腹腔镜胆囊切除术中荧光胆道造影技术更好地描绘胆管解剖

概要
评估影响荧光胆管造影（FC）的能力的临床和技术因素，使用吲哚菁绿（ICG）描绘腹腔镜胆囊切除术（LC）期间的胆管解剖结构。

在腹腔镜荧光成像系统商业化之后，在LC期间开始应用FC。

在接受LC治疗的108例患者中，通过术前静脉注射ICG（2.5 mg）在Calot三角解剖期间进行FC，并评估影响FC描绘肝外胆管的能力的临床因素。在离体研究中，还评估了5个腹腔镜系统和1个开放荧光成像系统中与胆管可检测性相关的设备相关因素。

FC分别描述了80例患者（74％）和99例患者（92％）解剖Calot三角前后胆囊管和肝总管（CyD-CHD）之间的汇合情况。在解剖前（中位数，90分钟;范围，15-165分钟）通过荧光成像检测到CyD-CHD汇合的80例患者中，ICG注射与FC切除之前的间隔时间明显长于其余28例患者的汇合无法检测到（中位数，47分钟;范围，21-205分钟; P <0.01）。胆管样本的荧光图像上的信号对比度在腹腔镜成像系统中显著不同，并且随着目标腹腔镜距离的增加和覆盖样本的猪组织变厚，倾向于比开放成像系统更急剧地降低。

FC是一种简单的导航工具，用于获取胆道路线图，以在LC期间达到“安全的关键视图”。通过FC更好地识别胆管的关键因素是在手术前尽可能提前给予ICG，在胆管周围充分延伸结缔组织，并将腹腔镜尖端放置在靠近Calot三角的位置。

介绍
自1931年首次报道放射照相术中胆道造影（IOC）以来，该手术已被广泛用作胆囊切除术中描绘胆管解剖结构的唯一方法。一些研究表明，在腹腔镜胆囊切除术（LC）中常规使用IOC可降低胆管损伤的发生率，2,3或至少其严重程度[4,5]。然而，实际上，在LC期间使用IOC的频率各不相同在外科医生和医院之间，可能是因为IOC的一些缺点：手术时间较长，需要额外的医疗资源，患者和医务人员接触辐射，以及因插入引起的胆管损伤风险增加6术中超声检查也是确定LC3期间胆管解剖和胆结石存在的既定方式;然而，扫描胆道并解释横断面超声图像需要相当的技巧。

最近开发了一种利用静脉注射后胆汁中吲哚青绿（ICG）荧光的新型IOC技术用于开放手术.8后来，随着腹腔镜/机器人荧光成像系统的商业化应用，该技术开始应用在世界范围内的腹腔镜/机器人胆囊切除术的临床环境中，包括日本，美国的9,10，欧洲的11,12，13-15和阿根廷。这些先前的系列，包括作者自己的，已经提出了荧光胆管造影的潜在优势（FC）关于其在解剖Calot三角期间能够实时识别肝外胆管的能力，而不暴露患者或手术团队的照射。然而，由于研究人群的规模不足以及缺乏荧光成像系统中胆管可检测性的比较数据，可能影响FC描绘胆管解剖结构的能力的临床和技术因素仍不清楚。本研究的目的是证明FC的最佳条件和技术细节，使其能够广泛有效地用作LC期间胆管解剖结构的术中导航工具。

方法
该观察性研究经机构伦理委员会批准并在UMIN临床试验注册处注册。所有患者均获得知情同意书。

ICG荧光成像原理
ICG与血浆蛋白结合。当用近红外光照射时，蛋白质结合的ICG发出峰值波长约为830nm的光.17作者假设静脉注射ICG后的荧光成像可以提供胆道图像，因为ICG只能排泄到胆汁中人胆汁含有与ICG结合的血浆蛋白。 ICG的胆汁排泄在静脉注射后几分钟内开始，在2小时内达到峰值并持续长达20小时

LC期间的荧光胆管造影技术
首先，在手术前静脉注射1mL ICG（2.5mg / mL; Daiichi Sankyo Co.，Tokyo，Japan）。当在手术期间施用ICG时，应在静脉内注射后至少15分钟获得胆管的荧光图像，以使ICG从胆管周围的结缔组织充分洗掉。在给予ICG后，胆管中的荧光可持续超过7小时

在解剖肝十二指肠韧带周围的粘连后，通过在腹腔镜成像系统中使用摄像头和/或光源上的滤光开关将全色图像改变为荧光图像来执行FC以识别肝外胆管的解剖结构（图（Figure1A）.1A）。然后解剖Calot的三角形以达到“安全的批判性观点”，19使用FC在手术过程中的任何时间确认辅助胆管的存在与否。胆管的荧光图像应从Calot三角形的腹侧和背侧获得（图1B和C，见视频，补充视频1，[补充视频1.在LC中解剖Calot三角时的FC技术，3分48秒，97MB]，演示了LC期间的FC技术。最后，关闭胆囊管（CyD），然后在确认除胆囊和肝总管（CHD）之间的CyD之外不存在荧光结构后分开。


图1
LC期间FC的手术技术。 （A）解剖Calot三角之前的FC。 CyD，CHD和胆囊的荧光图像在全色图像中以绿色显示。 （B）来自Calot三角（虚线）背侧的FC表明在该层解剖中不存在与辅助肝管一致的荧光结构。 （C）解剖Calot三角后的全色图像（左），单色FC图像（中）和融合FC图像（右）。箭头显示胆囊动脉。所有图像均使用LS5获得。

评价1：影响胆管检测的临床因素
患者
研究对象包括2008年7月至2012年10月在东京山手医疗中心（东京，日本）或东京大学医院接受LC治疗的108名患者。 13名患者被排除在研究之外，因为在手术当天没有荧光成像系统。对6例患者进行了胆总管（CBD）结石的伴随诊断，这些患者在LC前（n = 5）或同时进行腹腔镜胆总管切开术（n = 1）进行了内镜逆行胆管造影。腹腔镜胃楔形切除术在一名患者中进行，并且在另一名患者中进行LC后进行淋巴结清扫以治疗胆囊癌。

患者包括49名男性和59名女性，中位年龄为56岁（范围19-82岁）。中位体重指数（BMI）为23.5 kg / m2（范围，15.6-42.2 kg / m2）。根据东京指南，6例患者术前被诊断为急性胆囊炎.20所有患者均行术前胆道造影，包括磁共振胰胆管造影术（n = 75），滴注胆管造影21或滴注胆管造影 - 计算机断层扫描（n = 47），和/或内镜逆行胆管造影（n = 7）作为两个机构LC之前的常规术前评估。

FC对胆管切除能力的评价
在患者进入手术室（n = 43）之前或在气管内气管插管之后静脉注射ICG（2.5mg）后，使用原型成像系统（在评估2中描述为LS1）在LC期间进行FC。手术室（n = 65）。

基于操作外科医生的标准图像评估FC描绘胆管解剖结构的能力，使用CyD和CHD之间的汇合作为评估的标志性解剖结构。分析了影响胆管可检测性的临床因素。

评估2：影响胆管检测能力的设备相关因素
荧光成像系统
在该研究中使用五个腹腔镜荧光系统（LS1-5）（表（表1）; 1）; LS1是原型荧光成像系统（Hamamatsu Photonics，Hamamatsu，Japan和Shinko Optical，Tokyo，Japan），用于评估1中包括的所有患者.LS2是用于临床研究的标准清晰度荧光成像系统（Olympus Medical）系统，东京，日本）。 LS3是LS1的高清模型，自2014年起在日本商业化.LS4是市售的高清荧光成像系统（Karl Storz，Tuttlingen，Germany）。在本研究中，在类似于窄带成像（光谱A模式）的图像处理下获得荧光图像，以增强荧光信号的对比度。 LS5也是商业上可获得的高清成像系统（Novadaq，Toronto，Canada），并且能够在全色图像上叠加荧光图像。在彩色图像上创建融合图像之前，单色图像用于计算本研究中的荧光强度（FI）。用于开放手术的常规荧光成像系统（OS1; Hamamatsu Photonics）用作参考。

表格1
荧光成像系统的规格

胆管可探测性设备差异的体外评价
首先，评估取决于ICG浓度的荧光信号的灵敏度。使用荧光成像系统（LS1-5和OS1）获得含有5种树脂的体模的荧光信号，所述树脂由以0.5（0.00039mg / mL），1.0,2.0,5.0和20.0μmol/ L的剂量用酒精稀释的ICG制成。 。腹腔镜或摄像头的尖端在暗盒中设置在体模上方10厘米处。

其次，评估了荧光成像系统的距离依赖性灵敏度。通过将掺有ICG的人胆汁以0.025mg / mL的剂量注射到4mm塑料管中来制备胆管样品。然后通过将腹腔镜的尖端设置在样品上方5,10和15cm处获得胆汁样品的荧光图像。

最后，荧光成像系统的组织渗透性通过从样品上方10cm处获得从1,2,3,4或5片猪肉（厚度约1.5mm）覆盖的胆汁样品发出的荧光信号来估计。

在每次观察期间获得10次静止图像。然后使用Photoshop CS5软件（Adobe Systems，San Jose，CA）在0-255的范围内计算设置在荧光区域和背景中的感兴趣区域中的FI。使用以下公式计算信号对比度：

信号对比度=（荧光区域中的FI-背景中的FI）/ 255

统计分析
分别使用Fisher精确检验和Wilcoxon秩和检验比较分类数据和连续数据。使用Steel-Dwass方法进行多重比较。 P值<0.05被认为表示统计学显著性。用JMP软件（版本9.0.2; SAS Institute，Inc.，Cary，NC）进行统计学分析。

结果
评价1：影响胆管检测的临床因素
FC能够描绘胆管解剖学的能力
表22和图22总结了FC使用原型成像系统（LS1）描绘胆管解剖结构的能力。在解剖Calot三角之前和之后确定FC的CyD-CHD汇合的成功率分别为74％和92％。当在解剖Calot三角之前通过FC确定CyD-CHD汇合时，在解剖所有患者的Calot三角之后FC也可以识别汇合，但是在解剖期间打开胆囊壁并且含有ICG的胆汁溢出。相比之下，解剖Calot三角后的FC能够识别28例患者中的20例（71％），在解剖Calot三角之前，FC无法识别这些患者。在其余8名患者中，即使在解剖Calot三角后，FC也未能描绘出CyD-CHD汇合。这些患者的BMI范围为16.6至40.8 kg / m2（中位数，27.4 kg / m2），并且在1名患者中，LC用于急性胆囊炎。

表2
FC对胆管解剖学定位的能力



图2
解剖Calot三角前后FC结果的流程图。在大约75％的患者中解剖Calot三角之前，FC可以观察到CyD-CHD汇合;在所有患者中解剖Calot三角后，FC也可以观察到CyD-CHD汇合，除了在手术过程中ICG从胆囊溢出的1例（a）。在解剖Calot三角之前FC未能描绘CyD-CHD汇合的剩余25％的患者中，在大约70％的患者中解剖后可以识别出汇合。在8例患者中，包括1例急性胆囊炎（b），即使在解剖Calot三角后，FC也未能描绘出CyD-CHD汇合。

10例患者通过术前胆管造影诊断出辅助性肝管22。在这10名患者中的9名中，在解剖Calot三角后使用FC检测副肝管（图（图3A）.3A）。解剖Calot三角后的FC也确定胆囊床上有一条薄的肝管（图3B）.3B）。关于CyD-CHD汇合的解剖学变异，术前胆管造影确定了6例患者中CHD（螺旋型CyD-CHD连接）8,23腹侧或背侧的CyD，并且FC可视化所有此类变异。解剖Calot的三角（图（图3C）.3C）。 FC允许可视化CyD中的胆结石作为5名患者的荧光缺陷（图（图3D），3D），尽管FC中没有结石 [补充视频2.附件肝管的荧光成像，胆囊管解剖结构的变化，和胆囊管结石，4分23秒，7MB。]，这表明患有胆管异常的患者FC）。没有对ICG发生不良反应。


图3
FC获得的其他调查结果。 （A）解剖Calot三角后，FC可以看到排出右侧扇形的辅助肝管（箭头）。这条导管沿着Rouviere沟向尾部排出并直接排入CHD。箭头表示CyD。 （B）在解剖Calot三角后，通过FC显示沿着胆囊床并且可能排出Couinaud的V段（箭头）的细肝管。箭头表示CHD。 （C）在解剖Calot三角之前，可以通过FC显示CyD（箭头），向前跑并从左侧排入CHD（箭头）。 （D）在解剖Calot三角之前的FC表明受到CyD影响的胆结石的位置是荧光缺陷（箭头）。所有图像均使用LS1获得。

影响FC定位CyD-CHD汇合能力的临床因素
临床因素对FC描绘CyD-CHD汇合能力的影响总结在表表3.3中。在6例急性胆囊炎患者中，在解剖Calot三角之前的FC能够识别2名患者的CyD-CHD汇合，而解剖后的FC显示6名患者中的5名患者的汇合。在解剖Calot三角之前静脉注射ICG和FC成像之间的间隔时间明显长于FC可见的CyD-CHD汇合患者比无法观察到的患者（中位数[范围]，90 [15] -165] vs 47 [21-205] min，分别为P <0.01）。在本系列研究中，在解剖之前或之后，BMI没有检测FC融合的预测值。

表3
影响FC定位CyD-CHD汇合能力的临床因素（n = 108）

评估2：影响胆管检测能力的设备相关因素
如图4,4所示，根据激发光和滤光片的波长以及每个系统中使用的图像处理，荧光成像系统中荧光和彩色图像的特征不同。


图4
通过5个腹腔镜成像系统（LS1-5）和1个开放成像系统（OS1）获得的荧光图像和彩色图像的特征。 （A）含有5种由ICG制成的树脂的体模的彩色图像（上图）和荧光图像（下图），所述树脂用醇稀释至剂量为0.5,1.0,2.0,5.0和20.0μmol/ L（从左至右）。 （B）胆管样品的彩色图像（最左边）和荧光图像（右），其从样品上方5,10和15cm（从左到右）获得。 （C）胆管样品的彩色图像（每个图中留下）和荧光图像（每个图中右侧），其覆盖有1,3和5个猪组织切片（从左到右）。

图55显示了使用6个荧光成像系统获得的荧光图像上的目标区域的FI和信号对比度。关于信号对比度和ICG浓度之间的关系，由ICG制成的树脂稀释至20μmol/ L（0.16mg / mL）的剂量导致每个腹腔镜成像系统的最高信号对比度。在用于荧光成像的腹腔镜系统中，该ICG浓度的信号对比度显著不同，从LS4的0.10±0.002（平均值±SD）到LS5的0.58±0.019（P <0.01）（图5A）。 ）。当ICG稀释至≤2.0μmol/ L时，通过腹腔镜成像系统获得的信号对比度降低至<0.2，而通过开放式腹腔镜系统（OS1）获得的信号对比度即使对于稀释至0.5μmol/ L的ICG也保持> 0.6。


图5
使用5个腹腔镜成像系统（LS1-5）和1个开放成像系统（OS1）获得的离体样品的信号和背景FI和信号对比度。 （A）通过5个腹腔镜成像系统获得的树脂的FI和信号对比度在1号样品（ICG的20μmol/ L）中最高，然后随着ICG浓度的降低而显著降低。相反，即使对于4号样品（0.5μmol/ L的ICG），由OS1获得的信号对比度仍保持在0.6以上。 （B）当从胆管样品和腹腔镜尖端的距离从5cm增加到15cm时，使用腹腔镜荧光成像系统获得的FI和信号对比度下降到大约一半。 （C）随着覆盖胆管样品的猪组织的厚度增加，FI和信号对比度逐渐下降。

当从胆管样本和腹腔镜尖端的距离从5到15厘米增加时，使用荧光成像系统获得的信号对比度下降到大约一半（图5B）。在这种情况下，尽管胆管样本的荧光图像上的FI最高，但OS1并未提供最高的信号对比度;发生这种情况是因为背景上的FI由于样品周围的荧光信号的扩散而也很高。

随着覆盖胆管样品的猪组织的厚度增加，FI和信号对比度逐渐下降（图5C）.5C）。在不使用猪组织的情况下，该系列中LS5的FI和信号对比度倾向于低于先前实验中的那些，可能是因为该系统的过滤器被急剧设置以切断穿透组织的弱荧光信号。

讨论
在目前的LC系列中，FC在解剖Calot三角之前描绘了三分之二患者的CyD-CHD汇合。在Calot三角解剖结束时，90％的患者通过荧光成像鉴定了这种具有里程碑意义的肝外胆管结构。另外，在解剖过程中通过FC可视化CyD和肝管的解剖学变化，这是胆囊切除术期间胆管损伤的已知危险因素[24]。例如，在目前系列中没有FC的帮助下，很难理解在胆囊床上运行的肝细管的解剖结构与1972年的原始报告一致.25这些结果表明FC可以作为有效的在解剖Calot三角期间描绘胆管解剖结构的导航工具，直到作者达到“安全的批判性观点”。

通过FC清楚可视化CyD-CHD汇合的关键临床因素之一是从静脉内注射ICG到成像开始的间隔。在本研究中，在解剖Calot三角之前，通过FC可以确定CyD-CHD汇合的患者ICG注射和初始FC之间的中位间隔为100分钟，这比接受患者的患者长约40分钟。不完整的FC。这可能是因为ICG排出胆汁通过CyD进入胆囊需要足够的时间，尽管ICG在静脉注射后数分钟内排泄到胆汁中.18 ICG应该在患者进入胆汁之前进行。手术室，以确保更好地识别从漏斗部分到CHD与汇合处的CyD序列。

另一个通过FC提高胆管可检测性的技术要点是通过横向收缩Hartmann胆囊囊来完全延伸Calot三角，以减少胆管周围结缔组织的厚度。同样重要的是将0°或30°腹腔镜的尖端垂直设置到Calot三角，以直接在胆管上直接照射激发光并有效地获得荧光信号。本发明的离体研究还表明，通过使胆管样品周围的猪组织变薄并减小与腹腔镜尖端的距离，可以增加荧光图像上的信号对比度。

FC的主要限制是它可能无法在LC期间描绘位于深处的胆管。近红外光只能穿透人体组织约5至10毫米的深度，与使用带开放式成像系统的FC相比，使用腹腔镜成像系统可进一步降低荧光成像的胆管可检测性特别是在脂肪组织周围，如本发明的体外研究所示。因此，在患有严重胆囊炎和/或肥胖的患者中，在解剖Calot三角之前，FC可能无法阐明埋在厚结缔组织中的肝外胆管的整个解剖结构。然而，在这样的不利条件下，FC仍然是有用的，因为外科医生可以轻松地重复进行FC，同时解剖Calot三角以减少胆管周围结缔组织的厚度，从而避免胆管损伤和胆管残余胆汁泄漏。

IOC在LC期间的作用不仅是确认胆管解剖结构，而且还用于检测伴随的CBD结石.26虽然FC可用于检测CyD中受影响的胆结石，但很难将小CBD结石视为荧光缺陷。图像是因为石头周围存在荧光胆汁。对于可能患有CBD结石的患者，以及在解剖Calot三角期间或在CyD分裂之前仍然存在FC可视化的胆管解剖结构时，应添加常规IOC和/或术中超声检查。

在腹腔镜ICG荧光成像的扩展应用中，例如肝癌的鉴定，27个肝段，28个淋巴结，29个和血液灌注，30最有希望的适应症是LC期间的胆管造影。这是世界上最常进行的外科手术; FC可以利用ICG的胆汁排泄和荧光特性。目前正在进行大型前瞻性研究，以评估FC在提高LC安全性方面的功效和成本效益。然而，在进行临床试验之前，应优化用于FC的荧光成像系统，因为如本研究所示，荧光图像的可视性和彩色图像的质量根据所使用的成像系统而有很大差异（图（Figure6）0.6）。还需要在光源中进一步技术创新（强度和波长的优化），图像传感器（CCD / CMOS，分辨率增强和滤波器波长）以及图像处理（叠加成像）以将FC开发成胆管不可缺少的工具LC期间导航。


图6
在临床环境中使用五个腹腔镜荧光成像系统获得的LC期间的肝外胆管的FC和相应的彩色图像。 （LS1，LS2，LS3）彩色图像（左）和荧光图像（右）。 （LS4）彩色图像（左），荧光图像（中间）和荧光图像，其图像处理类似于窄带成像（光谱A模式，右）。 （LS5）彩色图像，单色荧光图像，叠加在彩色图像上的伪彩色荧光图像（绿色）和单色背景上的伪彩色荧光图像（蓝色）（从左到右）。箭头和箭头分别表示CHD和CyD。

总之，FC是一种简单的导航工具，在LC期间易于使用。它可以提供肝外胆管的路线图，以达到“安全的关键视图”，而无需任何涉及胆管或暴露于辐射的干预。通过FC更准确地识别胆管的关键因素是在手术前尽可能提前给予ICG，在胆管周围充分延伸结缔组织，以及将腹腔镜的尖端放置在靠近Calot三角的位置。

脚注
缩写：FC =荧光胆管造影，ICG =吲哚青绿，LC =腹腔镜胆囊切除术，CyD =胆囊管，CHD =肝总管，BMI =体重指数，LS =腹腔镜荧光系统，OS =开放手术荧光成像系统，FI =荧光强度。

参考：
Techniques of Fluorescence Cholangiography During Laparoscopic Cholecystectomy for Better Delineation of the Bile Duct Anatomy
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