实时影像技术在帮助外科医生制定新的手术治疗方案的同时，术中不仅可以避开健康组织，还可以切除更多的肿瘤或相邻病变区域，或直接切除病灶。
手术影像工具是外科医生的第二双“眼睛”
1988年，当戴维·杰弗瑞（David Jaffray）作为一名医学生参加暑期实习时，他参与了一次儿童脑瘤患者的手术，其工作是在一张模糊的X光片上设计放疗方案。他说：“值得思考的是，为了确保方案的正确，我们把大量精力都用在了放疗方案的设计上，但是我们却看不到手术本身。”
现在，作为一名医学物理学家的杰弗瑞，就职于加拿大多伦多市的玛克丽特公主癌症研究中心，其工作就是采用技术手段解决上述问题。
杰弗瑞的研究显示，外科医生的工作往往在视力所及之外。例如，乳腺内一块癌组织其外形看似像健康组织一样，前列腺内可能隐藏着体检无法及时发现的肿瘤。然而，人类肉眼看不见的，却可以用高精度医学影像技术进行观测――例如，核磁共振或CT。在过去的20多年里，研究人员通过这些技术把患者体内观测的结果转化为影像，进而指导手术或放疗。
2003年，杰弗瑞参与设计了首款内置CT扫描仪的放疗设备，这台设备可以在每一次放疗前观测肿瘤的外形轮廓，在有效保护健康组织的同时，医生可以针对肿瘤增加或降低放疗强度。比如，在脑部手术中，不仅能显示肿瘤的轮廓，还能提示哪些病变组织可以切除。
肿瘤拓扑学
上世纪90年代早期，波士顿布莱根女子医院影像治疗中心主任费伦茨·朱尔兹（Ferenc Jolesz）团队率先将核磁共振技术引入脑部手术中，首次实现了在手术中对目标物进行实时扫描。手术成功后他们发现，把各种影像技术整合在一起将会大大提升手术的成功率。
医学影像技术对癌症治疗具有非凡的意义，即在尽可能不伤及健康组织的前提下彻底切除肿瘤。对此，朱尔兹举例说，在乳腺肿瘤切除术中，影像技术可以帮助医生切除那些经常被遗漏的肿瘤组织，显著降低肿瘤复发的风险。
影像技术还可以避免对早期肿瘤的过度治疗问题。布莱根女子医院胸外科医生拉斐尔·布伊诺（Raphael Bueno）说，早期肿瘤一般很难定位，如对吸烟人群进行CT扫描时发现的早期肿瘤，外科医生通常将整片的肺组织切除了事，但这些切除了的组织却再也无法复原。现在，布伊诺正在设计一种CT影像手术引导设备，设备外形类似一钩状并连接一根导线――手术中，这根导线起到引导作用，只切除病变组织。
对手术精度要求最高的莫过于脑部手术。人脑中控制关键机能的神经元会与肿瘤或癫痫病灶等缠绕在一起。更糟糕的是，肿瘤还会影响大脑的功能或更改神经之间的连接。为了解决此类问题，外科医生通过功能性核磁共振（fMRI）或弥散张量成像技术（DTI）收集相关信息，不仅能描绘脑组织的影像，还能了解其相应的功能。
fMRI可以显示人脑完成某项特定任务时脑部血流量的变化情况，提示了该区域对应的何种功能。DTI可以对神经束中水分子在同一方向的扩散情况进行跟踪――研究人员将脑部水分子的扩散方向数据转化为不同颜色的脑组织形状，形成了可视化信息数据。
对上述扫描技术的成功应用，使手术疗效有了显著提高。德国马尔堡大学神经外科医生克里斯多弗·尼姆斯基（Christopher Nimsky）评价说：“十年或二十年以前，我们能够接受10%～15%的术后神经功能缺陷；得益于医学影像技术的使用，现在这一数字已降低到2%～3%左右，即使对异常复杂的手术也同样如此。”
过去五年中，fMRI、DTI在帮助外科医生预判手术必要性的同时，也增强了他们对某些特殊手术的信心。例如，当肿瘤位于某一功能区域的情况下，通过DTI显示出肿瘤与神经元连接距离的远近，医生据此可以切除更多的肿瘤或相邻病变区域。
然而，对这些由数据转化成的影像进行解读，是一项非常复杂的工作且具有一定的主观性。哈佛医学院的神经外科医生亚历山德拉·戈尔贝(Alexandra Golby）说：“挑战来自于外科医生最需要知道的核心信息是什么。医生们想知道的是，肿瘤后面或中间是否有神经束穿过？手术路径中是否会碰到神经？这个区域是否与另一区域连接？等等。”
目前，许多外科医生已将“slicer”（切片机）软件作为了常规应用。这是一款开发于1999年的开放性软件，能够实时显示手术进展情况（将结构性核磁共振扫描和fMRI、DTI进行了三维整合）。戈尔贝说，DTI显示的神经束看似像一碗“意大利面条”。2011年，戈尔贝在“切片机”中增加了一个模块，使外科医生在手术中可以把穿过肿瘤边界的神经束单独剥离，或对脑部的某个区域进行高亮显示。在手术中，这些影像技术还可以与外科手术导航系统整合，后者可以对手术所处的脑部位置进行展示。
实时成像技术
密歇根大学的医学物理学家克里斯蒂·布洛克（Kristy Brock）说，事实上，不同的医学影像技术（CT或核磁共振）之间并不相互协同。为了得到更好的显示效果，布洛克正在与放射医生、肿瘤学家、外科医生和病理学家们合作，共同致力于被称为“关联病理学”的研究。研究中，布洛克和同事拍摄了肝脏切除前后的影像，并制作出一幅肝脏三维图像。与此同时，他们还通过组织染色法对癌细胞和其他组织进行了不同的染色，从而在细胞水平上能分辨出每张切片上的癌组织。布洛克说，通过对这些信息进行整合，研究人员就能更直观地了解核磁共振技术对肿瘤边界的显示是否准确。同时还可以比较其他不同的影像技术，以了解哪种技术更接近现实。
伦敦大学学院的神经学家加文·温斯顿（Gavin Winston）面临的挑战是，即如何使医学影像技术与术中人体结构的变化同步。目前，温斯顿正在致力于视辐射神经束治疗方案的研究（视辐射神经束是一丛穿过癫痫病灶附近的神经组织）。为了避免在癫痫手术中出现误伤，温斯顿开发了一个程序，即能在手术期间进行第二次弥散张量扫描，让医生通过比对术前的图像，尽量避开视辐射神经束。
温斯顿介绍说，很多癫痫患者做手术的目的是为了申请驾照。但视辐射疗法会对视力造成一定的损伤，到头来他们可能仍然无法驾驶交通工具。迄今，温斯顿团队已经将这项技术在12名患者身上进行了试验，所有患者术后都可以无障碍地进行驾驶。
然而，在手术过程中进行核磁共振或弥散张量成像并不是一件容易的事。戈尔贝说：“你不得不停下来，取出手术器械，把患者推进扫描装置，或把扫描装置移至患者手术部位。尽管可以在患者体内拍到精准的图像，但其过程也算是一项挑战吧。”目前，戈尔贝正在开发一种利用超声波的更简便方法。她说，超声所能提供的信息量远少于核磁共振，但可能足以让手术中的医生了解脑部发生的变化。
杰弗瑞说：“显而易见，医学影像技术的整合使手术治疗更加精准。技术的进步使我们有了新的微创治疗方案。”考虑到肿瘤的形状会随时间发生变化，他认为将来会有“大量的、多模式的治疗器械”出现，并持续得到改进和完善。这些系统将带来人所不能及的视野，并帮助医生制定新的手术治疗方案。
资料来源 Nature
责任编辑 则 鸣