不同重建閾值對宮頸癌動脈血管網(wǎng)數(shù)字化三維模型的構(gòu)建及血供特點分析的影響.pdf

1、宮頸癌是現(xiàn)代女性常見的惡性腫瘤之一，在全世界，每年大約有52.9萬例新確診病例，在我國每年約有14萬婦女被檢出該病，占全球新發(fā)病例數(shù)的1/3，嚴(yán)重威脅我國婦女的身心健康。局部晚期宮頸癌(LACC)是指具有高危因素的宮頸癌，在廣義上是指ⅠB期～ⅣA期宮頸癌，狹義上指癌灶直徑≥4cm的早期宮頸癌（即ⅠB2期、ⅡA2期）。局部腫瘤巨大和/或?qū)χ苓吔M織廣泛浸潤是其特征，也是其預(yù)后差的主要原因。LACC約占首次就診病例的70％，單純手術(shù)或放療其五

2、年生存率僅有50％左右，如何提高療效是臨床醫(yī)生需要解決的難題之一。2012年NCCN指南指出LACC的推薦治療方法為放療聯(lián)合化療，雖取得一定的療效，但放療引起的嚴(yán)重副反應(yīng)影響著患者的生存質(zhì)量，尤其是對年輕患者。近年來，國內(nèi)外學(xué)者集中于研究術(shù)前使用新輔助化療減小腫瘤體積，從而使腫瘤達(dá)到手術(shù)適應(yīng)癥范圍，增加了LACC的手術(shù)率，具有改善預(yù)后等優(yōu)勢。
　　 動脈化療的操作主要分為兩個部分:(1)髂內(nèi)動脈/子宮動脈的介入插管;(2)抗癌藥

3、物的灌注化療。術(shù)前新輔助動脈化療操作具有相當(dāng)?shù)碾y度，需要受過專業(yè)培訓(xùn)的醫(yī)生才能進(jìn)行操作，其難度之一便是動脈化療介入插管。由于女性盆腔動脈血管網(wǎng)分級復(fù)雜、迂曲多變。對宮頸癌動脈化療患者進(jìn)行介入插管前，需了解癌灶的供血動脈來源，盡量進(jìn)行靶向灌注化療，這對進(jìn)行操作的醫(yī)生來說是挑戰(zhàn)。若進(jìn)行子宮動脈灌注化療聯(lián)合栓塞術(shù)時，則更需要了解癌灶的供血動脈及子宮動脈血管網(wǎng)的供血情況，以超選擇插管并準(zhǔn)確栓塞供血動脈，減少栓塞劑的用量。
　　 經(jīng)過長時

4、間的應(yīng)用實踐后，盡管動脈化療的臨床療效顯著，但國內(nèi)外有學(xué)者發(fā)現(xiàn)仍有部分患者新輔助化療后療效欠佳，考慮除有腫瘤的生物學(xué)特性、抗癌藥物的敏感性等常見因素外，還可能與抗癌藥物在癌灶內(nèi)的合理分布及有效濃度有關(guān)，這兩者與癌灶內(nèi)的血管網(wǎng)密切相關(guān)。由于術(shù)前無法確知癌灶的血供情況，對抗癌藥物的分配往往都以臨床經(jīng)驗為主，存在較大的主觀性和隨意性，影響了療效的進(jìn)一步提高。如果在動脈化療前即能定量計算癌灶內(nèi)的總血管網(wǎng)容積、血流豐富程度及各動脈供血比例等，并據(jù)

5、此在術(shù)前制定相應(yīng)的預(yù)案，用以指導(dǎo)手術(shù)操作和抗癌藥物的合理分配，必將有利于動脈化療的實施和療效的進(jìn)一步提高。
　　 近年來，隨著CT設(shè)備的完善、CT血管成像(CTA)技術(shù)廣泛的臨床應(yīng)用及相關(guān)三維重建軟件的革新，使得宮頸癌動脈血管網(wǎng)數(shù)字化三維模型的構(gòu)建成為可能，在指導(dǎo)宮頸癌的治療上具有廣闊的應(yīng)用前景。宮頸癌動脈血管網(wǎng)數(shù)字化三維模型能夠在術(shù)前重建出女性腹盆腔動脈血管網(wǎng)，幫助醫(yī)生在術(shù)前全面掌握了解盆腔動脈血管情況，利用Mimics三維重

6、建軟件能對血管分叉角度等進(jìn)行測量，更加直觀地指導(dǎo)動脈化療的介入插管，進(jìn)一步減少臨床醫(yī)生和患者所接受的輻射受線率。其次，通過立體分割及定量計算子宮各部分的血管網(wǎng)容積，了解子宮各部分的供血比例，以此來指導(dǎo)抗癌藥物的分配，達(dá)到優(yōu)化使用藥物，提高療效等目的。
　　 重建閾值的調(diào)節(jié)即根據(jù)需要調(diào)節(jié)不同組織的透明度，以此達(dá)到目標(biāo)組織的最佳顯影狀態(tài)的方法。在通過將數(shù)字化三維重建技術(shù)應(yīng)用于構(gòu)建宮頸癌動脈血管網(wǎng)數(shù)字化三維模型的過程中，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用

7、不同的重建閾值進(jìn)行模型構(gòu)建時，腹盆腔大血管的解剖形態(tài)未發(fā)生明顯改變，但宮頸癌子宮動脈血管網(wǎng)的密度則隨重建閾值的降低而增大，上述現(xiàn)象對于宮頸癌子宮動脈血管網(wǎng)血供特點分析的主要影響就在于細(xì)小動脈的顯影程度及對子宮動脈血管網(wǎng)的分割界線的顯示情況。當(dāng)重建閾值越低，血管網(wǎng)內(nèi)細(xì)小動脈的顯影就越容易，更接近于真實狀態(tài)的在體子宮血管網(wǎng)，是模型構(gòu)建的理想狀態(tài)。但是當(dāng)子宮血管網(wǎng)內(nèi)交通支顯影越多，子宮中軸線則越不容易辨識，反而不利于子宮血管網(wǎng)的立體分割而影響

8、了血供特點的分析。因此，對宮頸癌子宮動脈血管網(wǎng)的血供特點研究應(yīng)采用何種重建閾值才能達(dá)到既能構(gòu)建出最豐富的血管網(wǎng)，又能對其血供進(jìn)行分析？應(yīng)采取何種指標(biāo)能夠較為合理地評估宮頸癌子宮動脈血管網(wǎng)的血供特點，才能合理地指導(dǎo)藥物分配。因此需要對不同重建閾值對宮頸癌子宮動脈血管網(wǎng)數(shù)字化三維模型血供特點分析的影響進(jìn)行深入的研究。
　　 綜上，為探討不同重建閾值對宮頸癌動脈血管網(wǎng)數(shù)字化三維模型的構(gòu)建及血供特點分析的影響，尋找構(gòu)建模型的最佳重建閾值

9、及能反映血供特點的穩(wěn)定指標(biāo)，本研究分為兩個部分:第一部分?jǐn)M構(gòu)建一例基于CTA數(shù)據(jù)集的宮頸癌動脈血管網(wǎng)數(shù)字化三維模型并對其腹盆腔動脈走行進(jìn)行觀察研究，對盆腔血管的發(fā)出角度及子宮動脈血管網(wǎng)容積進(jìn)行定量分析;第二部分?jǐn)M構(gòu)建36例在體宮頸癌動脈血管網(wǎng)數(shù)字化三維模型，并比較不同重建閾值對模型血供分析的影響。
　　 第一部分基于CT血管成像的在體宮頸癌動脈血管網(wǎng)數(shù)字化三維模型的構(gòu)建及特點分析
　　 [目的]基于CTA數(shù)據(jù)集構(gòu)建在體宮

10、頸癌動脈血管網(wǎng)數(shù)字化三維模型，并對其模型特點進(jìn)行分析。
　　 [方法]
　　 1.采集一例南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院住院擬行新輔助動脈化療的宮頸癌患者的CTA數(shù)據(jù)集，利用Mimics軟件經(jīng)自動定位圖像、組織圖片、內(nèi)插值處理后閾值增長的方法構(gòu)建其在體動脈血管網(wǎng)數(shù)字化三維模型。
　　 2.利用三維測量工具對模型進(jìn)行各動脈發(fā)出角度的測量，并利用線切割及面切割工具對子宮動脈血管網(wǎng)數(shù)字化三維模型進(jìn)行立體切割，計算子宮及子宮各部分

11、的血管網(wǎng)容積。
　　 3.進(jìn)一步采集該例患者動脈化療中數(shù)字減影血管造影(DSA)圖像后利用Photoshop軟件以宮內(nèi)節(jié)育環(huán)為配準(zhǔn)點進(jìn)行圖像融合配準(zhǔn)，通過比較在體宮頸癌動脈血管網(wǎng)數(shù)字化三維模型與動脈化療術(shù)中DSA配準(zhǔn)圖像的血管走行情況，了解兩者是否具有一致性。
　　 [結(jié)果]
　　 1.宮頸癌動脈血管網(wǎng)數(shù)字化三維模型的特點在本研究中，基于CTA數(shù)據(jù)集，利用Mimics軟件成功地構(gòu)建了一例宮頸癌患者的腹盆腔及子宮動

12、脈血管網(wǎng)數(shù)字化三維模型，其可提供任意角度的旋轉(zhuǎn)、大小的縮放，不僅真實地再現(xiàn)腹盆腔大動脈的走行及分支情況，還可以了解宮頸癌的動脈血管網(wǎng)，觀察其供血動脈來源。
　　 2.在體宮頸癌動脈血管網(wǎng)數(shù)字化三維模型的測量利用Mimics軟件可準(zhǔn)確測量在體宮頸癌動脈血管網(wǎng)數(shù)字化三維模型的動脈分叉角度及子宮各部分的血管網(wǎng)容積。
　　 3.在體宮頸癌動脈血管網(wǎng)數(shù)字化三維模型與DSA對比該患者行新輔助動脈化療時，腹主動脈造影與數(shù)字化三維模型盆

13、腔大血管、子宮動脈DSA造影圖與數(shù)字化三維模型的子宮動脈血管網(wǎng)的形態(tài)學(xué)對比分析可知，所重建的三維模型的圖片與其具有極高的相似性及可比性。
　　 [結(jié)論]
　　 基于CTA的計算機(jī)三維重建技術(shù)可以構(gòu)建出理想的在體宮頸癌動脈血管網(wǎng)數(shù)字化三維模型，以觀察血管走行，并可利用三維軟件測量血管發(fā)出角度與子宮各部分的血管網(wǎng)容積。此外，該模型與DSA有高度的相似性，可由此作為宮頸癌行動脈化療的個性化評估及治療平臺，實現(xiàn)治療個體化。

14、>　　 第二部分不同重建閾值構(gòu)建宮頸癌動脈血管網(wǎng)數(shù)字化三維模型對癌灶血供分析的影響
　　 [目的]擬比較不同閾值的在體宮頸癌動脈血管網(wǎng)數(shù)字化三維模型，了解其供血比例是否一致，從而優(yōu)化在體宮頸癌動脈血管網(wǎng)數(shù)字化三維模型的重建方法，指導(dǎo)動脈化療的臨床應(yīng)用。
　　 [方法]通過采集2012年1月至2012年12月于南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院婦產(chǎn)科住院的宮頸癌患者36例，于動脈化療前行CTA檢查并采集其原始數(shù)據(jù)集，利用Mimics軟

15、件經(jīng)自動定位圖像、組織圖片、內(nèi)插值處理后分別設(shè)定最低重建閾值為80HU、100Hu和120HU，經(jīng)閾值增長的方法構(gòu)建不同重建閾值的在體宮頸癌動脈血管網(wǎng)數(shù)字化三維模型;利用線切割及面切割工具對子宮動脈血管網(wǎng)數(shù)字化三維模型進(jìn)行立體切割，并計算子宮及子宮各部分的血管網(wǎng)容積及供血比例。比較三種不同重建閾值所構(gòu)建的在體宮頸癌動脈血管網(wǎng)數(shù)字化三維模型對血管網(wǎng)容積及供血比例的影響。
　　 [結(jié)果]
　　 1.不同重建閾值在體宮頸癌動脈

16、血管網(wǎng)數(shù)字化三維模型的形態(tài)學(xué)特點分別利用80HU、100HU、120HU三個重建閾值均成功構(gòu)建出在體宮頸癌動脈血管網(wǎng)數(shù)字化三維模型。三種重建閾值不影響其呈現(xiàn)腹盆腔動脈的解剖走行情況。通過觀察模型可知當(dāng)重建閾值降低，構(gòu)建的宮頸癌動脈血管網(wǎng)密度越濃密;重建閾值升高，構(gòu)建的宮頸癌動脈血管網(wǎng)密度越稀疏。120HU重建閾值構(gòu)建的宮頸癌動脈血管網(wǎng)數(shù)字化三維模型能清楚地顯示腹盆腔動脈大血管的走行，故利于觀察子宮動脈開口位置及發(fā)出角度。100HU重建閾

17、值構(gòu)建的宮頸癌動脈血管網(wǎng)數(shù)字化三維模型子宮動脈及其分支顯示清楚，能清楚地顯示子宮血管網(wǎng)中交通支最稀疏之處，利于立體分割。80HU重建閾值構(gòu)建的宮頸癌動脈血管網(wǎng)數(shù)字化三維模型能顯示密集的細(xì)小交通支，可更清楚地顯示子宮局部精細(xì)、致密的血管結(jié)構(gòu)，真實地反映宮頸癌動脈血管網(wǎng)的解剖形態(tài)，但因無法清楚地分辨其交通支所在之處，故難以進(jìn)行準(zhǔn)確的立體分割。
　　 2.不同重建閾值在體宮頸癌動脈血管網(wǎng)數(shù)字化三維模型子宮各部分血管網(wǎng)容積比較通過Mim

18、ics軟件計算得出，80HU、100HU和120HU重建閾值所構(gòu)建的在體宮頸癌動脈血管網(wǎng)模型中，子宮總體血管網(wǎng)容積、宮體總血管網(wǎng)容積、宮頸血管網(wǎng)容積，宮體左側(cè)部血管網(wǎng)容積、宮體右側(cè)部血管網(wǎng)容積、宮頸左側(cè)部血管網(wǎng)容積及宮頸右側(cè)部血管網(wǎng)容積隨重建閾值降低而增加，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(p＜0.05)，但宮頸血管網(wǎng)容積、宮頸左側(cè)部血管網(wǎng)容積及宮頸右側(cè)部血管網(wǎng)容積在重建閾值分別為100HU與120HU比較時差異無統(tǒng)計學(xué)意義。子宮各部位血管網(wǎng)容積與不

19、同重建閾值之間呈負(fù)相關(guān)。
　　 3.不同重建閾值在體宮頸癌動脈血管網(wǎng)數(shù)字化三維模型子宮各部分供血比例比較通過Mimics軟件計算得出，80HU、100HU和120HU重建閾值所構(gòu)建的在體宮頸癌動脈血管網(wǎng)模型中，宮體、宮頸占總體供血比例，宮體左側(cè)部、宮體右側(cè)部占宮體供血比例以及宮頸左側(cè)部、宮頸右側(cè)部占宮頸供血比例不隨重建閾值的變化而變化，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(p＞0.05)。
　　 [結(jié)論]
　　 相對于120HU和1

20、00HU重建閾值構(gòu)建的宮頸癌動脈血管網(wǎng)數(shù)字化三維模型，100HU重建閾值構(gòu)建的模型子宮動脈及其分支顯示清楚，能清楚地顯示子宮血管網(wǎng)中交通支最稀疏指出，利于立體分割。宮頸癌動脈血管網(wǎng)數(shù)字化三維模型中子宮各部分供血比例不受重建閾值的變化而變化，能更客觀準(zhǔn)確的反映宮頸癌的動脈血供特點，為后續(xù)臨床應(yīng)用提供了穩(wěn)定的模型基礎(chǔ)。不同重建閾值所構(gòu)建的在體宮頸癌動脈血管網(wǎng)模型中，子宮各部分血管網(wǎng)容積隨重建閾值降低而增加，具有負(fù)相關(guān)關(guān)系;但子宮各部分所占供