三維重建技術在食管癌術前診斷的臨床應用價值

馬曉超,王盈舒,王 瑞,劉桂華* ,崔有斌*

(1.吉林大學第一醫院 胸外二科,吉林 長春130021;2.長春工業大學 藝術設計學院)

近年來，隨著數字媒體技術的迅速發展，在臨床醫學中利用先進的數字媒體技術尋找新的創造性的診斷方式及疾病解決方案被越來越多的學者關注。數字媒體的熱門技術之一——三維重建技術已經在臨床上成為一種強有力的診斷及治療的輔助工具。正如學者Gerardi等所描述的，三維重建技術創建了更加真實、形象的診斷方式[1]。因三維重建技術的特點，它已經在近些年間，逐漸從娛樂行業應用到臨床醫學領域之中。研究者利用三維重建技術進行疾病診斷、治療、康復、疼痛管理、解剖模擬等多方面的醫學領域研究[2-4]。

食管位于胸腔內且與許多重要的組織結構相鄰，同時周圍還包繞結締組織，其 CT 圖像的灰度值與周圍組織相近，傳統的體繪制三維重建技術重建食管難度較大，因此在食管相關疾病領域中的應用少見。因此，本研究旨在評估三維重建在食管癌診斷和治療中的應用價值，為食管癌的診斷和治療，提供一種更好的術前評估方法。

1 資料與方法

本研究納入2014年1月至2015年8月在吉林大學第一醫院胸外科就診的患者。納入標準：1)病理診斷為食管癌的患者；2)左胸開胸食管癌根治術；3)在手術前進行胸部CT增強掃描和增強型胃CT檢查；4)術后病理完整；5)術前不進行化療或放療。排除標準：1)病歷中缺乏胃鏡檢查報告；2)不完全成像數據；3)有嚴重偽影和重建效果差的影像數據；4)術后病理非食管癌；5)有嚴重心律失常、血栓病史或其他不能耐受手術的患者。6)接受術前化療、放療或兩者同時治療的患者

1.1臨床資料

本研究共納入72例患者，其中男性患者62例，女性患者10例。本研究方案獲得吉林大學第一醫院倫理委員會批準，所有患者均提供書面知情同意。(倫理編號：2014122)

1.2三維重建方法

本研究使用TM 64 CT(美國通用公司)進行高分辨率(64螺旋)增強的胸部CT和增強的胃部CT對患者進行檢查，使MIMICS 15(比利時材料公司)進行三維重建，并將PS圖象處理軟件CS4(美國Adobe公司)用于染色。

檢查體位：患者的頭向前仰臥，雙手舉到頭頂，掃描范圍從胸廓入口到臍部，使用DICOM格式的圖像數據。

我們根據納入和排除標準收集患者的信息。數據收集包括增強的胸部CT和增強的胃CT DICOM文件。用Excel構建數據庫，后將文件導入MIMICS的三維重建軟件中，逐層瀏覽原始DICOM格式二維圖像。應用工具軟件，從病變部位的二維圖像中測量CT值和其他具體參數。測量正常食管組織和病變食管組織的CT值，并將其輸入到表格中。隨后，建立一個空白層，應用表面編輯軟件，根據測量的CT值確定染色的位置。然后，逐層地建立編輯圖像文件，完成病灶的層染色。然后，創建一個新的空白層，并再次應用表面編輯軟件完成標記和染色病變周圍組織。腫瘤表面和鄰近組織的層通過表面重建，重建結果可以單獨顯示或結合顯示，多角度觀察來評估腫瘤的大小、位置和毗鄰關系。(圖1)

用軟件測量腫瘤的長度、厚度、體積等相關參數，并將結果輸入數據庫。主治醫師仔細觀察縱膈7組及8組的局部淋巴結。重建淋巴結，并將重建結果與術后病理結果進行比較。標記陽性淋巴結和陰性淋巴結，用軟件工具測量淋巴結的相關參數，并將結果輸入數據庫。

1.3統計學處理

本研究使用IBM SPSS 19對所有數據進行分析。所有數據均在3次測量中進行平均。采用t檢驗、方差分析比較組間差異，計量資料采用均數±標準差表示，計數資料采用率或構成比表示。P<0.05被視為差異有統計學意義。

2 結果

2.1患者年齡45-85歲，平均年齡61.3(8.6)歲。研究對所有患者均進行了胃鏡檢查。胃鏡可成功通過食道者48例，不成功者24例。在可通過食道的48例患者中，病變部位在30cm到42cm之間。如表1所示。

2.2對48例胃鏡能順利通過病變的患者，通過內鏡測量病變長度，對所有患者的病變進行三維重建，并測量長度。內鏡測量長度和三維長度均長于病理長度，但內鏡測量長度與三維長度無顯著性差異。(表2)

2.3表3顯示了在不同腫瘤階段的重建腫瘤的長度、厚度和體積。根據不同病理分期，對各測量結果進行分析。腫瘤體積、三維長度和三維厚度在3個不同的腫瘤分期中均不同。72例患者中，淋巴結病理陽性者46例(63.9%)，CT(可觀察陽性者)淋巴結者12例。淋巴結病理陽性者26例，CT(可觀察陽性者)淋巴結者8例。我們對這些病例進行了重建。

圖1A：三維重建食管病變及可疑陽性淋巴結圖像，長箭頭指向食管病變處，短箭頭指向可疑陽性淋巴結。B：對食管周邊主要血管的重建圖像。C：食管與周邊重要組織結構比鄰關系的重建圖像，箭頭指向食管病變處。D：食管病變及周圍重要組織結構的重建圖像，長箭頭指向食管病變，并利用軟件自帶功能進行病變長度的測量，短箭頭指向重建的下葉支氣管。

表1 患者年齡及病變位置統計

表2 內鏡測量病變長度和三維重建測量病變長度的對比

表3 不同T分期腫瘤三維重建后參數的測量

2.4在CT陽性淋巴結重建數據中，陰性組淋巴結的長度、直徑、體積、CT值與陽性組比較有顯著性差異。詳情見表4。

表4 陽性與陰性淋巴結三維重建后參數的對比

3 討論

在這項研究中，我們采用一種新的基于CT圖像結合三維渲染技術的3D食管重建方法。3D食管重建后的圖像比增強的2D CT圖像更加直觀和準確。基于二維CT增強圖像來判斷和標記食管癌的特定病變程度，采用三維重建技術對病變段食管進行重建，并使用相同的方法對食道外周、支氣管和心血管都進行了三維重建。這使得食道周圍復雜的組織結構和血管的識別更加清晰，便于診斷。

對于食管癌術前評估，病變的長度和范圍對于治療方式的選擇是重要的參考依據[5]。傳統的食管病變的長度和范圍通常由胃鏡確定，本研究中有24例患者食道病變無法使經胃鏡順利通過，占本研究全部病例的33.3%。對于這部分患者，若僅使用2D CT圖像評估病變的特定長度和范圍不僅精度低，而且對于后續外科手術治療也具有不確定性，增加手術難度[6]。三維重建也可用于評估手術前的病變周圍組織和血管，提高了疾病程度判斷的準確性。

此外，腫瘤的惡性程度不僅與腫瘤的長度和體積有關，而且與周圍淋巴結浸潤程度和CT值有關[7,8]。食管的三維重建對于評價放化療的效果同樣具有較大的優勢。通過三維重建，我們可以清楚地觀察到腫瘤的變化和周圍淋巴結的大小，有助于術者對患者食管癌術前病變T分期的評估。

本研究采用三維重建技術，對食管癌進行三維重建。該方法不受食管病變程度的影響，并可測量病變的。根據測量結果的準確性，以病理結果為標準，將胃鏡檢查結果與三維重建結果進行比較。本研究結果表明，胃鏡檢查和三維重建的結果相似，但其長度略大于病理測量的實際長度，這與術后病理經處理后的結果所致，并非三維重建技術的誤差。手術治療范圍不受該方法測量的病變范圍的影響，且最終的治療效果同樣不受影響。

因此，將數字媒體技術中的三維重建技術應用到食管癌的術前診斷，確定食管癌的范圍對于合理的診斷和治療策略具有十分重要的意義，特別是對于病變導致胃鏡無法通過食管患者的術前診斷。