Компьютерная трехмерная визуализация в лечении местнораспространенного рака щитовидной железы

Резюме

При диагностике и лечении местнораспространенного рака щитовидной железы применение компьютерной трехмерной реконструкции может предоставить дополнительную информацию об объеме опухоли и анатомических характеристиках, тем самым помогая в оценке риска и планировании хирургического вмешательства.

Аннотация

Диагностика и лечение местнораспространенной карциномы щитовидной железы являются сложной задачей. Сложность заключается в оценке объема опухоли и составлении индивидуального плана лечения. Трехмерная (3D) визуализация имеет широкий спектр применения в области медицины, хотя ее применение при раке щитовидной железы ограничено. Ранее мы применяли 3D-визуализацию для диагностики и лечения рака щитовидной железы. Благодаря сбору данных, 3D-моделированию и предоперационной оценке мы можем получить 3D-информацию о контуре опухоли, определить степень инвазии опухоли и провести адекватную предоперационную подготовку и оценку хирургического риска. Данное исследование было направлено на демонстрацию возможности 3D-визуализации при местнораспространенном раке щитовидной железы. Компьютерная 3D-визуализация может быть эффективным методом для точной предоперационной оценки, разработки хирургических методов, сокращения времени операции и снижения хирургических рисков. Кроме того, это может способствовать медицинскому образованию и общению между врачом и пациентом. Мы считаем, что применение технологии 3D-визуализации может улучшить результаты и качество жизни пациентов с местнораспространенным раком щитовидной железы.

Введение

Рак щитовидной железы является седьмым по распространенности злокачественным новообразованием^{в Китае1}, а хирургическое вмешательство является наиболее важным методом лечения ^2,3. Полная резекция опухоли тесно связана с высокими показателями выживаемости и хорошим качеством жизни у пациентов с местнораспространенным раком щитовидной железы ^3,4; Однако этот вид резекции является сложным. Шея содержит важные органы и ткани, такие как трахея, пищевод и общая сонная артерия. Резекция при распространенном раке щитовидной железы является еще более рискованной и сложной, учитывая близость таких опухолей к важным органам и крупным кровеносным сосудам в области шеи и средостения ^5,6. Таким образом, необходимо адекватное предоперационное обследование.

В настоящее время компьютерная томография (КТ), магнитно-резонансная томография (МРТ) и цветная допплерография УЗИ, которые широко используются в клинических условиях, обеспечивают двумерное (2D) изображение, что ограничивает оценку объема, границ и взаимоотношений опухоли с важными окружающими структурами ^7,8. Требуется значительный клинический опыт и эффективные методы проб и ошибок, прежде чем хирурги смогут переводить 2D-изображения в 3D-пространство. Компьютерная 3D-визуализация может использовать 2D-визуализацию для создания более интуитивно понятной 3D-модели, которую можно использовать для предоперационного планирования и выбора плана лечения, тем самым делая общение между врачом и пациентом более интуитивно понятным и уменьшая разногласия между врачом и пациентом. Несмотря на то, что модель обеспечивает 3D-визуализацию, она неосязаема. Эта предоперационная оценка и подготовка под 3D-контролем могут сократить время операции и снизить хирургические риски. 3D-подход широко используется в гепатобилиарной хирургии, ортопедии, челюстно-лицевой хирургии ^9,10. При раке щитовидной железы 3D-визуализация в настоящее время используется для помощи в ультразвуковой диагностике и при составлении хирургических планов 11,12,13,14,15.

Поэтому мы считаем, что 3D-визуализация может быть удобно применена для диагностики и лечения местнораспространенного рака щитовидной железы. Этот метод визуализации включает в себя получение КТ, компьютерное 3D-моделирование и предоперационную оценку с использованием 3D-моделей. 3D-модели могут быть использованы для определения хирургических трудностей, хирургических рисков и потенциального послеоперационного функционального состояния. Хирурги могут участвовать в детальной коммуникации между врачом и пациентом, формулировании плана хирургического вмешательства и соответствующей хирургической подготовке¹⁶. Кроме того, этот метод может обеспечить адекватную предоперационную оценку пациентов, снизить хирургические риски и повысить удовлетворенность пациентов без увеличения травматизации пациента.

протокол

Данный протокол исследования был одобрен Комитетом по этике Сычуаньской онкологической больницы (дата утверждения: 27 сентября 2019 г.). Все процедуры с участием людей были проведены в соответствии с этическими стандартами институциональных и национальных исследовательских комитетов, а также Хельсинкской декларации 1964 года и последующими поправками к ней. Перед операцией от всех пациентов было получено письменное информированное согласие.

1. Критерии включения и исключения

1. Включать пациентов, если (1) у них патологически подтвержденный рак щитовидной железы и требуется хирургическое лечение; (2) они имеют обширную локальную опухолевую инфильтрацию, такую как T3-T4 (Американский объединенный комитет по раку TNM стадии, восьмое издание), или если метастатические поражения проникли в важные структуры, такие как трахея, пищевод и крупные сосуды; (3) они и члены их семей добровольно участвуют в компьютерной 3D-визуализации; и (4) у них не было противопоказаний к анестезии.
2. Исключить пациентов, если они не проходят хирургическое лечение.

2. Получение изображений

1. Получение четких и усиленных изображений КТ (включая венозную и артериальную фазы) пациентов с помощью 256-слойной спиральной компьютерной томографии. Параметры сканирования: 120 кВ, 120 мА, матрица 512 x 512, толщина слоя 0,625 мм, порог 150 HU и задержка артериального сканирования 10-20 с.
2. Получение данных сканирования из системы компьютерной томографии в формате DICOM.

3. Компьютерное 3D-моделирование

1. Импортируйте данные в программное обеспечение для 3D-визуализации (рис. 1A).
   1. Нажмите на кнопку « Открыть », чтобы выбрать документ, содержащий данные пациента в формате DICOM. Импортируйте данные в программное обеспечение.
   2. Обработайте данные для гауссовского сглаживания, если исходные данные содержат много шума на изображении (рис. 1B). Выделите данные правой кнопкой мыши, а затем нажмите на кнопку Gaussian Smoothing .
2. Реконструировать различные структуры в целевой области (грудь и шея) по отдельности.
   1. Выберите различные модели (например, кожа и кости) в программном обеспечении в соответствии со структурой, которую необходимо реконструировать (рис. 2A).
   2. Задайте Цвет, Максимальный порог и Минимальный порог на основе реконструированной структуры на КТ (Рисунок 2B). Установите разные пороги для кости и кожи. Отрегулируйте верхний и нижний пороги в зависимости от наблюдаемого эффекта предварительного просмотра (рис. 2C).
   3. Нажмите на кнопку Расчет , чтобы завершить предварительную реконструкцию 3D-модели (Рисунок 2D).
3. Изменение сегментированных данных.
   1. После того, как получены данные сегментации таких структур, как кровеносные сосуды, кожа и кости (рис. 3A-C), используйте кнопку Алгоритм сглаживания, чтобы оптимизировать сегментированные данные и убедиться, что реконструированные пилообразные края соответствуют реальной ткани.
   2. Затем используйте кнопку «Навигация в один клик », чтобы найти 2D- и 3D-изображения (рис. 3D) и определить, был ли эффект сегментации точным. Используйте инструмент « Перо » или «Кисть », чтобы исправить неправильные слои (рис. 3E).
      ПРИМЕЧАНИЕ: 3D-моделирование осуществляется после получения данных сегментации всех конструкций.

4. Предоперационное обследование

1. Посмотрите на 3D-модель и обратите пристальное внимание на объем и расположение опухоли, а также на взаимосвязи между опухолью и соседними тканями с помощью функций «Увеличение», «Вращение», «Прозрачность тканей» и «Разделение», а также комбинации различных структур. Например, наблюдайте за степенью опухолевой инвазии в общую сонную артерию, пищевод и трахею.
2. Определить объем хирургической резекции, степень функциональных нарушений после резекции и план послеоперационной адъювантной терапии на основе оценки 3D-модели. Внедрите эффективную и интуитивно понятную коммуникацию между врачом и пациентом, чтобы оправдать ожидания пациента и объяснить план лечения хирурга.

5. Хирургия

1. Удаление опухоли в соответствии с предоперационным планом и интраоперационными наблюдениями опухоли и пораженных жизненно важных органов.
2. Проведение операции по уменьшению опухоли с интраоперационной маркировкой для послеоперационной адъювантной терапии при отсутствии плана репарации.
3. Устранять дефекты, вызванные резекцией, и при необходимости выполнять функциональную реконструкцию на основании оперативного плана и интраоперационной ситуации.

Результаты

С декабря 2017 года по июль 2021 года 3D-моделирование было проведено 23 пациентам с местнораспространенным раком щитовидной железы. Из этих 23 пациентов 4 были исключены из операции из-за хирургического риска, а остальные 19 пациентов были прооперированы по 3D-моделированию (табл. 1). У ?...

Обсуждение

При рецидивирующей и метастатической дифференцированной карциноме щитовидной железы (ДТК) по-прежнему предпочтительно хирургическое лечение¹⁷. 5-летняя выживаемость пациентов с ДТК и резекцией R0 составляет 94,4%, что значительно выше, чем у пациентов с резекцией R1 (67,9 %)

Материалы

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