陳勝男 何靜 王菲菲 王鳳嬌 楊霞 劉紅 夏楠 郝希偉 董蒨,

(青島大學(xué)附屬醫(yī)院,山東 青島 266003 1 小兒外科;2 數(shù)字醫(yī)學(xué)與計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)

Hisense計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)系統(tǒng)(CAS)由胸肺模塊以及其他模塊兩個操作模塊組成,其彌補(bǔ)了傳統(tǒng)CT、MRI二維影像的不足,把傳統(tǒng)增強(qiáng)CT圖像導(dǎo)入系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)個體化的病灶與器官三維重建,可清晰立體顯示病灶大小、位置及周圍血管的空間毗鄰關(guān)系,了解血管走行及解剖變異,通過虛擬病灶切除,確定最佳手術(shù)邊界,制定相應(yīng)的手術(shù)方案,以便盡可能多的保留剩余功能性組織［1-2］。本研究回顧性分析我院2016年3月—2022年10月采用Hisense CAS進(jìn)行三維重建并實(shí)施個體化手術(shù)的患兒,探討該系統(tǒng)及三維重建技術(shù)在小兒外科疾病手術(shù)治療中的應(yīng)用及意義。

1 資料與方法

1.1 一般資料

收集2016年3月—2022年10月間于我院使用Hisense CAS行術(shù)前三維重建的患兒的臨床資料。患兒納入標(biāo)準(zhǔn)：①病灶位置與周圍組織、器官毗鄰關(guān)系復(fù)雜者;②病灶緊鄰主要血管,二維圖像無法準(zhǔn)確評估手術(shù)可行性者;③病灶體積較大,二維圖像上與周圍組織、器官分界不清者。排除標(biāo)準(zhǔn)：①病灶體積小,與周圍組織界限清晰者;②依據(jù)傳統(tǒng)二維圖像可以進(jìn)行術(shù)前評估者。

1.2 Hisense CAS的應(yīng)用

1.2.1圖像三維重建、規(guī)劃手術(shù)方案設(shè)計(jì)及手術(shù)模擬 采用CT對病灶進(jìn)行動脈期、延遲期及靜脈期增強(qiáng)掃描,掃描數(shù)據(jù)以DICOM格式文件輸出并刻盤存儲。使用影像儲存?zhèn)鬏斚到y(tǒng)抓取患兒DICOM格式的增強(qiáng)CT影像數(shù)據(jù),將數(shù)據(jù)加載至Hisense CAS后進(jìn)行三維重建。三維重建大致分為以下幾類：①胸部疾?。菏褂脠D像分割算法對患者的肺、支氣管、肺動脈、肺靜脈及病灶精準(zhǔn)分割,通過系統(tǒng)提供的交互工具可實(shí)現(xiàn)局部分割結(jié)果的微調(diào);重建后的圖像可清晰地辨別肺結(jié)節(jié)所在位置(包括肺葉、肺段、亞段)及結(jié)節(jié)大小,以及肺動脈和肺靜脈走行、肺部血管與結(jié)節(jié)的位置關(guān)系等。②腹部疾?。菏褂萌斯ぶ悄芗皥D像分割算法實(shí)現(xiàn)對患者腹腔臟器(肝、膽、胰、脾、腎)、血管及病灶的精準(zhǔn)分割,分割結(jié)果通過透明掩膜方式附加在原始影像數(shù)據(jù)上對比驗(yàn)證,并可進(jìn)行局部微調(diào);重建后可直觀地觀察病灶大小、所在位置及其與周圍血管和臟器的關(guān)系;模擬切除后還可計(jì)算出剩余正常組織體積,從而判斷手術(shù)可行性。③盆腔疾?。簣D像分割算法亦可實(shí)現(xiàn)對患兒骨盆及其內(nèi)卵巢、輸卵管、子宮、膀胱等臟器及血管和病灶的精準(zhǔn)分割;分割結(jié)果結(jié)合像素間距、層間距等影像學(xué)掃描參數(shù),確定血管生成范圍,通過識別敏感度進(jìn)行調(diào)整,將病灶的二維影像學(xué)資料重建為三維可視化模型。

1.2.2依據(jù)Hisense CAS三維重建圖像評估患兒治療方案 由至少2位主治及以上級別醫(yī)生,依據(jù)三維圖像及模擬手術(shù)切除后正常組織剩余體積評估患兒能否行一期手術(shù),可行一期手術(shù)患兒進(jìn)一步規(guī)劃手術(shù)方案。如遇神經(jīng)母細(xì)胞瘤、肝母細(xì)胞瘤和腎母細(xì)胞瘤等化療敏感腫瘤且不宜行一期手術(shù)的患兒,則化療后再次評估。同時(shí)收集患兒性別、疾病類型、手術(shù)方式、三維重建圖像資料及術(shù)后隨訪結(jié)果。

2 結(jié) 果

2.1 Hisense CAS在胸部疾病外科手術(shù)治療中的應(yīng)用

323例患兒中,病灶位于胸部者28例,其中男、女各14例。縱隔腫瘤9例,神經(jīng)母細(xì)胞瘤8例,畸胎瘤7例,間葉腫瘤4例。通過Hisense CAS術(shù)前研判11例行開放手術(shù),17例行胸腔鏡手術(shù)。25例患兒可行一期手術(shù),包括神經(jīng)母細(xì)胞瘤5例［模擬切除腫瘤體積59.23(33.62,69.25)mm3］,畸胎瘤7例［模擬切除腫瘤體積61.34(49.46,78.62)mm3］,胸腔間葉腫瘤4例［模擬切除腫瘤體積48.47(31.32,52.86)mm3］,縱隔腫瘤9例［模擬切除腫瘤體積為64.62(51.27,69.63)mm3］。3例神經(jīng)母細(xì)胞瘤患兒需化療后再評估手術(shù)可行性。28例患兒中6例失訪,22例患兒生存良好,無明顯術(shù)后并發(fā)癥。

其中1例胸腔腫瘤患兒,腫瘤位于左肺上葉尖后段,術(shù)中所見與術(shù)前三維重建圖像一致,腫瘤與所在肺段的肺動脈緊密相連,依據(jù)術(shù)前規(guī)劃的手術(shù)方案,對腫瘤進(jìn)行精準(zhǔn)切除,未損傷毗鄰血管及組織,患兒隨訪至今預(yù)后良好。見圖1、視頻1(見文后二維碼)。

A：胸腔腫瘤二維圖像,B：胸腔腫瘤三維重建圖像,C：胸腔腫瘤模擬切除圖像;a：胸腔腫瘤組織,b：模擬切除腫瘤組織

2.2 Hisense CAS在腹部疾病外科手術(shù)治療中的應(yīng)用

323例患兒中,病灶位于腹部者282例,其中男125例,女157例。先天性膽總管擴(kuò)張87例［模擬切除病灶體積194.25(185.32,202.92)mm3］,肝母細(xì)胞瘤62例［模擬切除腫瘤體積為52.54(48.34,57.52)mm3］,神經(jīng)母細(xì)胞瘤36例［模擬切除腫瘤體積47.32(43.62,52.85)mm3］,畸胎瘤23例［模擬切除腫瘤體積43.65(38.36,47.68)mm3］,腹膜后腫物20例［模擬切除腫瘤體積為36.23(33.42,39.28)mm3］,腎母細(xì)胞瘤16例［模擬切除腫瘤體積36.45(33.68,39.84)mm3］,腎上腺腫物10例［模擬切除病灶體積21.26(18.38,24.26)mm3］,腎積水9例［模擬切除病灶體積24.63(15.94,27.62)mm3］,胰腺腫物共6例［模擬切除病灶體積43.16(39.75,46.34)mm3］,腎臟腫物共5例［模擬切除病灶體積33.67(30.14,35.36)mm3］,腹部間葉腫瘤為4例［模擬切除腫瘤體積31.34(29.68,33.86)mm3］,肝臟良性腫瘤4例［模擬切除腫瘤體積為45.46(42.16,48.58)mm3］。據(jù)術(shù)前Hisense CAS圖像,248例患兒可行一期手術(shù),34例患兒需化療后再次評估手術(shù)可行性。282例患兒中,有132例行開放手術(shù),139例行腹腔鏡手術(shù),8例腹腔鏡手術(shù)中轉(zhuǎn)開放手術(shù),3例行達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)。282例患兒中28例失訪,1例腎母細(xì)胞瘤患兒術(shù)后出現(xiàn)腸梗阻,二次手術(shù)后患兒恢復(fù)良好,其余253例患兒無明顯術(shù)后并發(fā)癥,預(yù)后良好。

其中1例胰母細(xì)胞瘤患兒,術(shù)前評估后擬行胰體尾及腫瘤切除+脾切除自體移植+右肝轉(zhuǎn)移瘤切除術(shù)。術(shù)中所見與術(shù)前三維重建基本一致,腫瘤與脾臟、胃、橫結(jié)腸、空腸、大網(wǎng)膜粘連緊密,脾血管被腫瘤包繞,原位腫瘤及轉(zhuǎn)移瘤完整切除,手術(shù)順利。患兒術(shù)后隨訪至今預(yù)后良好。見圖2、視頻2(見文后二維碼)。

A：為胰母細(xì)胞瘤二維圖像,B：為三維重建圖像,C為模擬切除圖像;a：腫瘤,b：右肝轉(zhuǎn)移灶,c：模擬切除腫瘤,d：門靜脈

2.3 Hisense CAS在盆腔疾病外科手術(shù)治療中的應(yīng)用

所有患兒中病灶位于盆腔者13例,男7例,女6例。其中卵巢腫瘤5例［模擬切除腫瘤體積48.64(39.25,53.62)mm3］,畸胎瘤3例［模擬切除腫瘤體積49.52(41.27,57.82)mm3］,盆腔間葉腫瘤為3例［模擬切除腫瘤體積37.87(28.92,42.69)mm3］,神經(jīng)母細(xì)胞瘤2例(模擬切除腫瘤體積62.34 mm3)。

通過Hisense CAS術(shù)前研判,13例患兒均可行一期手術(shù)切除。最終行開放手術(shù)切除病灶者5例,行腔鏡手術(shù)者8例。13例患兒中2例失訪,其余11例患兒無明顯術(shù)后并發(fā)癥,生存良好。

其中1例患兒為雙側(cè)卵巢畸胎瘤,腫瘤位于雙側(cè)卵巢,由于瘤體巨大,已超出盆腔范圍,與膀胱、腎臟及脾臟毗鄰,與腹主動脈及腸系膜上靜脈位置關(guān)系緊密。術(shù)前依據(jù)三維重建圖像進(jìn)行了全面的評估,按照術(shù)前規(guī)劃方案手術(shù)成功實(shí)施,患兒術(shù)后恢復(fù)良好,無術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生。見圖3、視頻3(見文后二維碼)。

A：為雙側(cè)卵巢畸胎瘤二維圖像;B：為三維重建圖像;C為模擬切除圖像;a：腫瘤,b：模擬切除腫瘤,c：腎臟,d：腹主動脈,e：腸系膜上靜脈

3 討 論

影像學(xué)早期評估疾病病灶的方法主要有彩色超聲、CT及MRI等,這些影像均為二維圖像。近年來,高分辨CT三維重建及三維打印技術(shù)逐漸在臨床上得到廣泛應(yīng)用。Hisense CAS是在國家十二五支撐計(jì)劃課題支持下,以增強(qiáng)CT影像為基礎(chǔ)進(jìn)行深度數(shù)據(jù)挖掘,精確還原胸、腹、盆腔內(nèi)器官及周圍脈管等情況的手術(shù)系統(tǒng),是輔助醫(yī)生術(shù)前判斷手術(shù)可行性、術(shù)中參考及術(shù)后評估的精準(zhǔn)外科手術(shù)解決方案［1-2］。三維重建后的影像圖像清晰,能夠精確還原腫瘤與內(nèi)臟、血管等結(jié)構(gòu)的三維立體關(guān)系,了解血管走行及解剖變異。通過病灶的虛擬切除,可以在術(shù)前確定最佳的手術(shù)邊界并制定最合理的手術(shù)方案,以確保最大化保留功能性組織,促進(jìn)患者更快恢復(fù)［3-4］。此技術(shù)在兒童［5-7］及成人［8-10］外科手術(shù)中均應(yīng)用,使各類疾病的術(shù)前診斷及手術(shù)規(guī)劃較之前更為直觀科學(xué)。

本研究中8例胸部神經(jīng)母細(xì)胞瘤患兒分別根據(jù)二維CT檢查圖像和三維重建圖像判斷是否可行一期切除,其中2例患兒因腫瘤較大,增強(qiáng)CT結(jié)果顯示腫瘤緊鄰胸主動脈,但三維重建結(jié)果顯示腫瘤并未完全侵犯胸主動脈或其他重要血管,具有手術(shù)可行性［11］。本團(tuán)隊(duì)之前研究結(jié)果顯示,瘤體距離主要血管<1 cm也可積極行根治術(shù)治療［12］?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)發(fā)展使得外科手術(shù)迎來了從依靠二維影像規(guī)劃手術(shù)到三維立體研判、精準(zhǔn)進(jìn)行術(shù)前模擬及術(shù)中導(dǎo)航的新時(shí)代［13-15］。

近30年來,盡管兒童惡性腫瘤的預(yù)后已得到極大改善,但腫瘤仍是除意外傷害以外導(dǎo)致兒童死亡的第2大常見原因［16］。腫瘤是否突出包膜,鄰近血管、器官和組織是否被浸潤,有無局部及區(qū)域性淋巴結(jié)腫大等問題在三維重建技術(shù)出現(xiàn)以前大多只能在術(shù)中明確［17］。本研究中,多例病例因瘤體巨大導(dǎo)致腫瘤與周圍組織緊密相連或包繞重要血管,術(shù)前精準(zhǔn)判斷腫瘤與周圍組織及重要血管的位置關(guān)系可以為術(shù)中血管剝離提供保障,并確保腫瘤的完整切除。國外的相關(guān)研究與本研究的結(jié)論一致,CHAUSSY等［18］研究顯示,三維重建圖像可幫助小兒外科醫(yī)生進(jìn)行精準(zhǔn)術(shù)前規(guī)劃,但使用3D Slicer軟件進(jìn)行自動或半自動圖像分割,操作較復(fù)雜,因此難以推廣使用。GRAY等［19］的研究亦證實(shí),基于三維重建圖像進(jìn)行術(shù)前規(guī)劃可以在復(fù)雜的兒科病例中安全精確地進(jìn)行顱面重建,同時(shí)減少了手術(shù)時(shí)間。手術(shù)規(guī)劃和術(shù)前模擬是三維圖像的重要優(yōu)勢,基于三維圖像和模型的手術(shù)規(guī)劃已經(jīng)徹底改變了外科實(shí)踐,越來越多的醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)科正在將這些新興技術(shù)資源納入常規(guī)實(shí)踐中［20-22］。XIU等［23］先前的研究還提出,應(yīng)用Hisense CAS進(jìn)行三維重建,可自動、準(zhǔn)確地計(jì)算出兒童肝血管瘤病例的腫瘤體積、肝臟體積和腫瘤肝臟體積比,且在治療早期階段,傳統(tǒng)二維圖像上未觀察到腫瘤直徑顯著變化,而三維圖像甚至可觀察到腫瘤組織輕微增加的情況。通過計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)系統(tǒng)三維重建圖像進(jìn)行術(shù)前評估及手術(shù)規(guī)劃,能夠使得腫瘤切除更加精準(zhǔn),減少組織損傷,患兒整體預(yù)后較好。本研究中323例患兒術(shù)后有287例獲得隨訪,36例失訪,隨訪時(shí)間為9(2,16)個月。286例患兒均無明顯術(shù)后并發(fā)癥,生存良好,僅1例腎母細(xì)胞瘤患兒術(shù)后出現(xiàn)腸梗阻,二次手術(shù)后患兒恢復(fù)良好。

另外本研究存在一定局限性。首先,本研究使用回顧性研究的方法,數(shù)據(jù)獲取的機(jī)構(gòu)以及方式相對較為單一;其次,本研究隨訪時(shí)間較短,未能從遠(yuǎn)期療效方面評估三維重建技術(shù)在小兒外科手術(shù)中的優(yōu)勢;最后,本研究行手術(shù)治療的患兒解剖結(jié)構(gòu)存在明顯個體差異,較難分辨解剖結(jié)構(gòu)差異對研究結(jié)果產(chǎn)生的影響。

綜上所述,Hisense CAS三維重建技術(shù)的應(yīng)用,可在術(shù)前為醫(yī)生提供包括病灶與周圍組織毗鄰關(guān)系、重要血管變異等有效信息,使得手術(shù)可在相對精準(zhǔn)條件下施行。Hisense CAS在術(shù)前規(guī)劃、術(shù)中操作中具有重要的輔助作用,具有一定臨床應(yīng)用價(jià)值。

視頻1

倫理批準(zhǔn)和知情同意：本研究涉及的所有試驗(yàn)均已通過青島大學(xué)附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會的審核批準(zhǔn)(文件號QYFYWZLL27783)。所有試驗(yàn)過程均遵照《赫爾辛基宣言》的條例進(jìn)行。受試對象或其親屬已經(jīng)簽署知情同意書。

作者聲明：陳勝男、何靜、王菲菲、王鳳嬌、楊霞、劉紅及董蒨參與了研究設(shè)計(jì);陳勝男、王菲菲、王鳳嬌、夏楠、郝希偉及董蒨參與了論文的寫作和修改。所有作者均閱讀并同意發(fā)表該論文。所有作者均聲明不存在利益沖突。