颅手术计划及实施提供依据;且术中能及时发现残留肿瘤,帮助实现精准、完整切除肿瘤[3-4]。此外,IOUS还可提供肿瘤功能和代谢信息,如血管情况、血流灌注情况、弹性和分子特征等,识别肿瘤分型和分级并评估其对治疗的反应[5];IOUS造影则能更详细地评估血流,特别是对发生于常规IOUS成像受限区域的肿瘤,可监测治疗过程中其灌注变化,帮助医师调整治疗策略;切除肿瘤后以IOUS造影观察瘤腔内有无造影剂外溢有助于判断是否存在隐性出血,可进一步弥补常规IOUS的不足[6]。利用术中间接导航超声探头搭载光学跟踪器,并将其与术前多种影像学检查相结合,可用于手术治疗各种颅脑疾病,如肿瘤切除术、血管手术、放置分流器及引导消融治疗等,极大地提升图像准确性和可靠性[7],为实施精准神经外科治疗提供有力保障。

2.3 心胸外科 心胸外科相关超声技术包括经食管超声心动图(transesophageal echocardiography, TEE)和经胸超声心动图(transthoracic echocardiography, TTE);其中,TEE具有可避免胸廓及肺气干扰、图像分辨率高且不易影响手术实施等优点,已成为术中主要监测手段。术中TEE 主要用于心脏瓣膜病、先天性心脏病、心内血栓、感染性心内膜炎及心脏肿瘤等,以用于心脏瓣膜病最为常见[8]。文献[9]报道,于二尖瓣、主动脉瓣及三尖瓣手术中采用TEE监测有助于明确瓣膜病变原因、性质、部位及程度,引导瓣膜成形术或置换术,有助于提高手术成功率及监测术后效果。此外,TEE可在房间隔缺损及室间隔缺损封堵等心脏介入治疗中引导释放封堵器、观察其与周围结构的关系[10-11],并于治疗后立即判断封堵效果,观察封堵器位置及牢固性、检查是否存在残余分流,评估心脏整体功能是否受到影响[12]。随着心脏外科手术的发展,TEE已逐渐成为心血管疾病的主要诊疗技术,并在新兴心脏介入手术领域具有不可或缺的作用,可在避免传统介入手术X线暴露的同时实时监测手术进程并指导操作。

2.4 乳腺外科 IOUS用于乳腺外科主要包括定位乳腺肿瘤、检查转移淋巴结等。与导丝定位[13]及无线电引导定位[14]等技术相比,IOUS引导下乳腺外科手术的阳性切缘率和再次切除率更低,并具有更好的美容效果和患者满意度[15-16]。研究[17]表明,亚甲蓝染色联合IOUS探查可降低乳腺外科术中等待时间及有创检查次数、提高前哨淋巴结检出率。IOUS还可用于指导针对乳腺良、恶性结节的微创操作如活检、消融[18]等。IOUS造影[19]和弹性成像等则可较常规IOUS提供更多信息。IOUS有望帮助乳腺外科避免挑战性再次手术及额外放射治疗,改善临床疗效。

2.5 泌尿外科 于泌尿外科手术中合理、适时应用IOUS可有效辅助医师调整手术方案、改善患者预后。IOUS可于术中明确内生性及外生性肿瘤位置、大小及其数目,评估肿瘤与集合系统和肾蒂血管等重要结构的关系并指导切割方向;不仅有助于保证肿瘤包膜完整,还可减少损伤正常结构、缩短热缺血时间[20],从而减少出血[21]、肾功能损害及周围脏器损伤等并发症[22]。细致地进行IOUS扫查或可发现静脉癌栓等术前影像学未能检出的病变及术后原位残余病灶,提高病变清除率。IOUS联合机器人系统用于前列腺、肾脏微创治疗可进一步提高肿瘤完整切除率及手术安全性,使之具备可完成更大型、更复杂手术的能力[23]。已有研究[24]表明,IOUS联合机器人系统可降低肾脏部分切除术并发症发生率。

2.6 妇产科 妇产科超声技术包括经腹超声和经阴道超声,已广泛用于妇产科腹腔镜、宫腔镜操作中及监测开腹手术。IOUS可指导定位子宫肿瘤、明确病灶数目及浸润范围,以减少周围组织损伤;协助发现可疑转移淋巴结可帮助医师调整手术方案。BENT等[25]分析IOUS子宫肌瘤成像,发现相比常规经阴道超声及MRI,IOUS可检出更多直径<2 cm肌瘤,有效降低病灶残留率。利用IOUS引导胚胎植入可使操作更加精准,在植入过程中实时提供反馈,并在功能方面评估母体蜕膜反应的质量[26]。

3 IOUS应用问题及难点

目前IOUS发展尚不平衡、不普及,且术中多以临床医师操作为主,存在一定主观性。IOUS具有操作者依赖性,应对医师进行足够的培训,使之通过充分练习能够熟练解读图像中有价值的信息;然而当前缺乏高质量IOUS操作规范与标准化指导意见,无法保障培训低年资医师的科学性及有效性。另一方面,IOUS扫查和成像过程受多种因素如骨骼、空气、血液、水肿和手术器械等的影响;迄今为止对于如何避免上述因素的影响尚无规范化指导或建议。同时,用于常规超声诊疗的探头多经体表进行探测,体积较大,且无需无菌操作;而IOUS对超声探头体积、形状、分辨率及无菌条件等的要求均较高。另外,图像质量、清晰度和稳定性亦影响IOUS检查准确性,需在未来研究中通过影像与导航系统的集成和标准化加以改进。此外,IOUS分子显像发展相比其他分子影像技术更为缓慢,缺乏大规模临床试验和指南。

4 小结及展望

随着技术不断进步,IOUS正逐渐向专科化、个性化、智能化等方向发展,以满足不同领域和不同患者的临床需求;未来或可基于互联网、云计算、物联网等技术实现远程医疗、远程教育及远程协作等功能,使之不受时间和地域限制,缓解医疗资源分配不均等问题。超声探头、图像分辨率等问题亦需进一步解决,以推动IOUS应用和发展。三维重建、弹性成像和造影等技术均有助于提高IOUS图像质量、操作便利性和手术效果,但有待更多临床试验加以证实。开发癌症相关特定生物标志物、酶或微环境因素新型造影剂将推动搭载多种新技术的IOUS分子影像加速发展[27-28],但从临床前模型转化为人体临床试验尚面临诸多挑战,包括监管、伦理、安全性及相关技术问题等。此外,IOUS与其他医学影像学技术(如CT、MRI及PET等)联合可进一步提高诊断准确率[29];结合人工智能[30]有助于实现自动化分析、识别和量化评估图像,以减轻医师负担,提高诊断效率和质量。最后,加强超声医师与外科医师的多学科紧密协作亦是推动IOUS快速发展及推广的关键。

利益冲突：全体作者声明无利益冲突。

作者贡献：张巍查阅文献、撰写文章。