《Frontiers in Physiology》：Digital modeling of the gallbladder for revealing microanatomical features and optimizing surgical approaches in gallbladder-preserving cholelithotomy
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本文通过构建高分辨率（4微米）三维数字胆囊模型，首次系统揭示了胆囊壁内微血管（α、β、γ动脉，δ静脉）与交感神经（TH阳性）的空间分布拓扑，并基于此提出避开关键血管神经的“左侧偏上”最佳手术切口新路径，为胆囊保留性手术（GPC）的精准化与功能保护提供了创新解剖学依据。
引言
胆石症是全球范围内最常见的胃肠道疾病之一，胆囊切除术（Cholecystectomy）长期以来被视为其标准外科治疗方案。手术的关键步骤之一在于准确识别并结扎Calot三角内的胆囊动脉。然而，随着对胆囊功能认识的深化以及胆囊疾病在年轻人群中发病率的上升，胆囊切除术并非适用于所有情况。对于特定病例，胆囊保留取石术（Gallbladder-preserving cholelithotomy, GPC）可能提供更佳的预后。因此，研究如何优化GPC手术路径，避免损伤重要血管和神经，从而最大限度地保护胆囊功能，具有重要意义。其中，构建胆囊的三维生理模型，全面了解胆囊动脉走行、胆囊内部结构及其分支分布和血管密度至关重要。
材料与方法
胆囊组织切片制备：研究选取一名无病理记录的4岁女性意外死亡者的健康胆囊标本。组织经4%多聚甲醛（PFA）固定48小时，通过梯度乙醇脱水，二甲苯透明，石蜡包埋，并连续切片成数百张4微米厚的切片。采用交替分组策略，奇数切片进行苏木精-伊红（H&E）染色以显示血管形态，偶数切片进行抗酪氨酸羟化酶（Tyrosine Hydroxylase, TH）免疫组织化学（IHC）染色以特异性标记交感神经。
切片数字化与图像配准：为建立连续切片间的空间对应关系，采用Python的SimpleITK库进行自动图像配准。使用基于强度的刚性配准算法，以中心切片为参考，进行双向传播配准，确保结构连续性和空间一致性。
数字胆囊模型构建：将配准后的数字化图像导入Mimics 21软件进行三维分割和重建。通过手动分割确保微血管拓扑结构的精确性，并进行形态计量学验证，结果显示测量重复性良好（标准差<均值的10%）。
其他技术：此外，还采用了透射电子显微镜（TEM）观察超微结构，血管铸型技术显示宏观血管分布，并使用ImageJ和GraphPad Prism软件进行血管密度和直径的定量统计分析。
结果
主要胆囊血管走行：通过H&E和TH-IHC染色及三维重建，清晰显示了胆囊的动脉、静脉和交感神经分布。研究发现，胆囊表面胆囊动脉分支分为α和β动脉，分别走行于胆囊两侧。α动脉分支广泛，并与深部的γ分支形成吻合，建立营养供应侧支。单一的δ静脉与α动脉伴行走向胆囊底。交感神经呈弥散分布，无明显的神经束，主要集中于胆囊颈和体部。定量形态分析表明，α动脉是主要动脉干，其近端外径为325.2 ± 14.3 μm，向远端逐渐变细。β动脉相对较小，深部γ分支是最细的血管结构，其最小外径为110.0 ± 37.1 μm。δ静脉的管径与α动脉相近。
微观胆囊结构可视化：血管铸型显示胆囊外周有大量微血管分布，动静脉对密集排列，血管间存在广泛吻合。传统的经胆囊底切口取石术存在损伤微血管和功能神经的风险。本研究的三维重建清晰勾勒出微血管和交感神经网络，并通过血管骨架图进一步明确了主要动脉的走行，特别是β动脉沿胆囊内侧面的路径。基于此拓扑结构，在胆囊体部内侧（朝向胃的一面）识别出一个特定的“安全窗口”，将最佳手术切口策略性地设定在β动脉走行路径远心端（上方）的 medial avascular zone（内侧无血管区）。
胆囊结石病例最佳手术路径评估：对H&E染色切片进行静脉密度定量分析发现，第36-46号切片区域的血管密度最低，动脉面积分数最低值为0.1835%，表明在此区域切口出血风险较低。将该区域细分为α动脉支配区（a1）和β动脉支配区（b1）。区域密度分析显示，a1区的血管密度显著高于b1区。垂直分区比较显示，上段与下段的动脉密度无显著差异，但上段的静脉密度显著低于下段。酪氨酸羟化酶阳性神经定量显示，上段切片交感神经分布更密集，主要与深部γ分支相关，而b1区域的神经密度相对较低。综合以上发现，推荐在胆囊-肝脏交界处偏左侧（b1区域的上部象限）作纵向切口，该区域血管和神经密度均较低，能最大程度减少医源性损伤，保护胆囊的收缩功能。
讨论
尽管腹腔镜胆囊切除术（LC）是胆石症的金标准疗法，但器官切除后可能存在长期后遗症。对于像本研究4岁供体这样的儿科人群，器官保留对于支持长期发育尤为重要。本研究通过数字建模揭示了胆囊周围和壁内的血管模式，为优化GPC提供了精确的解剖学依据。统计分析确认了胆囊上段和左侧b1区域为低血管密度区，且b1区域交感神经分布相对稀疏。α动脉的分支结构及其与深部γ分支的吻合表明其结构优势优于β动脉，从而验证了b1区域上部象限作为最佳切口部位的科学性。与传统胆囊底切口相比，本研究提出的切口路径避开了α动脉与γ分支的吻合区，降低了血管网络受损风险，有利于术后胆囊收缩和吸收功能的恢复。本研究建立的连续切片建模框架未来可应用于病理组织，有助于更精确地描绘组织侵袭模式。未来的研究应利用电子显微镜获取更微观的胆囊血管信息，并结合人工智能（AI）特别是深度学习技术，提高血管和神经结构的识别效率。
局限性
本研究存在若干局限性。首先，三维重建基于单一健康4岁儿童的标本，未能涵盖年龄相关的血管重塑或成人群体中普遍的个体解剖变异。其次，缺乏慢性炎症、纤维化、结石负荷等病理改变下的数据，限制了研究结果在组织结构已发生显著改变的临床病例中的直接适用性。因此，本研究确定的神经血管“安全区”应被视为基于理想拓扑结构的解剖学建议，而非绝对的手术规则。未来需要纳入成人尸体标本和病理样本进行验证。
