腹腔鏡膽囊切除術中熒光膽道造影技術更好地描繪膽管解剖

概要

評估影響熒光膽管造影（FC）的能力的臨床和技術因素，使用吲哚菁綠（ICG）描繪腹腔鏡膽囊切除術（LC）期間的膽管解剖結構。

在腹腔鏡熒光成像系統商業化之後，在LC期間開始應用FC。

在接受LC治療的108例患者中，通過術前靜脈注射ICG（2.5 mg）在Calot三角解剖期間進行FC，並評估影響FC描繪肝外膽管的能力的臨床因素。在離體研究中，還評估了5個腹腔鏡系統和1個開放熒光成像系統中與膽管可檢測性相關的設備相關因素。

FC分別描述了80例患者（74％）和99例患者（92％）解剖Calot三角前後膽囊管和肝總管（CyD-CHD）之間的匯合情況。在解剖前（中位數，90分鐘;範圍，15-165分鐘）通過熒光成像檢測到CyD-CHD匯合的80例患者中，ICG注射與FC切除之前的間隔時間明顯長於其餘28例患者的匯合無法檢測到（中位數，47分鐘;範圍，21-205分鐘; P

FC是一種簡單的導航工具，用於獲取膽道路線圖，以在LC期間達到「安全的關鍵視圖」。通過FC更好地識別膽管的關鍵因素是在手術前儘可能提前給予ICG，在膽管周圍充分延伸結締組織，並將腹腔鏡尖端放置在靠近Calot三角的位置。

介紹

自1931年首次報道放射照相術中膽道造影（IOC）以來，該手術已被廣泛用作膽囊切除術中描繪膽管解剖結構的唯一方法。一些研究表明，在腹腔鏡膽囊切除術（LC）中常規使用IOC可降低膽管損傷的發生率，2,3或至少其嚴重程度[4,5]。然而，實際上，在LC期間使用IOC的頻率各不相同在外科醫生和醫院之間，可能是因為IOC的一些缺點：手術時間較長，需要額外的醫療資源，患者和醫務人員接觸輻射，以及因插入引起的膽管損傷風險增加6術中超聲檢查也是確定LC3期間膽管解剖和膽結石存在的既定方式;然而，掃描膽道並解釋橫斷面超聲圖像需要相當的技巧。

最近開發了一種利用靜脈注射後膽汁中吲哚青綠（ICG）熒光的新型IOC技術用於開放手術.8後來，隨著腹腔鏡/機器人熒光成像系統的商業化應用，該技術開始應用在世界範圍內的腹腔鏡/機器人膽囊切除術的臨床環境中，包括日本，美國的9,10，歐洲的11,12，13-15和阿根廷。這些先前的系列，包括作者自己的，已經提出了熒光膽管造影的潛在優勢（FC）關於其在解剖Calot三角期間能夠實時識別肝外膽管的能力，而不暴露患者或手術團隊的照射。然而，由於研究人群的規模不足以及缺乏熒光成像系統中膽管可檢測性的比較數據，可能影響FC描繪膽管解剖結構的能力的臨床和技術因素仍不清楚。本研究的目的是證明FC的最佳條件和技術細節，使其能夠廣泛有效地用作LC期間膽管解剖結構的術中導航工具。

方法

該觀察性研究經機構倫理委員會批准並在UMIN臨床試驗註冊處註冊。所有患者均獲得知情同意書。

ICG熒光成像原理

ICG與血漿蛋白結合。當用近紅外光照射時，蛋白質結合的ICG發出峰值波長約為830nm的光.17作者假設靜脈注射ICG後的熒光成像可以提供膽道圖像，因為ICG只能排泄到膽汁中人膽汁含有與ICG結合的血漿蛋白。ICG的膽汁排泄在靜脈注射後幾分鐘內開始，在2小時內達到峰值並持續長達20小時

LC期間的熒光膽管造影技術

首先，在手術前靜脈注射1mL ICG（2.5mg / mL; Daiichi Sankyo Co.，Tokyo，Japan）。當在手術期間施用ICG時，應在靜脈內注射後至少15分鐘獲得膽管的熒光圖像，以使ICG從膽管周圍的結締組織充分洗掉。在給予ICG後，膽管中的熒光可持續超過7小時

在解剖肝十二指腸韌帶周圍的粘連後，通過在腹腔鏡成像系統中使用攝像頭和/或光源上的濾光開關將全色圖像改變為熒光圖像來執行FC以識別肝外膽管的解剖結構（圖（Figure1A）.1A）。然後解剖Calot的三角形以達到「安全的批判性觀點」，19使用FC在手術過程中的任何時間確認輔助膽管的存在與否。膽管的熒光圖像應從Calot三角形的腹側和背側獲得（圖1B和C，見視頻，補充視頻1，[補充視頻1.在LC中解剖Calot三角時的FC技術，3分48秒，97MB]，演示了LC期間的FC技術。最後，關閉膽囊管（CyD），然後在確認除膽囊和肝總管（CHD）之間的CyD之外不存在熒光結構後分開。

圖1

LC期間FC的手術技術。（A）解剖Calot三角之前的FC。CyD，CHD和膽囊的熒光圖像在全色圖像中以綠色顯示。（B）來自Calot三角（虛線）背側的FC表明在該層解剖中不存在與輔助肝管一致的熒光結構。（C）解剖Calot三角後的全色圖像（左），單色FC圖像（中）和融合FC圖像（右）。箭頭顯示膽囊動脈。所有圖像均使用LS5獲得。

評價1：影響膽管檢測的臨床因素

患者

研究對象包括2008年7月至2012年10月在東京山手醫療中心（東京，日本）或東京大學醫院接受LC治療的108名患者。13名患者被排除在研究之外，因為在手術當天沒有熒光成像系統。對6例患者進行了膽總管（CBD）結石的伴隨診斷，這些患者在LC前（n = 5）或同時進行腹腔鏡膽總管切開術（n = 1）進行了內鏡逆行膽管造影。腹腔鏡胃楔形切除術在一名患者中進行，並且在另一名患者中進行LC後進行淋巴結清掃以治療膽囊癌。

患者包括49名男性和59名女性，中位年齡為56歲（範圍19-82歲）。中位體重指數（BMI）為23.5 kg / m2（範圍，15.6-42.2 kg / m2）。根據東京指南，6例患者術前被診斷為急性膽囊炎.20所有患者均行術前膽道造影，包括磁共振胰膽管造影術（n = 75），滴注膽管造影21或滴注膽管造影 - 計算機斷層掃描（n = 47），和/或內鏡逆行膽管造影（n = 7）作為兩個機構LC之前的常規術前評估。

FC對膽管切除能力的評價

在患者進入手術室（n = 43）之前或在氣管內氣管插管之後靜脈注射ICG（2.5mg）後，使用原型成像系統（在評估2中描述為LS1）在LC期間進行FC。手術室（n = 65）。

基於操作外科醫生的標準圖像評估FC描繪膽管解剖結構的能力，使用CyD和CHD之間的匯合作為評估的標誌性解剖結構。分析了影響膽管可檢測性的臨床因素。

評估2：影響膽管檢測能力的設備相關因素

熒光成像系統

在該研究中使用五個腹腔鏡熒光系統（LS1-5）（表（表1）; 1）; LS1是原型熒光成像系統（Hamamatsu Photonics，Hamamatsu，Japan和Shinko Optical，Tokyo，Japan），用於評估1中包括的所有患者.LS2是用於臨床研究的標準清晰度熒光成像系統（Olympus Medical）系統，東京，日本）。LS3是LS1的高清模型，自2014年起在日本商業化.LS4是市售的高清熒光成像系統（Karl Storz，Tuttlingen，Germany）。在本研究中，在類似於窄帶成像（光譜A模式）的圖像處理下獲得熒光圖像，以增強熒光信號的對比度。LS5也是商業上可獲得的高清成像系統（Novadaq，Toronto，Canada），並且能夠在全色圖像上疊加熒光圖像。在彩色圖像上創建融合圖像之前，單色圖像用於計算本研究中的熒光強度（FI）。用於開放手術的常規熒光成像系統（OS1; Hamamatsu Photonics）用作參考。

表格1

熒光成像系統的規格

膽管可探測性設備差異的體外評價

首先，評估取決於ICG濃度的熒光信號的靈敏度。使用熒光成像系統（LS1-5和OS1）獲得含有5種樹脂的體模的熒光信號，所述樹脂由以0.5（0.00039mg / mL），1.0,2.0,5.0和20.0μmol/ L的劑量用酒精稀釋的ICG製成。。腹腔鏡或攝像頭的尖端在暗盒中設置在體模上方10厘米處。

其次，評估了熒光成像系統的距離依賴性靈敏度。通過將摻有ICG的人膽汁以0.025mg / mL的劑量注射到4mm塑料管中來製備膽管樣品。然後通過將腹腔鏡的尖端設置在樣品上方5,10和15cm處獲得膽汁樣品的熒光圖像。

最後，熒光成像系統的組織滲透性通過從樣品上方10cm處獲得從1,2,3,4或5片豬肉（厚度約1.5mm）覆蓋的膽汁樣品發出的熒光信號來估計。

在每次觀察期間獲得10次靜止圖像。然後使用Photoshop CS5軟體（Adobe Systems，San Jose，CA）在0-255的範圍內計算設置在熒光區域和背景中的感興趣區域中的FI。使用以下公式計算信號對比度：

信號對比度=（熒光區域中的FI-背景中的FI）/ 255

統計分析

分別使用Fisher精確檢驗和Wilcoxon秩和檢驗比較分類數據和連續數據。使用Steel-Dwass方法進行多重比較。P值

結果

評價1：影響膽管檢測的臨床因素

FC能夠描繪膽管解剖學的能力

表22和圖22總結了FC使用原型成像系統（LS1）描繪膽管解剖結構的能力。在解剖Calot三角之前和之後確定FC的CyD-CHD匯合的成功率分別為74％和92％。當在解剖Calot三角之前通過FC確定CyD-CHD匯合時，在解剖所有患者的Calot三角之後FC也可以識別匯合，但是在解剖期間打開膽囊壁並且含有ICG的膽汁溢出。相比之下，解剖Calot三角後的FC能夠識別28例患者中的20例（71％），在解剖Calot三角之前，FC無法識別這些患者。在其餘8名患者中，即使在解剖Calot三角後，FC也未能描繪出CyD-CHD匯合。這些患者的BMI範圍為16.6至40.8 kg / m2（中位數，27.4 kg / m2），並且在1名患者中，LC用於急性膽囊炎。

表2

FC對膽管解剖學定位的能力

圖2

解剖Calot三角前後FC結果的流程圖。在大約75％的患者中解剖Calot三角之前，FC可以觀察到CyD-CHD匯合;在所有患者中解剖Calot三角後，FC也可以觀察到CyD-CHD匯合，除了在手術過程中ICG從膽囊溢出的1例（a）。在解剖Calot三角之前FC未能描繪CyD-CHD匯合的剩餘25％的患者中，在大約70％的患者中解剖後可以識別出匯合。在8例患者中，包括1例急性膽囊炎（b），即使在解剖Calot三角後，FC也未能描繪出CyD-CHD匯合。

10例患者通過術前膽管造影診斷出輔助性肝管22。在這10名患者中的9名中，在解剖Calot三角後使用FC檢測副肝管（圖（圖3A）.3A）。解剖Calot三角後的FC也確定膽囊床上有一條薄的肝管（圖3B）.3B）。關於CyD-CHD匯合的解剖學變異，術前膽管造影確定了6例患者中CHD（螺旋型CyD-CHD連接）8,23腹側或背側的CyD，並且FC可視化所有此類變異。解剖Calot三角（圖（圖3C）.3C）。FC允許可視化CyD中的膽結石作為5名患者的熒光缺陷（圖（圖3D），3D），儘管FC中沒有結石 [補充視頻2.附件肝管的熒光成像，膽囊管解剖結構的變化，和膽囊管結石，4分23秒，7MB。]，這表明患有膽管異常的患者FC）。沒有對ICG發生不良反應。

圖3

FC獲得的其他調查結果。（A）解剖Calot三角後，FC可以看到排出右側扇形的輔助肝管（箭頭）。這條導管沿著Rouviere溝向尾部排出並直接排入CHD。箭頭表示CyD。（B）在解剖Calot三角後，通過FC顯示沿著膽囊床並且可能排出Couinaud的V段（箭頭）的細肝管。箭頭表示CHD。（C）在解剖Calot三角之前，可以通過FC顯示CyD（箭頭），向前跑並從左側排入CHD（箭頭）。（D）在解剖Calot三角之前的FC表明受到CyD影響的膽結石的位置是熒光缺陷（箭頭）。所有圖像均使用LS1獲得。

影響FC定位CyD-CHD匯合能力的臨床因素

臨床因素對FC描繪CyD-CHD匯合能力的影響總結在表表3.3中。在6例急性膽囊炎患者中，在解剖Calot三角之前的FC能夠識別2名患者的CyD-CHD匯合，而解剖後的FC顯示6名患者中的5名患者的匯合。在解剖Calot三角之前靜脈注射ICG和FC成像之間的間隔時間明顯長於FC可見的CyD-CHD匯合患者比無法觀察到的患者（中位數[範圍]，90 [15] -165] vs 47 [21-205] min，分別為P

表3

影響FC定位CyD-CHD匯合能力的臨床因素（n = 108）

評估2：影響膽管檢測能力的設備相關因素

如圖4,4所示，根據激發光和濾光片的波長以及每個系統中使用的圖像處理，熒光成像系統中熒光和彩色圖像的特徵不同。

圖4

通過5個腹腔鏡成像系統（LS1-5）和1個開放成像系統（OS1）獲得的熒光圖像和彩色圖像的特徵。（A）含有5種由ICG製成的樹脂的體模的彩色圖像（上圖）和熒光圖像（下圖），所述樹脂用醇稀釋至劑量為0.5,1.0,2.0,5.0和20.0μmol/ L（從左至右）。（B）膽管樣品的彩色圖像（最左邊）和熒光圖像（右），其從樣品上方5,10和15cm（從左到右）獲得。（C）膽管樣品的彩色圖像（每個圖中留下）和熒光圖像（每個圖中右側），其覆蓋有1,3和5個豬組織切片（從左到右）。

圖55顯示了使用6個熒光成像系統獲得的熒光圖像上的目標區域的FI和信號對比度。關於信號對比度和ICG濃度之間的關係，由ICG製成的樹脂稀釋至20μmol/ L（0.16mg / mL）的劑量導致每個腹腔鏡成像系統的最高信號對比度。在用於熒光成像的腹腔鏡系統中，該ICG濃度的信號對比度顯著不同，從LS4的0.10±0.002（平均值±SD）到LS5的0.58±0.019（P 0.6。

圖5

使用5個腹腔鏡成像系統（LS1-5）和1個開放成像系統（OS1）獲得的離體樣品的信號和背景FI和信號對比度。（A）通過5個腹腔鏡成像系統獲得的樹脂的FI和信號對比度在1號樣品（ICG的20μmol/ L）中最高，然後隨著ICG濃度的降低而顯著降低。相反，即使對於4號樣品（0.5μmol/ L的ICG），由OS1獲得的信號對比度仍保持在0.6以上。（B）當從膽管樣品和腹腔鏡尖端的距離從5cm增加到15cm時，使用腹腔鏡熒光成像系統獲得的FI和信號對比度下降到大約一半。（C）隨著覆蓋膽管樣品的豬組織的厚度增加，FI和信號對比度逐漸下降。

當從膽管樣本和腹腔鏡尖端的距離從5到15厘米增加時，使用熒光成像系統獲得的信號對比度下降到大約一半（圖5B）。在這種情況下，儘管膽管樣本的熒光圖像上的FI最高，但OS1並未提供最高的信號對比度;發生這種情況是因為背景上的FI由於樣品周圍的熒光信號的擴散而也很高。

隨著覆蓋膽管樣品的豬組織的厚度增加，FI和信號對比度逐漸下降（圖5C）.5C）。在不使用豬組織的情況下，該系列中LS5的FI和信號對比度傾向於低於先前實驗中的那些，可能是因為該系統的過濾器被急劇設置以切斷穿透組織的弱熒光信號。

討論

在目前的LC系列中，FC在解剖Calot三角之前描繪了三分之二患者的CyD-CHD匯合。在Calot三角解剖結束時，90％的患者通過熒光成像鑒定了這種具有里程碑意義的肝外膽管結構。另外，在解剖過程中通過FC可視化CyD和肝管的解剖學變化，這是膽囊切除術期間膽管損傷的已知危險因素[24]。例如，在目前系列中沒有FC的幫助下，很難理解在膽囊床上運行的肝細管的解剖結構與1972年的原始報告一致.25這些結果表明FC可以作為有效的在解剖Calot三角期間描繪膽管解剖結構的導航工具，直到作者達到「安全的批判性觀點」。

通過FC清楚可視化CyD-CHD匯合的關鍵臨床因素之一是從靜脈內注射ICG到成像開始的間隔。在本研究中，在解剖Calot三角之前，通過FC可以確定CyD-CHD匯合的患者ICG注射和初始FC之間的中位間隔為100分鐘，這比接受患者的患者長約40分鐘。不完整的FC。這可能是因為ICG排出膽汁通過CyD進入膽囊需要足夠的時間，儘管ICG在靜脈注射後數分鐘內排泄到膽汁中.18 ICG應該在患者進入膽汁之前進行。手術室，以確保更好地識別從漏斗部分到CHD與匯合處的CyD序列。

另一個通過FC提高膽管可檢測性的技術要點是通過橫向收縮Hartmann膽囊囊來完全延伸Calot三角，以減少膽管周圍結締組織的厚度。同樣重要的是將0°或30°腹腔鏡的尖端垂直設置到Calot三角，以直接在膽管上直接照射激發光並有效地獲得熒光信號。本發明的離體研究還表明，通過使膽管樣品周圍的豬組織變薄並減小與腹腔鏡尖端的距離，可以增加熒光圖像上的信號對比度。

FC的主要限制是它可能無法在LC期間描繪位於深處的膽管。近紅外光只能穿透人體組織約5至10毫米的深度，與使用帶開放式成像系統的FC相比，使用腹腔鏡成像系統可進一步降低熒光成像的膽管可檢測性特別是在脂肪組織周圍，如本發明的體外研究所示。因此，在患有嚴重膽囊炎和/或肥胖的患者中，在解剖Calot三角之前，FC可能無法闡明埋在厚結締組織中的肝外膽管的整個解剖結構。然而，在這樣的不利條件下，FC仍然是有用的，因為外科醫生可以輕鬆地重複進行FC，同時解剖Calot三角以減少膽管周圍結締組織的厚度，從而避免膽管損傷和膽管殘餘膽汁泄漏。

IOC在LC期間的作用不僅是確認膽管解剖結構，而且還用於檢測伴隨的CBD結石.26雖然FC可用於檢測CyD中受影響的膽結石，但很難將小CBD結石視為熒光缺陷。圖像是因為石頭周圍存在熒光膽汁。對於可能患有CBD結石的患者，以及在解剖Calot三角期間或在CyD分裂之前仍然存在FC可視化的膽管解剖結構時，應添加常規IOC和/或術中超聲檢查。

在腹腔鏡ICG熒光成像的擴展應用中，例如肝癌的鑒定，27個肝段，28個淋巴結，29個和血液灌注，30最有希望的適應症是LC期間的膽管造影。這是世界上最常進行的外科手術; FC可以利用ICG的膽汁排泄和熒光特性。目前正在進行大型前瞻性研究，以評估FC在提高LC安全性方面的功效和成本效益。然而，在進行臨床試驗之前，應優化用於FC的熒光成像系統，因為如本研究所示，熒光圖像的可視性和彩色圖像的質量根據所使用的成像系統而有很大差異（圖（Figure6）0.6）。還需要在光源中進一步技術創新（強度和波長的優化），圖像感測器（CCD / CMOS，解析度增強和濾波器波長）以及圖像處理（疊加成像）以將FC開發成膽管不可缺少的工具LC期間導航。

圖6

在臨床環境中使用五個腹腔鏡熒光成像系統獲得的LC期間的肝外膽管的FC和相應的彩色圖像。（LS1，LS2，LS3）彩色圖像（左）和熒光圖像（右）。（LS4）彩色圖像（左），熒光圖像（中間）和熒光圖像，其圖像處理類似於窄帶成像（光譜A模式，右）。（LS5）彩色圖像，單色熒光圖像，疊加在彩色圖像上的偽彩色熒光圖像（綠色）和單色背景上的偽彩色熒光圖像（藍色）（從左到右）。箭頭和箭頭分別表示CHD和CyD。

總之，FC是一種簡單的導航工具，在LC期間易於使用。它可以提供肝外膽管的路線圖，以達到「安全的關鍵視圖」，而無需任何涉及膽管或暴露於輻射的干預。通過FC更準確地識別膽管的關鍵因素是在手術前儘可能提前給予ICG，在膽管周圍充分延伸結締組織，以及將腹腔鏡的尖端放置在靠近Calot三角的位置。

腳註

縮寫：FC =熒光膽管造影，ICG =吲哚青綠，LC =腹腔鏡膽囊切除術，CyD =膽囊管，CHD =肝總管，BMI =體重指數，LS =腹腔鏡熒光系統，OS =開放手術熒光成像系統，FI =熒光強度。

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