국소 진행성 갑상선암 치료에서 컴퓨터 지원 3차원 시각화

요약

국소 진행성 갑상선암을 진단하고 치료할 때 컴퓨터를 이용한 3차원 재구성을 적용하면 종양 범위 및 해부학적 특성에 대한 추가 정보를 제공하여 위험 평가 및 수술 계획을 지원할 수 있습니다.

초록

국소 진행성 갑상선암의 진단과 치료는 까다롭습니다. 문제는 종양 범위를 평가하고 개별화된 치료 계획을 수립하는 데 있습니다. 3차원(3D) 시각화는 의학 분야에서 광범위하게 응용되고 있지만 갑상선암에는 제한적으로 응용되고 있습니다. 우리는 이전에 갑상선암의 진단 및 치료를 위해 3D 시각화를 적용했습니다. 데이터 수집, 3D 모델링 및 수술 전 평가를 통해 종양 개요에 대한 3D 정보를 얻고, 종양 침범 정도를 결정하고, 적절한 수술 전 준비 및 수술 위험 평가를 수행할 수 있습니다. 이 연구는 국소 진행성 갑상선암에서 3D 시각화의 타당성을 입증하는 것을 목표로 했습니다. 컴퓨터 지원 3D 시각화는 정확한 수술 전 평가, 수술 방법 개발, 수술 시간 단축 및 수술 위험 감소를 위한 효과적인 방법이 될 수 있습니다. 또한 의학 교육 및 의사-환자 의사 소통에 기여할 수 있습니다. 우리는 3D 시각화 기술의 적용이 국소 진행성 갑상선암 환자의 결과와 삶의 질을 향상시킬 수 있다고 믿습니다.

서문

갑상선암^{은 중국에서 7}번째로 흔한 악성종양이며1 수술이 가장 중요한 치료 방법이다 ^2,3. 종양의 완전한 절제는 국소 진행성 갑상선암 환자의 높은 생존율과 좋은 삶의 질과 밀접한 관련이 있다 ^3,4; 그러나 이러한 유형의 절제술은 쉽지 않습니다. 목에는 기관, 식도, 총경동맥과 같은 중요한 장기와 조직이 있습니다. 진행성 갑상선암의 절제술은 이러한 종양이 목과 종격동의 중요한 장기와 큰 혈관에 근접해 있다는 점을 고려할 때 훨씬 더 위험하고 어렵다 ^5,6. 따라서 적절한 수술 전 평가가 필요합니다.

현재 임상 환경에서 널리 사용되는 컴퓨터 단층 촬영(CT), 자기 공명(MRI) 및 컬러 도플러 초음파는 2차원(2D) 보기를 제공하여 종양 부피, 경계 및 중요한 주변 구조와의 관계에 대한 평가를 제한합니다 ^7,8. 외과의가 2D 이미지를 3D 공간으로 변환하기 전에 상당한 임상 경험과 효율적인 시행착오가 필요합니다. 컴퓨터 지원 3D 시각화는 2D 이미징을 사용하여 수술 전 계획 및 치료 계획 선택에 사용할 수 있는 보다 직관적인 3D 모델을 생성함으로써 의사-환자 커뮤니케이션을 보다 직관적으로 만들고 의사-환자 의견 불일치를 줄일 수 있습니다. 이 모델은 3D 시각화를 제공하지만 무형입니다. 이 3D 가이드 수술 전 평가 및 준비는 수술 시간을 단축하고 수술 위험을 줄일 수 있습니다. 3D 접근법은 간담도 수술, 정형외과, 구강악안면 수술에서 널리 사용되어 왔다 ^9,10. 갑상선암에서 3D 시각화는 현재 초음파 진단 및 수술 계획 수립을 지원하는 데 사용됩니다 11,12,13,14,15.

따라서 3D 시각화는 국소 진행성 갑상선암의 진단 및 치료에 편리하게 적용될 수 있다고 생각합니다. 이 시각화 방법에는 CT 획득, 컴퓨터 지원 3D 모델링 및 3D 모델을 사용한 수술 전 평가가 포함됩니다. 3D 모델은 수술 난이도, 수술 위험 및 잠재적인 수술 후 기능 상태를 결정하는 데 사용할 수 있습니다. 외과의는 의사-환자 간의 상세한 의사소통, 수술 계획 수립 및 그에 상응하는 수술 준비에 관여할 수 있다¹⁶. 또한 이 방법은 환자에 대한 적절한 수술 전 평가를 제공하고 수술 위험을 줄이며 환자 외상을 증가시키지 않으면서 환자 만족도를 향상시킬 수 있습니다.

프로토콜

이 연구 프로토콜은 쓰촨 암 병원 윤리위원회의 승인을 받았습니다(승인일: 2019년 9월 27일). 인간 참가자와 관련된 모든 절차는 기관 및 국가 연구 위원회의 윤리 기준과 1964년 헬싱키 선언 및 이후 개정 사항에 따라 수행되었습니다. 수술 전에 모든 환자로부터 서면 동의서를 받았습니다.

1. 포함 및 제외 기준

1. (1) 병리학적으로 확인된 갑상선암이 있고 수술적 치료가 필요한 경우 환자를 포함합니다. (2) T3-T4(American Joint Committee on Cancer TNM 병기 결정, 8판)와 같은 광범위한 국소 종양 침윤이 있거나 전이성 병변이 기관, 식도 및 큰 혈관과 같은 중요한 구조를 침범한 경우; (3) 본인과 가족 구성원이 컴퓨터 지원 3D 시각화에 자원합니다. (4) 마취에 대한 금기 사항이 없었다.
2. 외과적 치료를 받지 않은 환자는 제외합니다.

2. 이미징 획득

1. 256층 나선형 CT 시스템을 사용하여 환자의 일반 및 강화 CT(정맥 및 동맥기 포함) 이미지를 얻습니다. 스캐닝 매개변수는 120kV, 120mA, 512 x 512 매트릭스, 0.625mm 층 두께, 150HU 임계값 및 10-20초 동맥 스캔 지연입니다.
2. CT 시스템에서 DICOM 형식으로 스캔 데이터를 얻습니다.

3. 컴퓨터 지원 3D 모델링

1. 데이터를 3D 시각화 소프트웨어로 가져옵니다(그림 1A).
   1. 열기 버튼을 클릭하여 DICOM 형식의 환자 데이터가 포함된 문서를 선택합니다. 데이터를 소프트웨어로 가져옵니다.
   2. 원본 데이터에 이미지 노이즈가 많이 포함된 경우 가우스 평활화를 위해 데이터를 처리합니다(그림 1B). 마우스 오른쪽 버튼으로 데이터를 선택한 다음 Gaussian Smoothing 버튼을 클릭합니다.
2. 목표 부위(가슴과 목)의 다양한 구조물을 개별적으로 재구성합니다.
   1. 다른 모델(예: 피부와 뼈)을 선택합니다(예: 피부와 뼈)를 재구성할 구조에 따라 소프트웨어에서 선택합니다(그림 2A).
   2. CT에서 재구성된 구조를 기반으로 Color(색상), Maximum Threshold(최대 임계값) 및 Minimum Threshold(최소 임계값)를 설정합니다(그림 2B). 뼈와 피부에 대해 서로 다른 임계값을 설정합니다. 관찰된 미리보기 효과에 따라 상한 및 하한 임계값을 조정합니다(그림 2C).
   3. 계산 버튼을 클릭하여 예비 3D 모델 재구성을 완료합니다(그림 2D).
3. 분할된 데이터를 수정합니다.
   1. 혈관, 피부 및 뼈와 같은 구조의 분할 데이터를 얻은 후(그림 3A-C) Smoothing Algorithm 버튼을 사용하여 분할된 데이터를 최적화하고 재구성된 톱니 가장자리가 실제 조직과 일치하는지 확인합니다.
   2. 그런 다음 원클릭 탐색 버튼을 사용하여 2D 및 3D 이미지(그림 3D)를 찾고 분할 효과가 정확한지 확인합니다. 펜 또는 브러시 도구를 사용하여 잘못된 레이어를 수정합니다(그림 3E).
      알림: 3D 모델링은 모든 구조의 분할 데이터를 얻은 후에 이루어집니다.

4. 수술 전 평가

1. 3D 모델을 보고 확대, 회전, 조직 투명도, 분리 기능과 다양한 구조의 조합을 사용하여 종양의 부피와 위치, 종양과 인접 조직 간의 관계에 세심한 주의를 기울입니다. 예를 들어, 총경동맥, 식도, 기관에서 종양 침범 정도를 관찰합니다.
2. 3D 모델 평가를 기반으로 외과적 절제의 범위, 절제 후 기능 장애 정도, 수술 후 보조 치료 계획을 결정합니다. 효과적이고 직관적인 의사-환자 커뮤니케이션을 구현하여 환자의 기대를 충족시키고 외과의의 치료 계획을 설명합니다.

5. 수술

1. 수술 전 계획과 종양 및 영향을 받은 주요 장기에 대한 수술 중 관찰에 따라 종양을 제거합니다.
2. 복구 계획이 없는 경우 수술 후 보조 요법을 위해 수술 중 라벨링으로 종양 감소 수술을 수행합니다.
3. 절제술로 인한 결함을 수리하고, 수술 계획 및 수술 중 상황에 따라 필요에 따라 기능적 재건을 수행합니다.

결과

2017년 12월부터 2021년 7월까지 국소 진행성 갑상선암 환자 23명을 대상으로 3D 모델링을 진행했습니다. 이 23명의 환자 중 4명은 수술 위험성으로 인해 수술 대상에서 제외되었고, 나머지 19명은 3D 모델링에 따른 수술로 치료되었다(표 1). 19명의 환자는 모두 국소 갑상선암을 앓고 있었으며, 이 중 14명은 최초 진단을 받았고, 16명은 호흡곤란의 정도가 다양했으며, 18명은 목에 큰 종양(원발...

토론

재발성 및 전이성 분화 갑상선암(DTC)의 경우 여전히 수술적 치료가 선호된다¹⁷. DTC 및 R0 절제술 환자의 5년 질환별 생존율은 94.4%로 R1 절제술 환자(67.9^%)보다 현저히 높습니다2. 목의 질병 조절은 환자의 삶의 질과 질병별 생존율을 높이는 데 매우 중요하다⁴. 갑상선 수질암은 주로 수술로 치료합니다. 따라서 완전 종양 절제술은 분화 갑상선암과...

자료

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