计算机辅助三维可视化治疗局部晚期甲状腺癌

摘要

在诊断和治疗局部晚期甲状腺癌时，计算机辅助三维重建的应用可以提供有关肿瘤范围和解剖特征的额外信息，从而协助风险评估和手术计划。

摘要

局部晚期甲状腺癌的诊断和治疗具有挑战性。挑战在于肿瘤范围的评估和个体化治疗计划的制定。三维（3D）可视化在医学领域有着广泛的应用，尽管在甲状腺癌中的应用有限。我们之前将 3D 可视化应用于甲状腺癌的诊断和治疗。通过数据收集、3D建模和术前评估，我们可以获得有关肿瘤轮廓的3D信息，确定肿瘤浸润的程度，并进行充分的术前准备和手术风险评估。本研究旨在证明 3D 可视化在局部晚期甲状腺癌中的可行性。计算机辅助三维可视化是准确的术前评估、开发手术方法、缩短手术时间、降低手术风险的有效方法。此外，它还有助于医学教育和医患沟通。我们相信，3D可视化技术的应用可以改善局部晚期甲状腺癌患者的预后和生活质量。

引言

甲状腺癌是中国第七大常见恶性肿瘤¹，手术是最重要的治疗方法^2,3。肿瘤完全切除与局部晚期甲状腺癌患者的高生存率和良好的生活质量密切相关 ^3,4;然而，这种类型的切除术具有挑战性。颈部包含重要的器官和组织，如气管、食道和颈总动脉。晚期甲状腺癌的切除风险更大，难度更大，因为这些肿瘤靠近颈部和纵隔的重要器官和大血管^5,6。因此，充分的术前评估是必要的。

目前，在临床环境中广泛使用的计算机断层扫描 （CT）、磁共振 （MRI） 和彩色多普勒超声提供了二维 （2D） 视图，这限制了对肿瘤体积、边界以及与重要周围结构的关系的评估 ^7,8。在外科医生将 2D 图像转换为 3D 空间之前，需要丰富的临床经验和有效的试错。计算机辅助3D可视化可以利用2D成像创建更直观的3D模型，可用于术前规划和治疗方案选择，从而使医患沟通更加直观，减少医患分歧。尽管该模型提供了 3D 可视化，但它是无形的。这种 3D 引导的术前评估和准备可以缩短手术时间并降低手术风险。3D 方法已广泛用于肝胆外科、骨科以及口腔颌面外科 ^9,10。在甲状腺癌中，3D可视化目前用于辅助超声诊断和手术计划的制定11,12,13,14,15。

因此，我们认为3D可视化可以方便地应用于局部晚期甲状腺癌的诊断和治疗。这种可视化方法包括 CT 采集、计算机辅助 3D 建模和使用 3D 模型的术前评估。3D 模型可用于确定手术难度、手术风险和潜在的术后功能状态。外科医生可以进行详细的医患沟通、制定手术计划以及相应的手术准备¹⁶.此外，这种方法可以在不增加患者创伤的情况下对患者进行充分的术前评估，降低手术风险并提高患者满意度。

研究方案

本研究方案经四川省肿瘤医院伦理委员会批准（批准日期:2019年9月27日）。所有涉及人类参与者的程序都是根据机构和国家研究委员会的道德标准以及 1964 年赫尔辛基宣言及其后来的修正案进行的。术前获得所有患者的书面知情同意书。

1. 纳入和排除标准

1. 如果出现以下情况，则纳入患者:（1） 他们患有经病理证实的甲状腺癌并需要手术治疗;（2）局部肿瘤浸润广泛，如T3-T4（美国癌症联合委员会TNM分期，第八版），或转移性病灶侵犯气管、食管、大血管等重要结构;（3）他们及其家庭成员自愿参加计算机辅助三维可视化;（4）他们没有麻醉禁忌症。
2. 如果患者未接受手术治疗，则将其排除在外。

2. 影像采集

1. 使用 256 层螺旋 CT 系统获得患者的平片和增强 CT（包括静脉期和动脉期）图像。扫描参数如下:120 kV、120 mA、512 x 512 矩阵、0.625 mm 层厚、150 HU 阈值和 10-20 s 动脉扫描延迟。
2. 以DICOM格式从CT系统获取扫描数据。

3. 计算机辅助3D建模

1. 将数据导入3D可视化软件（图1A）。
   1. 单击 "打开 "按钮以选择包含DICOM格式的患者数据的文档。将数据导入软件。
   2. 如果原始数据包含大量图像噪声，则处理数据以进行高斯平滑（图1B）。用鼠标右键单击数据，然后单击 "高斯平滑" 按钮。
2. 分别重建目标区域（胸部和颈部）的不同结构。
   1. 根据要重建的结构，在软件中选择 不同的模型 （例如，皮肤和骨骼）（图2A）。
   2. 根据CT上的重建结构设置 颜色， 最大阈值和 最小阈值 （图2B）。为骨骼和皮肤设置不同的阈值。根据观察到的预览效果调整上限和下限阈值（图2C）。
   3. 单击 "计算 "按钮以完成初步的3D模型重建（图2D）。
3. 修改分段数据。
   1. 获得血管、皮肤和骨骼等结构的分割数据后（图3A-C），使用"平滑算法"按钮优化分割数据，并确保重建的锯齿边缘与真实组织相匹配。
   2. 然后，使用 一键导航 按钮定位2D和3D图像（图3D），并确定分割效果是否准确。使用 钢 笔或 画笔 工具修复不正确的图层（图3E）。
      注:3D建模是在获得所有结构的分割数据后实现的。

4.术前评估

1. 查看 3D 模型，并使用放大、旋转、组织透明度和分离功能以及各种结构的组合密切关注肿瘤体积和位置以及肿瘤与邻近组织之间的关系。例如，观察颈总动脉、食管和气管中肿瘤的浸润程度。
2. 根据3D模型评估确定手术切除范围、切除后功能障碍程度、术后辅助治疗方案。实施有效和直观的医患沟通，以满足患者的期望并解释外科医生的治疗计划。

5. 手术

1. 根据术前计划和术中观察肿瘤和受影响的重要器官切除肿瘤。
2. 在没有修复计划的情况下，进行术中标记的术后辅助治疗的肿瘤缩小手术。
3. 修复切除引起的缺损，并根据手术计划和术中情况进行必要的功能重建。

结果

2017 年 12 月至 2021 年 7 月，23 例局部晚期甲状腺癌患者接受了 3D 建模。在这 23 例患者中，4 例因手术风险而被排除在手术之外，其余 19 例患者在 3D 建模后接受手术治疗（表 1）。所有 19 例患者均患有局部晚期甲状腺癌，其中 14 例为初始诊断，16 例为不同程度的呼吸困难，18 例为颈部大肿瘤（原发性甲状腺肿瘤或转移性淋巴结）已侵入周围组织。术后病理评估显示，11例患者为分化?...

讨论

对于复发性和转移性分化型甲状腺癌 （DTC），手术治疗仍是首选¹⁷.DTC 和 R0 切除术患者的 5 年疾病特异性生存率为 94.4%，显著高于 R1 切除术患者的 67.9 %²。实现颈部疾病控制对于提高患者的生活质量和疾病特异性生存率至关重要⁴.甲状腺髓样癌主要通过手术治疗。因此，肿瘤完全切除在分化型甲状腺髓样癌¹⁸中具有重要意义。...

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Brilliance 256-layer spiral CT system	Philips Healthcare, Andover, MA, USA	N/A	Used for plain and enhanced CT imaging
3D-Matic digital medical software application	Anhui King Star Digital S&T Co. Ltd.	N/A	Used for computer-aided 3D visualization reconstruction