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，也是其預后差的主要原因。LACC約占首次就診病例的70％，單純手術或放療其五

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，但放療引起的嚴重副反應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)外學者集中于研究術前使用新輔助化療減小腫瘤體積，從而使腫瘤達到手術適應癥范圍，增加了LACC的手術率，具有改善預后等優(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。術前新輔助動脈化療操作具有相當?shù)碾y度，需要受過專業(yè)培訓的醫(yī)生才能進行操作，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)分級復雜、迂曲多變。對宮頸癌動脈化療患者進行介入插管前，需了解癌灶的供血動脈來源，盡量進行靶向灌注化療，這對進行操作的醫(yī)生來說是挑戰(zhàn)。若進行子宮動脈灌注化療聯(lián)合栓塞術時，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，以超選擇插管并準確栓塞供血動脈，減少栓塞劑的用量。
　　 經(jīng)過長時

4、間的應用實踐后，盡管動脈化療的臨床療效顯著，但國內(nèi)外有學者發(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，這兩者與癌灶內(nèi)的血管網(wǎng)密切相關。由于術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、此在術前制定相應的預案，用以指導手術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一步提高。
　　 近年來，隨著CT設備的完善、CT血管成像(CTA)技術廣泛的臨床應用及相關三維重建軟件的革新，使得宮頸癌動脈血管網(wǎng)數(shù)字化三維模型的構建成為可能，在指導宮頸癌的治療上具有廣闊的應用前景。宮頸癌動脈血管網(wǎng)數(shù)字化三維模型能夠在術前重建出女性腹盆腔動脈血管網(wǎng)，幫助醫(yī)生在術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行測量，更加直觀地指導動脈化療的介入插管，進一步減少臨床醫(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，以此來指導抗癌藥物的分配，達到優(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，以此達到目標組織的最佳顯影狀態(tài)的方法。在通過將數(shù)字化三維重建技術應用于構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)當使用

7、不同的重建閾值進行模型構建時，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。當重建閾值越低，血管網(wǎng)內(nèi)細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)，是模型構建的理想狀態(tài)。但是當子宮血管網(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)的血供特點研究應采用何種重建閾值才能達到既能構建出最豐富的血管網(wǎng)，又能對其血供進行分析？應采取何種指標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)字化三維模型的構建及血供特點分析的影響，尋找構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，本研究分為兩個部分:第一部分擬構建一例基于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)容積進行定量分析;第二部分擬構建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)字化三維模型的構建及特點分析
　　 [目的]基于CTA數(shù)據(jù)集構建在體宮

10、頸癌動脈血管網(wǎng)數(shù)字化三維模型，并對其模型特點進行分析。
　　 [方法]
　　 1.采集一例南方醫(yī)科大學南方醫(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)為配準點進行圖像融合配準，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中DSA配準圖像的血管走行情況，了解兩者是否具有一致性。
　　 [結果]
　　 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。
　　 [結論]
　　 基于CTA的計算機三維重建技術可以構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，指導動脈化療的臨床應用。
　　 [方法]通過采集2012年1月至2012年12月于南方醫(yī)科大學南方醫(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)插值處理后分別設定最低重建閾值為80HU、100Hu和120HU，經(jīng)閾值增長的方法構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)學特點分別利用80HU、100HU、120HU三個重建閾值均成功構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重建閾值降低，構建的宮頸癌動脈血管網(wǎng)密度越濃密;重建閾值升高，構建的宮頸癌動脈血管網(wǎng)密度越稀疏。120HU重建閾值構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小交通支，可更清楚地顯示子宮局部精細、致密的血管結構，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，故難以進行準確的立體分割。
　　 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相關。
　　 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)計學意義(p＞0.05)。
　　 [結論]
　　 相對于120HU和1

20、00HU重建閾值構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，能更客觀準確的反映宮頸癌的動脈血供特點，為后續(xù)臨床應用提供了穩(wěn)定的模型基礎。不同重建閾值所構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，具有負相關關系;但子宮各部分所占供