三维重建及打印技术在乳腺肿瘤中的研究进展

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查看875 | 回复0 | 2018-4-29 07:55:00 | 显示全部楼层 |阅读模式

作者:鲁媛媛,中国人民解放军海军总医院超声科;李俊来,宋丹绯,中国人民解放军总医院南楼超声科

       乳腺癌已经成为全球女性最常见的癌症之一,也是女性因癌症死亡的主要原因之一。近年来,虽然全球乳腺癌的患病率仍呈增长趋势,但在医疗水平发达的国家其病死率呈下降趋势。乳腺癌病变早期是最有效的治疗时间,可降低40%的死亡率。乳腺作为女性重要的器官之一,外科医师在致力于提高生存率的同时,也在不断追求最大限度保留正常乳腺组织及乳腺术后重建,以提高患者的术后生活质量。影像医学在提高乳腺癌诊断准确率的同时,三维重建及打印技术也可为乳腺癌的治疗提供更多信息。

       三维重建及打印技术可为术者直观立体呈现乳腺病灶的位置、形态、容积及其与周围组织的空间解剖关系等信息,利于医患沟通、制定手术方案、乳房个体化重建及评估放化疗效果等。本文对基于医学影像学的三维重建及打印技术在乳腺占位性病变诊疗中的研究进展进行综述。

1.三维重建技术及三维打印技术概述

       基于医学影像的三维重建技术是根据输入的断层图像信息,通过分割、提取等处理后,构建组织的三维几何图像,并通过智能化软件设计为术者提供测量计算等信息。三维打印技术是以数字模型成像技术为基础,通过连续打印、逐层堆积的方式生成三维立体模型。通过三维重建技术及三维打印技术可获得全方位、立体、智能的动、静态影像,清晰显示病变空间位置、形态结构及与周围脏器解剖关系等,有助于术前规划、测量、计算、模拟手术操作,也有助于制定个体化治疗方案和提高手术准确率和安全性。三维重建技术还可用于术中影像导航及精确评估治疗效果。三维打印技术是在三维重建技术上将乳腺组织及病变进行体外再现。

       近年来,三维重建技术及三维打印技术已广泛应用于肝胆外科、整形外科、颌面外科、骨科等的临床诊疗。目前,国外乳腺三维重建技术及三维打印技术已用于对乳腺肿瘤切除的手术指导、个体化治疗、乳腺重建(自体脂肪及组织皮瓣移植等)及放化疗术后评价等的研究,国内则主要用于指导乳腺肿瘤切除手术及评价化疗药效果。

2.基于医学影像学的乳腺三维重建及三维打印技术

2.1MR三维重建及三维打印技术

       MRI软组织分辨率高,对乳腺肿瘤具有较高的诊断准确率及特异度,增强MRI可清晰显示乳腺病灶及周边血管分布,为治疗及乳腺重建提供参考依据。其在乳腺三维重建及三维打印方面研究相对成熟,主要应用于评价乳腺肿瘤大小和为乳腺再造术提供移植部位体积信息。Rha等研究发现采用MRI测量残余肿瘤的最大径、最大截面积和体积与病理测量结果呈正相关(r=0.942、0.941、0.903,P均<0.01),并认为乳腺MR三维重建技术可准确评估残余肿瘤的体积。研究发现,与术后即刻病理对照,MRI及CT估测乳房体积的相关系数分别为0.928和0.782,因此认为MRI较CT可提供更准确的乳腺体积信息。

       MRI还可为乳腺再造术提供移植部位体积信息,研究显示MRI估测的皮瓣重量比CT更接近实际皮瓣重量(r=0.959、0.873,P=0.0010001)。MR增强图像可提供自体组织重建区域的血管信息,三维重建技术可提供可靠的乳腺假体及自体组织重建所需的自体皮瓣和自体脂肪的体积信息。Levi等研究发现,MRI可用于皮瓣乳房重建术前风险评估,降低伤口愈合并发症,提高自体皮瓣移植存活率。但由于费用昂贵,国内还未广泛应用,仅有小样本的病例报道。

2.2CT三维重建及三维打印技术

       CT检查受操作者主观影响小,扫查全面,其三维重建及三维打印技术的研究较多。患者的CT检查体位与外科乳腺手术体位相同,均为仰卧位,因此基于CT的乳腺三维重建及三维打印技术可直观显示病灶空间位置、形态等信息,且乳腺组织为易形变组织,与手术相同的体位可减少因形变而产生的位置和体积的误差,以精确进行术前设计及重建规划。研究显示CT三维重建及三维打印技术可使外科医师实现多个平面的可视化,明显缩短自体皮瓣重建手术时间,减少二次不对称校正操作。

       Eder等研究认为CTA预测的皮瓣体积与实际皮瓣重量呈高度相关(r=0.998,P<0.001),达到临床对预测移植皮瓣体积的可靠性要求,为术前估测移植皮瓣体积数值提供指导。

2.3超声三维重建及三维打印技术

       超声是我国诊断乳腺疾病的首选影像学检查方法。与欧美等国家不同,我国超声诊断流程是由超声医师操作并作出诊断,具有较高的准确率及特异度。超声检查有以下优势:①无创、无辐射、便捷、经济,可重复操作;②无明确检查禁忌证;③患者检查体位与手术体位一致。传统超声在三维重建方面受限于操作者的主观性。近年来,自动乳腺全容积扫描(automatic breast volume scanner,ABVS)提出了集成开发的分割和重构算法,通过使用明胶和生物组织材料实验,并经临床患者数据证实,表明该算法可精确分割乳腺病变,准确重建病变形状。该系统以机器手臂实现全自动操作,克服了主观因素的影响,同时可利用多切面成像实现三维立体重建。

       在生物组织中重建了140个不同大小和形状的人造病变,以评估重建的精确性,其相似系数(DSC)为0.86±0.05,提示ABVS可直观评估乳腺病灶外观及测量病变的体积,并可清晰显示肿瘤病变边缘,提高测值的准确率。但有关AVBS系统在乳腺三维重建及三维打印方面的研究还有待进一步深入。

3.局限性及展望

       MRI的局限性:①存在检查禁忌证,不适用于所有患者;②检查费用相对昂贵,不便于重复检查;③检查体位为俯卧位,与手术体位不同,不利于准确显示病灶空间位置,同时难以避免因体位原因造成的病变组织形变引起的形态容积测量差异。CT的局限性主要为存在辐射。超声相对于前两者在乳腺三维重建及三维打印中具有一定优势,将为乳腺治疗提供全面可靠的信息,但相关研究还有待进一步深入。

       精准外科及微创治疗已成为乳腺外科的发展方向。基于医学影像学的三维重建及三维打印技术将为临床训练、医学教育、个性化诊治等提供保障。

来源:鲁媛媛,李俊来,宋丹绯.三维重建及打印技术在乳腺肿瘤中的研究进展[J].中国医学影像技术,2018,34(01):149-151.


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