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数字化三维重建技术在妇科疑难手术中的应用及展望.doc

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数字化三维重建技术在妇科疑难手术中的应用及展望.doc

数字化三维重建技术在妇科疑难手术中的应用及展望陈春林作者单位南方医科大学南方医院妇科摘要数字化三维重建技术在妇科中的应用刚刚起步,但发展迅速、前景广阔。该文以在体腹盆腔三维模型构建的现状为引导,重点阐述其在恶性肿瘤动脉化疗、良性肿瘤UAE手术中的指导作用,及对妇科疑难疾病如来源不明的盆腔肿物、复发性肿瘤等的术前指导作用,并展望该技术前景。关键词数字化三维重建技术妇科手术AbstractDigitalthreedimensionalreconstructionisanewlyarisingandpotentialhightechnologyemployedinGynecology.Thisarticleaimstoreviewthecurrentstatusofconstructiontechniqueforthreedimensionalabdominopelviccavityinvivomodel,andemphasizeitsguidingroleinarterialchemotherapyformalignancy,uterinearteryembolizationforbenignneoplasm,difficultcaseslikeunknownoriginpelvicmassandrecurrenttumors.Finally,welookintotheprospectoffutureresearch.Keywordsdigitalthreedimensionalreconstructiongynecologysurgery数字化三维重建技术是数字医学中的一项重要技术,它的出现改变了人的思维方式,同时也为临床医学的进一步发展提供了新的理念、新的技术和新的手段1。随着时间的推移,数字化三维重建技术的发展也从最初的基础研究阶段进入了临床应用阶段,目前已应用于心脏、肝胆、骨骼、颅脑等组织器官相关疾病的术前诊断和术前手术评估中,更有先进者应用于疑难手术的术前模拟手术,又称仿真手术。而妇科在此方面的研究刚刚起步,但前景广阔23。本文尝试将数字化三维重建技术在妇科疑难手术的术前评估及仿真手术等方面进行论述,并展望该技术的前景。1患者在体腹盆腔数字化三维可视模型的构建无论是外科手术还是妇科手术,其前提是需要对患者活体进行局部解剖结构的重建。虽然我们在人尸体上获得了详细的解剖学知识,但由于个体上的差异,解剖结构有非常大的差异。某些手术失误和失败的一个重要原因是我们在术前无法对患者的局部解剖进行详细的了解。我们一直希望在术前可以清楚地知道患者的个体化局部解剖结构,目的在于了解其差异,了解各个重要器官和疾病或肿块的关系,并据此进行手术方案的设计和进行术前评估,甚至可以进行仿真手术。数字化三维重建技术的出现有助于实现我们的梦想,使我们看到了曙光4。数字化三维重建技术应用十分广泛,该技术主要是通过计算机技术和图像处理技术,将人体结构数字化,在电脑屏幕上出现一个能够调控的虚拟人体形像。目前该技术已成功应用于肝胆、骨科、妇科、整形外科等。目前在妇科依据腹盆腔的CT或MRI原始数据集,应用三维重建技术可以构建腹主动脉、髂总动脉及其重要分支,下腔静脉、髂总静脉及其重要属支,肾、输尿管、膀胱、子宫、直肠、骨盆等。据此,可以构建患者个体化的在体数字化可视三维腹盆腔解剖结构模型。该模型具有1显示单个器官或多个或全部盆腔重要器官,既可以观察单个器官,又可将两个器官或多个器官或全部器官进行组合观察相互之间的位置关系。2具有可视和旋转功能,可以对所观察的器官进行多角度观察,了解相互之间的位置关系。我们可以根据该模型所显示的内容进行手术方案的设计、术前难度的评估,甚至进行仿真手术图1。2在妇科疑难手术中的应用2.1计算宫颈癌灶的血容量,指导局部晚期宫颈癌的术前动脉化疗在我国,局部晚期宫颈癌患者数量众多、疗效有待提高,其治疗一直是妇科肿瘤学界的难题,进一步提高疗效、提高患者的生存质量是我们的追求。实践证明单一的治疗方法已经被淘汰,多种方法联合的综合治疗越来越显示出强大的优势术前化疗联合手术、术前化疗联合放疗、术前放疗联合手术是治疗局部晚期宫颈癌的有效手段,其中术前动脉化疗占有重要的地位5。既往的动脉化疗中抗癌药物的应用主要是参照静脉化疗,其药量的分配也是手术医师术中依据经验而定,没有考虑到宫颈癌灶血供的特点如双侧子宫动脉对癌灶的供血比例、多条供血动脉中各自所占的比例等67。我们的研究表明局部晚期宫颈癌的供血具有以下特点1动脉供血的复杂性除了双侧子宫动脉参加供血外,髂内动脉的其他分支如阴部内动脉、膀胱动脉等亦参加供血,而子宫动脉主要为下行支供血、部分病例上行支也参与供血。2动脉供血的不均衡性如以子宫颈的中轴线为界将宫颈癌灶分为左右两部分,左右两侧病灶内的血容量是不同的。动脉化疗与静脉化疗最大的优势之一是可以实施定向性化疗,也就是说可以根据病灶的供血动脉进行有计划、有针对性的化疗。数字化三维重建技术的出现使我们可以依据CT或MRI原始数据集对宫颈癌患者癌灶的血供进行可视化三维重建,计算出癌灶的血容量,并可以进一步细分每条供血动脉的血容量,在动脉化疗时据此合理分配抗癌药物,提高疗效图2,3。2.2评估子宫肌瘤等的血供特点,指导UAE手术双侧子宫动脉栓塞术UAE是妇科最常用的介入治疗方法,广泛应用于子宫肌瘤、子宫腺肌病、妇科恶性肿瘤、产后出血等疾病的治疗。顾名思义对子宫动脉及其供血网实施有效栓塞是其精髓。在UAE术中找到子宫动脉开口并将导管有效送入是其关键之一,但是子宫动脉开口的类型复杂,术中显示寻找子宫动脉开口有时要花费较多的时间,同时也意味着医生和患者要承受更多的射线,如果在术前能够明确子宫动脉开口的位置、类型对我们缩短手术时间、减少射线量具有积极的意义。依据CT、MRI原始数据集构建的患者在体数字化三维可视盆腔动脉血管模型,可清楚地观察到子宫动脉开口的位置、类型和管径,并可以计算出子宫动脉开口距重要血管标志的位置如子宫动脉开口居髂内动脉起始部的距离,利用模型的旋转功能确定显示子宫动脉开口的最佳角度,对于指导UAE手术、缩短手术时间具有重要意义。UAE手术的第二个关键是精确有效地栓塞病灶的供血血管网,避免对正常组织的损伤,做到这一点的前提是明确病灶的供血动脉及供血量,既往只能在术中才能明确,既费时间又承受较多的射线。应用患者在体数字化三维可视盆腔动脉血管模型,可以明确病灶的供血动脉,如子宫肌瘤的供血分为单侧供血型、一侧供血为主型、双侧均衡供血型等8。对于单侧供血型只需栓塞供血动脉,非供血动脉可以不栓对于一侧供血为主型,供血动脉栓塞要求严格尽量封闭病灶血管网,而非供血侧可以适度栓塞以减少对正常组织的损伤。对于产后出血的患者,由于产时子宫、卵巢对血供敏感,栓塞时更应保护正常子宫组织及卵巢,因此术前重建患者的盆腔动脉数字化三维模型,对于明确出血血管指导合理栓塞、缩短手术时间具有重要的临床意义图4,5。2.3了解病灶与周围重要器官的关系,对妇科疑难手术进行术前评估由于盆腔内的结构相对复杂,对于一些肿块来源不明、妇科恶性肿瘤复发包块的手术一向是手术的难点,而在腹盆腔淋巴结切除术术中如何避免血管的损伤也是我们需要研究的重点。下面分别举例说明。2.3.1重建不明来源的盆腔肿块数字化三维模型,指导手术操作盆腔肿块尤其是来源不明的盆腔肿块手术一直是妇科手术的难点,既往依靠妇科检查、CT、MRI等手段进行的评估往往无法真实地了解肿块及其与周围组织的关系,其结果在剖腹探查时可能无法将肿瘤全部切除,增加了开关手术的发生率。该类手术的关键是在于搞清楚肿块的来源、血管供应及与周围其他组织器官的关系,尤其是与重要器官如输尿管、膀胱、直肠、大血管的相互关系。而在以往也仅仅是根据相关检查进行推测,无法给出可视的、立体的、结构上的相关关系,即使使用先进如CT、MRI、PPETCT之类的检查也无法达到。而依据CT、MRI原始数据集应用数字化三维重建技术重建的数字化三维可视化模型完全具有可视化、立体化、旋转的功能,可将肿块及其与周围重要器官的关系清楚地显示在我们的面前,方便手术的设计、指导手术的实施910。下面举例说明一患者45岁,因发现盆腔包块3个月来院检查,经超声、CT检查发现盆腔内可及一直径约10cm的盆腔包块,来源不明。入院后依据盆腔CT原始数据集构建数字化三维可视盆腔模型发现肿物血供来源于右侧腹壁下动脉,肿瘤呈不规则形、位于耻骨后膀胱前并延伸至耻骨下方、膀胱受压,而盆腔内子宫的形态正常,考虑肿瘤来源于膀胱。随后的手术证实为膀胱前壁高分化肉瘤图6,7。2.3.2重建子宫肉瘤复发肿块及相关结构的数字化三维模型,对手术难度进行评估对于局限于盆腔复发的妇科恶性肿瘤再次手术的问题一直是妇科的难点,其难度在于无法在术前准确地评估肿瘤与周围器官的关系,尤其是与大血管的关系。而该类患者如能成功手术可以明显延长患者的生存率和生存质量。如1例子宫肉瘤3次手术盆腔复发的患者,经CT检查发现在右侧的骶髂关节处和左侧的闭孔窝分别可及直径5~6cm的肿块。在重建的模型中发现位于右侧骶髂关节处的肿瘤直径5cm,与其下方的髂总动脉、髂总静脉的关系密切位于左侧闭孔窝部位的肿瘤直径5.5cm,与左侧髂内静脉主干、闭孔静脉、闭孔静脉丛以及闭孔神经关系密切图8。经评估左侧闭孔区处的肿瘤手术风险太大,决定改用其他治疗方法。2.3.3重建患者腹盆腔大血管数字化三维模型,指导腹盆腔淋巴结切除术在腹盆腔淋巴结切除术中最大的风险是术中出血,尤其是静脉破裂出血。在该手术中有3个危险的步骤1下腔静脉和髂总静脉的表面有时存在1~2条小的无名属支,在行下腔静脉淋巴结切除时由于术前无法预测容易导致下腔静脉或髂总静脉的局部破裂而导致致死性的大出血,在行腹腔镜手术时更为危险。2在素有虎口之称的髂内外静脉分叉处的出血更为可怕。由于该分叉隐藏在髂动脉血管的后方,即使在手术时我们也无法预知其与髂内外动脉分叉的位置关系,只有完全解剖出来后才能清楚的看到,在寻找髂内外静脉分叉的过程中无疑是非常危险的。3髂外静脉其他的异常属支,髂外静脉有固定的几个属支如位于腹股沟韧带上方的旋髂静脉和旋髂后静脉等,但有时在髂外静脉的中下段存在异常的属支,而且该属支自髂外静脉后壁发出,一旦破裂修补非常困难。我们应用数字化三维重建技术可清楚地构建出腹盆腔的大血管模型,该模型能清楚地显示腹主动脉及其分支、下腔静脉及其属支情况,利用该模型的旋转功能可以更加清楚地观察各分支和属支的分布情况包括正常和异常的,同时通过旋转功能可以清楚观察到髂内外动脉分叉和髂内外静脉分叉的情况,可以测量髂内外静脉分叉距离髂内外动脉分叉的距离,进而根据髂内外动脉分叉的位置指导术中寻找髂内外静脉分叉,降低手术难度,减少并发症的发生图91112。3展望数字化三维重建技术是一个新兴的学科,她与传统的学科相交叉、相互融合产生新的理念、新的技术、甚至新的学科。其在妇科中的应用也是刚刚开始、崭露头角,我们不能也无法预测她的前景,但是毫无疑问的是从其在航天等专业的发展成果和仅仅从目前在妇科学中的发展趋势和应用来看前景是非常光明的,她必将如生殖技术、内镜技术、介入技术等先进的技术一样对妇科学的发展产生巨大的影响。从目前来看,我们迫切需要尽快建立各种妇科疾病的数字化三维重建技术数据集,构建相关解剖、疾病的数字化三维可视化模型,为进一步建立妇科疾病的生理模型、病理模型、仿真手术模型打好基础。参考文献1钟世镇,原林,黄文华,等.物理医学与数字化虚拟人体的实践前景J.中国临床康复,2003,161214.2CazalasG,SarranA,AmabileN,etal.Comparisonof64MDCTcoronaryCTAandcoronaryangiographyinthedetectionofcoronaryarterystenosisinlowriskpatientswithstableanginaandacutecoronarysyndromeJ.JRadiol,2009,909110551066.3陈春林,宋小磊,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