Summary
Nella diagnosi e nel trattamento del carcinoma tiroideo localmente avanzato, l'applicazione della ricostruzione tridimensionale assistita da computer può fornire ulteriori informazioni sull'ambito del tumore e sulle caratteristiche anatomiche, aiutando così nella valutazione del rischio e nella pianificazione chirurgica.
Abstract
La diagnosi e il trattamento del carcinoma tiroideo localmente avanzato sono impegnativi. La sfida risiede nella valutazione dell'ambito del tumore e nella formulazione di un piano di trattamento individualizzato. La visualizzazione tridimensionale (3D) ha una vasta gamma di applicazioni nel campo della medicina, sebbene ci siano applicazioni limitate nel cancro alla tiroide. In precedenza abbiamo applicato la visualizzazione 3D per la diagnosi e il trattamento del cancro alla tiroide. Attraverso la raccolta dei dati, la modellazione 3D e la valutazione preoperatoria, possiamo ottenere informazioni 3D sul contorno del tumore, determinare l'entità dell'invasione tumorale e condurre un'adeguata preparazione preoperatoria e una valutazione del rischio chirurgico. Questo studio mirava a dimostrare la fattibilità della visualizzazione 3D nel carcinoma tiroideo localmente avanzato. La visualizzazione 3D assistita da computer può essere un metodo efficace per un'accurata valutazione preoperatoria, lo sviluppo di metodi chirurgici, la riduzione dei tempi chirurgici e la riduzione dei rischi chirurgici. Inoltre, può contribuire all'educazione medica e alla comunicazione medico-paziente. Riteniamo che l'applicazione della tecnologia di visualizzazione 3D possa migliorare i risultati e la qualità della vita nei pazienti con carcinoma tiroideo localmente avanzato.
Introduction
Il cancro della tiroide è il settimo tumore maligno più comune in Cina1 e la chirurgia è il metodo di trattamento più importante 2,3. La resezione completa del tumore è fortemente associata ad alti tassi di sopravvivenza e ad una buona qualità di vita nei pazienti con carcinoma tiroideo localmente avanzato 3,4; Tuttavia, questo tipo di resezione è impegnativo. Il collo contiene organi e tessuti importanti, come la trachea, l'esofago e l'arteria carotide comune. La resezione per il carcinoma tiroideo avanzato è ancora più rischiosa e difficile considerando la vicinanza di tali tumori a organi importanti e grandi vasi sanguigni nel collo e nel mediastino 5,6. Pertanto, è necessaria un'adeguata valutazione preoperatoria.
Attualmente, la tomografia computerizzata (TC), la risonanza magnetica (MRI) e l'ecocolordoppler, ampiamente utilizzate in ambito clinico, forniscono una visione bidimensionale (2D), che limita la valutazione del volume del tumore, dei confini e delle relazioni con importanti strutture circostanti 7,8. Prima che i chirurghi possano tradurre le immagini 2D in uno spazio 3D, sono necessarie una notevole esperienza clinica e prove ed errori efficienti. La visualizzazione 3D assistita da computer può utilizzare l'imaging 2D per creare un modello 3D più intuitivo che può essere utilizzato per la pianificazione preoperatoria e la selezione del piano di trattamento, rendendo così più intuitiva la comunicazione medico-paziente e riducendo i disaccordi medico-paziente. Sebbene il modello fornisca una visualizzazione 3D, è intangibile. Questa valutazione e preparazione preoperatoria guidata in 3D può abbreviare i tempi chirurgici e ridurre i rischi chirurgici. L'approccio 3D è stato ampiamente utilizzato in chirurgia epatobiliare, ortopedia e chirurgia orale e maxillo-facciale 9,10. Nel carcinoma tiroideo, la visualizzazione 3D è attualmente utilizzata per assistere nella diagnosi ecografica e nella formulazione dei piani chirurgici 11,12,13,14,15.
Pertanto, riteniamo che la visualizzazione 3D possa essere convenientemente applicata alla diagnosi e al trattamento del carcinoma tiroideo localmente avanzato. Questo metodo di visualizzazione include l'acquisizione TC, la modellazione 3D assistita da computer e la valutazione preoperatoria utilizzando modelli 3D. I modelli 3D possono essere utilizzati per determinare le difficoltà chirurgiche, i rischi chirurgici e il potenziale stato funzionale postoperatorio. I chirurghi possono impegnarsi in una comunicazione dettagliata medico-paziente, nella formulazione del piano chirurgico e nella preparazione chirurgica corrispondente16. Inoltre, questo metodo può fornire un'adeguata valutazione preoperatoria dei pazienti, ridurre i rischi chirurgici e migliorare la soddisfazione del paziente senza aumentare il trauma del paziente.
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Protocol
Questo protocollo di studio è stato approvato dal Comitato Etico del Sichuan Cancer Hospital (Data di approvazione: 27 settembre 2019). Tutte le procedure che hanno coinvolto partecipanti umani sono state eseguite in conformità con gli standard etici dei comitati di ricerca istituzionali e nazionali, nonché con la Dichiarazione di Helsinki del 1964 e i suoi successivi emendamenti. Il consenso informato scritto è stato ottenuto da tutti i pazienti prima dell'intervento chirurgico.
1. Criteri di inclusione ed esclusione
- Includere i pazienti se (1) hanno un carcinoma tiroideo patologicamente confermato e richiedono un trattamento chirurgico; (2) presentano un'estesa infiltrazione tumorale locale, come T3-T4 (American Joint Committee on Cancer TNM staging, ottava edizione), o se le lesioni metastatiche hanno invaso strutture importanti come la trachea, l'esofago e i grandi vasi; (3) loro e i loro familiari si offrono volontari per la visualizzazione 3D assistita da computer; e (4) non avevano controindicazioni all'anestesia.
- Escludere i pazienti che non si sottopongono a trattamento chirurgico.
2. Acquisizione di immagini
- Ottenere immagini TC semplici e migliorate (comprese le fasi venose e arteriose) dei pazienti utilizzando un sistema TC a spirale a 256 strati. I parametri di scansione sono i seguenti: 120 kV, 120 mA, matrice 512 x 512, spessore dello strato 0,625 mm, soglia 150 HU e ritardo della scansione arteriosa di 10-20 s.
- Ottenere i dati di scansione dal sistema CT in formato DICOM.
3. Modellazione 3D assistita da computer
- Importare i dati nel software di visualizzazione 3D (Figura 1A).
- Fare clic sul pulsante Apri per selezionare il documento contenente i dati del paziente in formato DICOM. Importare i dati nel software.
- Elaborare i dati per il livellamento gaussiano se i dati originali contengono molto rumore nell'immagine (Figura 1B). Selezionare i dati con il tasto destro del mouse, quindi fare clic sul pulsante Smussatura gaussiana .
- Ricostruisci individualmente diverse strutture nell'area bersaglio (petto e collo).
- Selezionare Modelli diversi (ad esempio, pelle e osso) nel software in base alla struttura da ricostruire (Figura 2A).
- Impostare il colore, la soglia massima e la soglia minima in base alla struttura ricostruita su CT (Figura 2B). Imposta soglie diverse per l'osso e la pelle. Regolare le soglie superiore e inferiore in base all'effetto di anteprima osservato (Figura 2C).
- Fare clic sul pulsante Calcolo per completare la ricostruzione preliminare del modello 3D (Figura 2D).
- Modificare i dati segmentati.
- Una volta ottenuti i dati di segmentazione di strutture come i vasi sanguigni, la pelle e le ossa (Figure 3A-C), utilizzare il pulsante Algoritmo di livellamento per ottimizzare i dati segmentati e assicurarsi che i bordi a dente di sega ricostruiti corrispondano al tessuto reale.
- Quindi, utilizzare il pulsante Navigazione con un clic per individuare le immagini 2D e 3D (Figura 3D) e determinare se l'effetto di segmentazione è stato accurato. Utilizzare lo strumento Penna o Pennello per correggere i livelli errati (Figura 3E).
NOTA: La modellazione 3D si ottiene dopo aver ottenuto i dati di segmentazione di tutte le strutture.
4. Valutazione preoperatoria
- Visualizzare il modello 3D e prestare molta attenzione al volume e alla posizione del tumore e alle relazioni tra il tumore e i tessuti adiacenti utilizzando le funzioni Ingrandimento, Rotazione, Trasparenza del tessuto e Separazione e una combinazione di varie strutture. Ad esempio, osservare l'estensione dell'invasione tumorale nell'arteria carotide comune, nell'esofago e nella trachea.
- Determinare l'ambito della resezione chirurgica, il grado di compromissione funzionale dopo la resezione e il piano di terapia adiuvante postoperatoria in base alla valutazione del modello 3D. Implementare una comunicazione medico-paziente efficace e intuitiva per soddisfare le aspettative del paziente e spiegare il piano di trattamento del chirurgo.
5. Chirurgia
- Rimuovere il tumore secondo il piano preoperatorio e le osservazioni intraoperatorie del tumore e degli organi vitali interessati.
- Eseguire un intervento chirurgico di riduzione del tumore con marcatura intraoperatoria per la terapia adiuvante postoperatoria in assenza di un piano di riparazione.
- Riparare i difetti causati dalla resezione ed eseguire la ricostruzione funzionale se necessario in base al piano operatorio e alla situazione intraoperatoria.
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Representative Results
Da dicembre 2017 a luglio 2021, 23 pazienti con carcinoma tiroideo localmente avanzato sono stati sottoposti a modellazione 3D. Di questi 23 pazienti, 4 sono stati esclusi dall'intervento chirurgico a causa dei rischi chirurgici e i restanti 19 pazienti sono stati trattati con chirurgia dopo la modellazione 3D (Tabella 1). Tutti i 19 pazienti avevano un carcinoma tiroideo localmente avanzato, inclusi 14 per i quali questa era la diagnosi iniziale, 16 che avevano vari gradi di dispnea e 18 che avevano grandi tumori al collo (tumore tiroideo primario o linfonodo metastatico) che avevano invaso i tessuti circostanti. La valutazione patologica postoperatoria ha rivelato che 11 pazienti avevano un carcinoma tiroideo differenziato, 2 avevano un carcinoma midollare della tiroide, 5 avevano un carcinoma tiroideo indifferenziato o scarsamente differenziato e 1 aveva un carcinoma papillare della tiroide con istiocitosi a cellule di Langerhans. L'uso preoperatorio della modellazione 3D ha facilitato una comunicazione efficiente tra medico e paziente. Tutti gli interventi chirurgici sono stati completati con successo e tutti i recuperi postoperatori sono stati regolari, senza decessi perioperatori.
Come descritto nel caso clinico nella sottosezione successiva, un modello 3D presenta vantaggi distinti rispetto alla TC preoperatoria e alle osservazioni intraoperatorie nel determinare le relazioni tra il tumore e i vasi sanguigni, la trachea e l'esofago. Inoltre, fornisce informazioni accurate sulla presenza e la portata dell'invasione tumorale.
Esempio di presentazione del caso
L'analisi citologica di una biopsia preoperatoria di puntura di un uomo di 50 anni ricoverato in ospedale per 1 mese a causa di una massa nella fossa sopraclavicolare destra ha suggerito un carcinoma papillare della tiroide. L'angiografia TC ha suggerito la fusione di più linfonodi nella fossa sternale superiore, nel mediastino superiore e nella radice cervicale destra; l'avvolgimento della vena brachiocefalica destra e del segmento inferiore della vena giugulare interna destra con il tumore; restringimento locale della vena giugulare interna destra; spostamento e restringimento locale dell'arteria succlavia destra; e adiacenza dell'arteria carotide comune destra al tumore, con coinvolgimento verso il basso della pleura da quel punto.
Considerando l'elevato numero di vasi coinvolti nel tumore, questo paziente ha optato per iniziare il trattamento con una terapia mirata (anlotinib cloridrato). Il riesame con angiografia TC dopo sette cicli di terapia mirata ha rivelato che, rispetto al basale, i linfonodi fusi multipli nella fossa sternale superiore e il mediastino superiore nella radice cervicale destra erano diventati leggermente più piccoli; lo spazio tra l'arteria succlavia destra e l'arteria carotide comune destra e il tumore era diventato leggermente più grande (Figura 4); e l'adesione della vena brachiocefalica destra era diminuita.
Utilizzando i dati TC, l'équipe chirurgica ha completato la modellazione 3D assistita da computer (Figura 5). La valutazione multidimensionale del modello 3D ha rivelato che il tumore aveva invaso la vena giugulare interna destra, che doveva essere resecata, e che era necessaria la rimozione di una parte della parete della vena succlavia destra, con il mantenimento della pervietà tramite suture dirette. Non è stata osservata alcuna invasione tumorale nell'arteria carotide comune destra o nel tronco brachiocefalico. A seguito di una terapia mirata, l'arteria succlavia destra è rimasta spostata e ha mostrato un'invasione tumorale persistente, il che significa che questa arteria presentava un rischio di lesioni intraoperatorie. È stato determinato che è possibile eseguire la riparazione intraoperatoria della parete vascolare o la ricostruzione vascolare autologa. Non è stata osservata alcuna evidente invasione tracheale o esofagea.
Dopo un'adeguata comunicazione preoperatoria, anche per quanto riguarda il potenziale sanguinamento intraoperatorio massiccio e la disfunzione dell'arto superiore destro, il paziente ha accettato di sottoporsi a un intervento chirurgico. La vena giugulare interna destra è stata asportata e parte della parete della vena brachiocefalica destra è stata rimossa durante l'intervento chirurgico; Il muro laterale è stato successivamente riparato. Durante l'intraoperatorio, l'arteria succlavia destra è stata rotta ed è stata eseguita una riparazione ponte utilizzando la vena giugulare interna destra (Figura 6).
La patologia postoperatoria ha suggerito un carcinoma papillare con metastasi linfonodali (T3bN1bM0, stadio I), ponendo il paziente ad alto rischio di recidiva. Sono state raccomandate l'inibizione postoperatoria dell'ormone stimolante la tiroide e la terapia con iodio radioattivo. Dopo circa 1 mese, il gonfiore postoperatorio dell'arto superiore destro si è risolto e l'arteria succlavia destra è rimasta non ostruita.
Figura 1: Importazione dei dati. (A) I dati in formato file DICOM vengono importati nel software di visualizzazione 3D facendo clic sul pulsante Apri (freccia rossa). (B) Se i dati originali contengono molto rumore nell'immagine, vengono elaborati nel menu a destra del software per lo smoothing gaussiano (freccia rossa). Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2: Ricostruzione del software. (A) Viene selezionata la parte che verrà ricostruita tramite l'algoritmo di soglia del modulo di ricostruzione del software. (B) La Soglia Massima e la Soglia Minima sono impostate (nella casella rossa), insieme al Colore (freccia gialla). (C) Le soglie superiore e inferiore vengono regolate (nel riquadro rosso). (D) Si fa clic sul pulsante Calcolo (freccia rossa) per completare la ricostruzione preliminare del modello 3D. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3. Correzione manuale. (A-C) Si ottengono i dati di segmentazione delle strutture, inclusi (A) i vasi sanguigni, (B) la pelle e (C) le ossa. (D) Il pulsante di navigazione con un clic (nella casella rossa) viene utilizzato per individuare le immagini 2D e 3D (freccia gialla). (E) Viene esaminata l'accuratezza dell'effetto di segmentazione. Inoltre, lo strumento Penna o Pennello (freccia gialla) viene utilizzato per correggere i livelli errati. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 4: Immagini TC del caso campione. La TC rivela che l'arteria succlavia destra (freccia rossa) è probabilmente racchiusa da un tumore. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 5: Valutazione preoperatoria. (A,B) Il modello 3D rivela un tumore che avvolge la vena giugulare interna destra (freccia nera) e invade la parete della vena brachiocefalica destra (freccia bianca). (C) L'arteria succlavia destra rimane invasa dal tumore (indicato dal simbolo del triangolo nero nella Figura 5C); Non c'è invasione tumorale nell'arteria carotide comune destra o nel tronco brachiocefalico. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 6: Chirurgia. (A) L'arteria carotide comune destra (freccia nera) è ben protetta, mentre la vena giugulare interna destra e l'arteria succlavia (triangolo nero) sono invase dal tumore (in scatola nera). (B) La vena giugulare interna destra viene asportata e parte della parete della vena brachiocefalica destra viene rimossa durante l'intervento chirurgico. Viene completata una resezione del manicotto dell'arteria succlavia destra (freccia bianca). (C) Viene eseguita una riparazione a ponte utilizzando la vena giugulare interna destra (triangolo bianco), mentre il nervo laringeo ricorrente destro viene riparato utilizzando il nervo vago (freccia bianca). Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Tabella 1: Dati demografici e clinici dei 19 pazienti sottoposti a visualizzazione 3D. Abbreviazioni: 3D = tridimensionale; PTC = carcinoma papillare della tiroide; SCC = carcinoma a cellule squamose; MTC = carcinoma midollare della tiroide; PDTC = carcinoma tiroideo scarsamente differenziato; FTC = carcinoma follicolare della tiroide. Clicca qui per scaricare questa tabella.
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Discussion
Per il carcinoma differenziato della tiroide (DTC) ricorrente e metastatico, il trattamento chirurgico è ancora preferibile17. Il tasso di sopravvivenza a 5 anni specifico per malattia dei pazienti con DTC e resezione R0 è del 94,4%, significativamente superiore a quello dei pazienti con resezione R1 (67,9%)2. Ottenere il controllo della malattia nel collo è fondamentale per ottenere una migliore qualità della vita e una sopravvivenza specifica per la malattia per i pazienti4. Il carcinoma midollare della tiroide viene trattato principalmente con la chirurgia. Pertanto, la resezione completa del tumore è di grande importanza nel carcinoma differenziato e midollare della tiroide18.
Per i pazienti con sintomi evidenti come dispnea ed emottisi in cui la resezione completa è impossibile, la chirurgia palliativa locale può portare a condizioni ottimali per il successivo trattamento12. Pertanto, la chirurgia ha valore in caso di estesa infiltrazione locale del cancro alla tiroide. Tuttavia, l'invasione di diverse strutture importanti nel collo, come la trachea, l'esofago, l'arteria carotide comune e così via, determina il potenziale per la rimozione completa del tumore; che possono essere successivamente considerati per consentire un'adeguata valutazione preoperatoria del piano di trattamento e della qualità di vita postoperatoria. Una valutazione preoperatoria per quanto riguarda la possibilità di tumore residuo prima del trattamento postoperatorio aiuta anche nel controllo del tumore5.
Attualmente, il carcinoma tiroideo localmente avanzato nel collo viene in genere valutato utilizzando l'ecografia a colori, la TC e la risonanza magnetica, che vengono integrate con fibrolaringoscopia ed esofagoscopia per valutare il grado di coinvolgimento intraluminale della laringe, della trachea e dell'esofago5. L'ecografia a colori, la TC e la risonanza magnetica producono immagini 2D, che sono limitate nella visualizzazione del volume e dell'invasione del tumore. La valutazione di queste immagini 2D richiede una formazione e competenze cliniche approfondite. I limiti e le incertezze permangono anche quando tali immagini vengono valutate da medici specializzati in imaging e chirurghi esperti.
Il recente sviluppo della visualizzazione digitale 3D è stato attivamente adottato in medicina e la visualizzazione 3D è attualmente ampiamente utilizzata nell'epatocolangiolitiasi, nel cancro della cistifellea, nel cancro della testa pancreatica e nei tumori retroperitoneali10,19. Rispetto alle immagini 2D tradizionali, una revisione completa di un modello 3D che utilizza la rotazione e la trasparenza selettiva per rivelare i tessuti e gli organi tumorali consente una migliore comprensione delle relazioni tra il tumore e i tessuti circostanti. Utilizzando un tale modello 3D, è possibile formulare e mettere in pratica un piano operatorio, riducendo così il sanguinamento intraoperatorio, accelerando la preparazione preoperatoria e fornendo un trattamento personalizzato.
Un modello 3D preoperatorio può aiutare a definire chiaramente l'ambito della resezione tissutale intraoperatoria, l'eventuale tumore residuo e la probabile funzione postoperatoria dell'organo, il che è vantaggioso per la comunicazione medico-paziente, nonché per garantire la migliore prognosi e qualità di vita per i pazienti. Ad esempio, la dispnea è un sintomo comune nei pazienti con carcinoma tiroideo localmente avanzato. La relazione tra la dispnea e l'invasione tumorale del nervo laringeo ricorrente, della laringe e della trachea deve essere valutata prima dell'intervento4. Le differenze nel grado di invasione possono determinare se la tracheotomia e la tracheostomia permanente sono necessarie6. Diversi interventi chirurgici influenzano direttamente la pronuncia postoperatoria dei pazienti, la qualità della voce e lo stile di respirazione20. L'accurata valutazione preoperatoria dei confini del tumore può aiutare a proteggere la funzionalità del linguaggio e della respirazione, garantendo al contempo la completa resezione del tumore. Poiché la TC o la risonanza magnetica non possono essere utilizzate per giudicare efficacemente la profondità dell'invasione della parete delle vie aeree, un modello 3D è un buon strumento complementare per queste modalità di imaging. La lesione dell'arteria carotide comune può persino causare la morte. Il modello 3D può dimostrare la relazione tra il tumore e i vasi. Sulla base di questa relazione, l'intervento chirurgico può essere sospeso o possono essere preparati vasi sanguigni artificiali.
Nel carcinoma tiroideo localmente avanzato, la visualizzazione 3D presenta diversi vantaggi. Per i pazienti che necessitano della riparazione postoperatoria della trachea e dell'osso, un modello 3D è utile per la simulazione chirurgica preoperatoria, la fabbricazione di piastre guida chirurgiche intraoperatorie e la formulazione del piano di riparazione postoperatoria. Inoltre, la visualizzazione 3D può essere utilizzata con la realtà virtuale ibrida e altre tecnologie per la navigazione intraoperatoria in tempo reale, che consente la sovrapposizione del modello 3D con l'anatomia reale dei pazienti.
Sebbene la tecnologia di visualizzazione 3D stia mostrando risultati clinici promettenti, rimangono da superare alcuni limiti. Il costo stimato della modellazione 3D è di circa 410 dollari. Diverse società di software possono addebitare tariffe leggermente diverse, il che aumenta i costi per i pazienti. Inoltre, c'è una curva di apprendimento nella modellazione 3D. Attualmente, la visualizzazione 3D si basa su dati ottenuti da tecnologie 2D, come TC, risonanza magnetica ed ecografia a colori. Quando il contrasto tra un tumore e i tessuti circostanti è inadeguato, le immagini di contorno potrebbero non essere sufficientemente accurate e alcune piccole strutture potrebbero non essere visualizzate chiaramente.
In conclusione, la tecnologia di visualizzazione 3D è preziosa nella diagnosi e nel trattamento del carcinoma tiroideo localmente avanzato, nella valutazione della resecabilità e dell'invasione del tumore, nella pianificazione della resezione e della riparazione e nella valutazione del potenziale danno funzionale del paziente. Questa tecnologia può aiutare i pazienti a comprendere la loro condizione e i rischi chirurgici associati e la prognosi. Inoltre, può accorciare la curva di apprendimento per i medici all'inizio della loro carriera. Tuttavia, la dimensione del campione nello studio attuale era piccola e mancano risultati di follow-up a lungo termine. Per affrontare i limiti della tecnologia di visualizzazione 3D nelle applicazioni cliniche, sono necessarie ulteriori ricerche.
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Disclosures
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Acknowledgments
Gli autori non hanno riconoscimenti.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Brilliance 256-layer spiral CT system | Philips Healthcare, Andover, MA, USA | N/A | Used for plain and enhanced CT imaging |
| 3D-Matic digital medical software application | Anhui King Star Digital S&T Co. Ltd. | N/A | Used for computer-aided 3D visualization reconstruction |
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