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《苏州医工所高欣课题组在肝脏介入手术规划研究中取得进展》

  • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者： 冯瑞华
  • 发布时间：2018-07-04

  • 门脉高压症是门静脉系统压力升高后引起的一系列临床病症，常表现为食管胃底静脉曲张、脾肿大和腹水。其中食管胃底曲张静脉破裂出血最为凶险，严重威胁患者生命。传统的治疗方案有内科保守、内镜止血以及手术断流等，但远期效果差。经颈静脉肝内门体分流术（Transjugular Intrahepatic Portosystemic Shunt, TIPS ）始于上世纪60 年代的动物研究，80 年代应用于临床，对于治疗食管胃底曲张静脉破裂出血和顽固性腹水，取得了令人满意的疗效。TIPS 的治疗机理是采用介入放射技术，通过支架，在肝静脉与门静脉分支间建立分流通道，使部分门静脉血流直接汇入下腔静脉，达到降低门脉压力的目的，预防和控制食管胃底曲张静脉破裂出血，促进腹水吸收（如图1 所示）。

    　

    　　尽管TIPS 的临床效果明显，但其本身是一项高难度、高风险的手术，被《外周血管介入诊疗手术分级目录》列为最复杂的手术之一，对术者的技术及经验要求极高。由于术者技术水平的参差不齐，总体手术并发症并不少见。急性并发症如肝脏撕裂、穿刺到肝外门脉，均可引起腹腔内大出血，导致患者死亡。尽量减少或规避这些并发症，降低手术风险的最关键因素是准确的门脉穿刺。目前TIPS 传统做法是术前医生借助CT 三维影像资料，依赖空间想象力，主观判断穿刺方向和深度，进而“盲穿”，就如同在山两侧打隧道会师一样，在没有任何导向指引的情况下，从一根血管出针刺中相距3 、4 厘米另外一个空间里的细小血管，角度、位置、方向都要掌控得非常恰当才有可能成功。这种经验性的穿刺方法稳定性差，有时需反复多次尝试，增加了腹腔大出血的风险。因此，找到一种辅助术者精准穿刺门静脉的规划方法，是目前实施TIPS 过程中急需解决的重点和难点问题。

    　　中国科学院苏州生物医学工程技术研究所高欣、冉昭等人联合苏州大学附属第一医院介入科朱晓黎主任、广州医科大学附属第二医院朱康顺主任在江苏省科技计划：社会发展- 临床前沿技术（BE2017671 ）项目资助下，提出了一种基于数值计算模型的路径规划方法，对穿刺操作过程精准建模。根据TIPS 手术专用穿刺针，借助术前增强CT （Contrast-Enhanced Computed Tomography, CECT ）影像信息，在肝内血管系统三维结构基础上，规划穿刺路径，结合穿刺针前端初始形态精确计算差异化的前端弯曲度即弯折角，以而指导医生术前调整穿刺针前段弯折角。经过两家医院临床验证，量化后的弯折角能够很好地指导穿刺，平均穿刺次数由无精确弯折角指导下的5-6 次降低到本计算方法指导下的2-3 次, 平均穿刺时间也有所减少。

    　　本项研究实现了门静脉高压症的精准微创介入治疗，减少了完成TIPS 所需的穿刺次数和穿刺时间，减少了病人的出血风险，具有重要的意义。相关成果发表在Computational and Mathematical Methods in Medicine (SCI 源刊 IF 1.545 ):

    　　Xiaoli Zhu？, Zhao Ran？, Wanci Li, Wansheng Wang, Kangshun Zhu, Wensou Huang, and Xin Gao, Method for Calculating the Bending Angle of Puncture Needle in Preoperative Planning for Transjugular Intrahepatic Portal Systemic Shunt (TIPS), Computational and Mathematical Methods in Medicine , 30 May 2018.

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    • 来源专题：光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者：husisi
    • 发布时间：2017-12-14
    • 肝癌是临床中常见的恶性肿瘤之一，可发生于任何年龄段的人群。我国是肝癌高发国家，每年新发肝癌病人约39.5万人，死亡38.3万人，并以5％的速度增长，占全球发病人数的50％以上，严重威胁着我国人民的健康和生命。 目前，消融治疗已成为除外科切除和肝移植之外，治疗肝癌的又一可靠性治疗手段，主要方法包括物理消融和化学消融。物理消融是一种定位能量外科技术，常用的方法有射频消融、微波消融和冷冻消融。以射频消融为例，电极针在影像引导下直接穿刺到肿瘤靶区进行治疗，常用的治疗温度为90~110℃，热能导致肿瘤细胞凝固性坏死。化学消融主要以无水乙醇消融为主，通过无水乙醇直接作用于肝癌细胞使其发生凝固性坏死。作为一种非手术治疗方式，消融治疗对肝癌，尤其是小肝癌具有较好的疗效，且可作为大肝癌治疗的一种补充手段，具有费用低、风险小、重复性和患者依从性好等优点。 在进行肝癌局部消融治疗时，为充分保证治疗的有效性和安全性，肝癌局部消融治疗的多个环节都需要影像技术的支持。术前，需要在影像引导下进行手术规划，选择合适的穿刺路径，避免损伤周围重要的器官及结构并确保消融区完全覆盖整个肿瘤。术中，需要影像引导消融针按照规划路径植入肿瘤内部。术后，需要根据影像来评价疗效。目前常用的影像学引导手段包括超声、CT和MRI。CT定位精准、无死角、无盲区，是目前的主要引导方法。MRI价格较贵，但其组织分辨率高，且无辐射、无盲区、精确度高，今后发展会具有热场成像和功能成像功能，是未来的发展趋势。超声价格低廉、仪器较小，但存在精度差、有死角和盲区等缺点。目前，超声多用于穿刺活检，或在经济条件差的地区引导消融术。在实际临床应用中，单一模态的图像往往不能提供医生所需要的足够信息。因此通常需要使用融合成像技术将两种模态的图像结合，经过数据的变换处理，完成空间坐标上的匹配，叠加后获取互补信息，从而帮助医生作出准确的诊断或制订出合适的治疗方案。 中国科学院苏州医工所医学影像室戴亚康团队的周志勇副研究员牵头与丽水市中心医院纪建松副院长合作开发了一套肝癌微创消融手术计划导航原型系统。该系统在消融治疗过程中，将不同时间点及不同的影像信息进行多模态融合，发挥多模态影像在整个消融治疗中的指导意义，着力解决医学影像引导下肝肿瘤热消融治疗的科学、客观、精准、便捷、个体化的治疗问题，建立符合临床治疗流程的消融平台。通过肝脏/肿瘤精准分割技术和多模态影像配准融合技术，实现在术前、术中和术后全过程中肝脏肿瘤“看得清”；基于多模态影像匹配和多种可视化技术，实现肝脏肿瘤消融“扎得准”；基于三维热场仿真技术和多时间序列图像联合分析技术，定量、客观地评估消融区域，实现肝脏肿瘤“消得全”。 目前，该原型系统在丽水市中心医院进行测试试用。后续将在其基础上继续开发热场规划、高级可视化等功能，并进一步突破影像引导下肝癌消融过程中的关键技术难点，做到真正服务于患者，为肝病治疗提供一种更为经济可靠的治疗手段。 相关专利： 纪建松,涂建飞,周志勇,徐民,赵中伟.肝癌局部消融方法及系统.受理号：201710258232.0 该研究工作得到了浙江省重点研发计划的资助。 图1为术前的消融针路径规划的示意图，图中红色区域为病灶位置，绿线表示消融针。为了选择距离短且安全的穿刺路径，需要综合考虑病灶的位置以及肝脏周围的组织和器官，例如胆管、胆囊和血管。因此，首先需要进行骨骼和血管造影分割，以及胆管和胆囊分割等步骤，通过可视化技术，辅助医生或者使用算法自动确定穿刺路径，包括体表穿刺入点，穿刺深度及角度等参数 图2为术中的快速定位示意图。利用MRI图像的高组织分辨率清晰地定位病灶，通过将CT和MRI图像配准，快速地在CT图像中定位到病灶位置
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  • 《苏州医工所在肿瘤影像基因组学研究中取得进展》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2018-04-27
    • 近年来，我国肿瘤发病率明显上升，恶性肿瘤位于我国城市居民主要疾病死亡率首位。肿瘤防治工作具有重大社会意义与科学价值，肿瘤疗效与预后评估是其中的关键研究领域。肿瘤标记物是 肿瘤发生发展以及疗效好坏的重要指标， 在肿瘤疗效与预后评估中起着至关重要的作用 ，如何找出有效的 肿瘤标记物是当前研究的重要挑战。 　　随着分子技术的发展，特别是下一代基因测序技术的发展，通过基因或蛋白质分子技术，从癌症的分子机制去探索其发生的根源，寻找致癌基因的突变位点和癌症基因的分子表达通路，获取分子标记物，已成为当前肿瘤标记物研究的主流。其突出特点是生物分子层次的解释性强，但获取上述分子标记物的费用及技术门槛高，需借助手术或穿刺活检侵入性采样，只能单点单次采集，无法全面描述肿瘤组织的时间与空间异质性。 　　随着医学影像技术的快速发展，通过医学影像可无创、实时、可重复地获取肿瘤全局形态与分子功能信息，借助模式识别、机器学习等图像分析手段，构建与预后或疗效显著相关的肿瘤影像标记物。通过影像标记物，我们可对肿瘤进行早期诊断，并能在治疗过程中随时跟踪肿瘤的发展情况。但影像标记物可解释性不强，尤其是缺乏潜在的生物和分子机制的解释。 　　开展肿瘤影像基因组学研究，结合影像学和基因组学各自优势，探索影像标记物与分子标记物的关联，可将分子层次信息（如基因表达量、致癌基因的表达通路等）融入影像学方法，有潜力发现无侵入且生物学可解释性强的预后影像学标记物，从而促进影像学标记物在个体化医疗的应用与发展，在肿瘤疗效与预后评估、新治疗靶点和肿瘤生物机制理解方面，均具有积极意义。 　　中国科学院苏州医工所医学影像室高欣、夏威、陈颖、张睿等人以肝细胞癌为实验对象，开展了影像基因组学的初步研究。该研究获取了癌症基因图谱数据库（ The Cancer Genome Atlas， TCGA）上 371例肝细胞癌患者基因表达数据与总生存期，及其中 38例患者的增强 CT数据。针对 CT数据，采用基于体素的子区域聚类方法，将肿瘤区域划分为 3个子区域。从各子区域中，提取了影像组学特征，并采用稳定性和冗余性分析方法筛选影像特征。针对基因表达数据，采用权重基因共表达网络分析（ WGCNA），获取多个基因模块，并分析总生存期数据，得到具有生存期预测能力的预后基因模块。为了理解预后基因模块的生物学功能解释，对基因模块注释分析。通过构建影像特征与预后基因模块的 Spearman秩相关矩阵，找出了与基因模块显著相关的影像特征。最后利用 Cox 比例风险回归模型，评估了这些影像特征的总生存期预测能力。 　　研究结果表明， 8个影像组学特征与基因模块显著相关，最终确定其中 2个影像组学特征有潜力作为肝细胞癌生存期预测的影像学标记物。其中，子区域体积分数 (volume fraction_2)，与代表癌症相关通路的 6个基因模块均显著相关，且该影像特征与肝细胞癌患者的总生存期（ P =0.022，风险比 =0.24）显著相关；描述肿瘤子区域异质性的纹理特征集群突出 (cluster prominence_3)，与代表脂肪代谢和补体活动的基因模块显著相关，且也与总生存期（ P=0.021，风险比 =0.17）显著相关。 　　相关研究结果发表在 Physics in Medicine and Biology (SCI IF 2.742): 　　Wei Xia, Ying Chen, Rui Zhang, Zhuangzhi Yan, Xiaobo Zhou, Bo Zhang, Xin Gao, Radiogenomics of Hepatocellular Carcinoma: Multiregion Analysis-Based Identification of Prognostic Imaging Biomarkers by Integrating Gene Data——A Preliminary Study, Physics in Medicine and Biology, 2018, 63(3). 文章链接： http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6560/aaa609/meta 　　该研究工作得到了国家自然科学基金（ 81571772）等项目资助。
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