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Visualización tridimensional asistida por computadora en el tratamiento del cáncer de tiroides localmente avanzado

Published: June 9, 2023 doi: 10.3791/64421
Automatic Translation
*1, *1, 1, 1, 1, 1
1Head and Neck Surgery Department, Sichuan Clinical Research Center for Cancer, Sichuan Cancer Hospital & Institute, Sichuan Cancer Center, Affiliated Cancer Hospital of University of Electronic Science and Technology of China
* These authors contributed equally

Summary

En el diagnóstico y tratamiento del cáncer de tiroides localmente avanzado, la aplicación de la reconstrucción tridimensional asistida por computadora puede proporcionar información adicional sobre el alcance del tumor y las características anatómicas, lo que ayuda en la evaluación del riesgo y la planificación quirúrgica.

Abstract

El diagnóstico y el tratamiento del carcinoma de tiroides localmente avanzado son difíciles. El reto radica en la evaluación del alcance tumoral y la formulación de un plan de tratamiento individualizado. La visualización tridimensional (3D) tiene una amplia gama de aplicaciones en el campo de la medicina, aunque las aplicaciones en el cáncer de tiroides son limitadas. Anteriormente aplicamos la visualización 3D para el diagnóstico y tratamiento del cáncer de tiroides. A través de la recopilación de datos, el modelado 3D y la evaluación preoperatoria, podemos obtener información en 3D sobre el contorno del tumor, determinar el alcance de la invasión tumoral y realizar una preparación preoperatoria adecuada y una evaluación del riesgo quirúrgico. Este estudio tuvo como objetivo demostrar la viabilidad de la visualización 3D en el cáncer de tiroides localmente avanzado. La visualización 3D asistida por ordenador puede ser un método eficaz para una evaluación preoperatoria precisa, el desarrollo de métodos quirúrgicos, el acortamiento del tiempo quirúrgico y la reducción de los riesgos quirúrgicos. Además, puede contribuir a la educación médica y a la comunicación médico-paciente. Creemos que la aplicación de la tecnología de visualización 3D puede mejorar los resultados y la calidad de vida en pacientes con cáncer de tiroides localmente avanzado.

Introduction

El cáncer de tiroides es la séptima neoplasia maligna más común en China1, y la cirugía es el método de tratamiento más importante 2,3. La resección completa del tumor está fuertemente asociada con altas tasas de supervivencia y una buena calidad de vida en pacientes con cáncer de tiroides localmente avanzado 3,4; Sin embargo, este tipo de resección es un desafío. El cuello contiene órganos y tejidos importantes, como la tráquea, el esófago y la arteria carótida común. La resección para el cáncer de tiroides avanzado es aún más riesgosa y difícil si se tiene en cuenta la proximidad de estos tumores a órganos importantes y grandes vasos sanguíneos en el cuello y el mediastino 5,6. Por lo tanto, es necesaria una evaluación preoperatoria adecuada.

En la actualidad, la tomografía computarizada (TC), la resonancia magnética (RM) y la ecografía Doppler color, ampliamente utilizadas en entornos clínicos, proporcionan una visión bidimensional (2D), lo que limita la evaluación del volumen tumoral, los límites y las relaciones con las estructuras circundantes importantes 7,8. Se requiere una experiencia clínica sustancial y un ensayo y error eficiente antes de que los cirujanos puedan traducir imágenes 2D al espacio 3D. La visualización 3D asistida por computadora puede utilizar imágenes 2D para crear un modelo 3D más intuitivo que se puede utilizar para la planificación preoperatoria y la selección del plan de tratamiento, lo que hace que la comunicación médico-paciente sea más intuitiva y reduce los desacuerdos médico-paciente. Aunque el modelo proporciona visualización en 3D, es intangible. Esta evaluación y preparación preoperatoria guiada en 3D puede acortar el tiempo quirúrgico y reducir los riesgos quirúrgicos. El abordaje 3D ha sido ampliamente utilizado en cirugía hepatobiliar, ortopedia y cirugía oral y maxilofacial 9,10. En el cáncer de tiroides, la visualización 3D se utiliza actualmente para ayudar en el diagnóstico ultrasónico y en la formulación de planes quirúrgicos 11,12,13,14,15.

Por lo tanto, creemos que la visualización 3D se puede aplicar convenientemente al diagnóstico y tratamiento del cáncer de tiroides localmente avanzado. Este método de visualización incluye la adquisición de TC, el modelado 3D asistido por computadora y la evaluación preoperatoria mediante modelos 3D. Los modelos 3D se pueden utilizar para determinar las dificultades quirúrgicas, los riesgos quirúrgicos y el posible estado funcional postoperatorio. Los cirujanos pueden participar en la comunicación detallada médico-paciente, en la formulación del plan quirúrgico y en la preparación quirúrgica correspondiente16. Además, este método puede proporcionar una evaluación preoperatoria adecuada de los pacientes, reducir los riesgos quirúrgicos y mejorar la satisfacción del paciente sin aumentar el trauma del paciente.

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Protocol

Este protocolo de estudio fue aprobado por el Comité de Ética del Hospital Oncológico de Sichuan (Fecha de aprobación: 27 de septiembre de 2019). Todos los procedimientos que involucraron participantes humanos se realizaron de acuerdo con las normas éticas de los comités de investigación institucionales y nacionales, así como con la Declaración de Helsinki de 1964 y sus enmiendas posteriores. Se obtuvo el consentimiento informado por escrito de todos los pacientes antes de la cirugía.

1. Criterios de inclusión y exclusión

  1. Incluir a los pacientes si (1) tienen cáncer de tiroides confirmado patológicamente y requieren tratamiento quirúrgico; (2) tienen una infiltración tumoral local extensa, como T3-T4 (American Joint Committee on Cancer TNM staging, octava edición), o si las lesiones metastásicas han invadido estructuras importantes como la tráquea, el esófago y los vasos grandes; (3) ellos y sus familiares se ofrecen como voluntarios para la visualización 3D asistida por computadora; y (4) no tenían contraindicaciones para la anestesia.
  2. Excluir a los pacientes que no se sometan a tratamiento quirúrgico.

2. Adquisición de imágenes

  1. Obtenga imágenes de TC simples y mejoradas (incluidas las fases venosas y arteriales) de los pacientes utilizando un sistema de TC en espiral de 256 capas. Los parámetros de escaneo son los siguientes: 120 kV, 120 mA, matriz de 512 x 512, espesor de capa de 0,625 mm, umbral de 150 HU y retardo de exploración arterial de 10-20 s.
  2. Obtenga los datos de escaneo del sistema CT en formato DICOM.

3. Modelado 3D asistido por ordenador

  1. Importe los datos en el software de visualización 3D (Figura 1A).
    1. Haga clic en el botón Abrir para seleccionar el documento que contiene los datos del paciente en formato DICOM. Importe los datos en el software.
    2. Procese los datos para el suavizado gaussiano si los datos originales contienen mucho ruido de imagen (Figura 1B). Seleccione los datos con el botón derecho del ratón y, a continuación, haga clic en el botón Suavizado gaussiano .
  2. Reconstruya diferentes estructuras en el área objetivo (tórax y cuello) individualmente.
    1. Seleccione diferentes modelos (por ejemplo, piel y hueso) en el software de acuerdo con la estructura que se va a reconstruir (Figura 2A).
    2. Establezca el color, el umbral máximo y el umbral mínimo en función de la estructura reconstruida en CT (Figura 2B). Establezca diferentes umbrales para el hueso y la piel. Ajuste los umbrales superior e inferior en función del efecto de previsualización observado (Figura 2C).
    3. Haga clic en el botón Cálculo para completar la reconstrucción preliminar del modelo 3D (Figura 2D).
  3. Modifique los datos segmentados.
    1. Una vez que se obtienen los datos de segmentación de estructuras como los vasos sanguíneos, la piel y los huesos (Figuras 3A-C), use el botón Algoritmo de suavizado para optimizar los datos segmentados y asegurarse de que los bordes de los dientes de sierra reconstruidos coincidan con el tejido real.
    2. A continuación, utilice el botón Navegación con un clic para localizar las imágenes 2D y 3D (Figura 3D) y determinar si el efecto de segmentación fue preciso. Utilice la herramienta Pluma o Pincel para corregir las capas incorrectas (Figura 3E).
      NOTA: El modelado 3D se logra después de obtener los datos de segmentación de todas las estructuras.

4. Evaluación preoperatoria

  1. Vea el modelo 3D y preste mucha atención al volumen y la ubicación del tumor y a las relaciones entre el tumor y los tejidos adyacentes mediante las funciones de ampliación, rotación, transparencia tisular y separación y una combinación de varias estructuras. Por ejemplo, observe la extensión de la invasión tumoral en la arteria carótida común, el esófago y la tráquea.
  2. Determinar el alcance de la resección quirúrgica, el grado de deterioro funcional después de la resección y el plan de terapia adyuvante postoperatoria basado en la evaluación del modelo 3D. Implementar una comunicación médico-paciente efectiva e intuitiva para satisfacer las expectativas del paciente y explicar el plan de tratamiento del cirujano.

5. Cirugía

  1. Extirpar el tumor de acuerdo con el plan preoperatorio y las observaciones intraoperatorias del tumor y de los órganos vitales afectados.
  2. Realizar cirugía reductora de tumores con marcaje intraoperatorio para la terapia adyuvante posoperatoria en ausencia de un plan de reparación.
  3. Reparar los defectos causados por la resección y realizar la reconstrucción funcional según sea necesario en función del plan operativo y la situación intraoperatoria.

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Representative Results

De diciembre de 2017 a julio de 2021, 23 pacientes con cáncer de tiroides localmente avanzado se sometieron a modelos 3D. De estos 23 pacientes, 4 fueron excluidos de la cirugía debido a los riesgos quirúrgicos, y los 19 pacientes restantes fueron tratados con cirugía siguiendo el modelado 3D (Tabla 1). Los 19 pacientes tenían cáncer de tiroides localmente avanzado, incluidos 14 para quienes este fue el diagnóstico inicial, 16 que tenían diversos grados de disnea y 18 que tenían tumores grandes en el cuello (tumor tiroideo primario o ganglio linfático metastásico) que habían invadido los tejidos circundantes. La evaluación anatomopatológica posoperatoria reveló que 11 pacientes tenían carcinoma de tiroides diferenciado, 2 tenían carcinoma medular de tiroides, 5 tenían carcinoma de tiroides indiferenciado o pobremente diferenciado y 1 tenía carcinoma papilar de tiroides con histiocitosis de células de Langerhans. El uso preoperatorio del modelado 3D facilitó una comunicación eficiente médico-paciente. Todas las cirugías se completaron con éxito y todas las recuperaciones postoperatorias fueron fluidas, sin muertes perioperatorias.

Como se describe en el informe de caso de la siguiente subsección, un modelo 3D tiene claras ventajas sobre la TC preoperatoria y las observaciones intraoperatorias para determinar las relaciones entre el tumor y los vasos sanguíneos, la tráquea y el esófago. Además, proporciona información precisa sobre la presencia y el alcance de la invasión tumoral.

Presentación de un caso de ejemplo
El análisis citológico de una biopsia por punción preoperatoria de un varón de 50 años ingresado en un hospital durante 1 mes por una masa en la fosa supraclavicular derecha sugirió carcinoma papilar de tiroides. La angiografía por TC sugirió la fusión de múltiples ganglios linfáticos en la fosa esternal superior, el mediastino superior y la raíz cervical derecha; el envoltamiento de la vena braquiocefálica derecha y el segmento inferior de la vena yugular interna derecha con el tumor; estrechamiento local de la vena yugular interna derecha; desplazamiento y estrechamiento local de la arteria subclavia derecha; y adyacencia de la arteria carótida común derecha al tumor, con afectación descendente de la pleura a partir de ese punto.

Teniendo en cuenta el gran número de vasos implicados en el tumor, este paciente optó por iniciar tratamiento con terapia dirigida (clorhidrato de anlotinib). El nuevo examen con angiografía por TC después de siete ciclos de terapia dirigida reveló que, en comparación con el valor basal, los múltiples ganglios linfáticos fusionados en la fosa esternal superior y el mediastino superior en la raíz cervical derecha se habían vuelto ligeramente más pequeños; el espacio entre la arteria subclavia derecha y la arteria carótida común derecha y el tumor se había agrandado ligeramente (Figura 4); y la adherencia de la vena braquiocefálica derecha había disminuido.

Utilizando datos de TC, el equipo quirúrgico completó el modelado 3D asistido por computadora (Figura 5). La evaluación multidimensional del modelo 3D reveló que el tumor había invadido la vena yugular interna derecha, que tuvo que ser resecada, y que fue necesaria la extirpación de una parte de la pared de la vena subclavia derecha, manteniéndose la permeabilidad mediante suturas directas. No se observó invasión tumoral en la arteria carótida común derecha ni en el tronco braquiocefálico. Después de la terapia dirigida, la arteria subclavia derecha permaneció desplazada y mostró una invasión tumoral persistente, lo que significa que esta arteria tenía un riesgo de lesión intraoperatoria. Se determinó que se podía realizar reparación intraoperatoria de la pared vascular o reconstrucción vascular autóloga. No se observó invasión traqueal o esofágica evidente.

Después de una comunicación preoperatoria adecuada, incluso con respecto a la posibilidad de sangrado intraoperatorio masivo y disfunción de la extremidad superior derecha, el paciente aceptó someterse a cirugía. Se extirpó la vena yugular interna derecha y se extirpó parte de la pared de la vena braquiocefálica derecha durante la cirugía; Posteriormente se reparó el muro lateral. En el intraoperatorio se rompió la arteria subclavia derecha y se realizó una reparación puente utilizando la vena yugular interna derecha (Figura 6).

La patología postoperatoria sugirió un carcinoma papilar con metástasis ganglionares (T3bN1bM0, estadio I), lo que colocó al paciente en un alto riesgo de recurrencia. Se recomendó la inhibición postoperatoria de la hormona estimulante de la tiroides y la terapia con yodo radiactivo. Después de aproximadamente 1 mes, la hinchazón postoperatoria de la extremidad superior derecha se resolvió y la arteria subclavia derecha permaneció sin obstrucciones.

Figure 1
Figura 1: Importación de los datos. (A) Los datos en formato de archivo DICOM se importan al software de visualización 3D haciendo clic en el botón Abrir (flecha roja). (B) Si los datos originales contienen mucho ruido de imagen, se procesan en el menú derecho del software para el suavizado gaussiano (flecha roja). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 2
Figura 2: Reconstrucción del software . (A) Se selecciona la pieza que se reconstruirá a través del algoritmo de umbral del módulo de reconstrucción del software. (B) El umbral máximo y el umbral mínimo se establecen (en el cuadro rojo), junto con el color (flecha amarilla). (C) Se ajustan los umbrales superior e inferior (en el recuadro rojo). (D) Se hace clic en el botón Cálculo (flecha roja) para completar la reconstrucción preliminar del modelo 3D. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 3
Figura 3. Corrección manual. (A-C) Se obtienen los datos de segmentación de las estructuras, incluyendo (A) los vasos sanguíneos, (B) la piel y (C) los huesos. (D) El botón de navegación con un clic (en el cuadro rojo) se utiliza para localizar las imágenes 2D y 3D (flecha amarilla). (E) Se examina la exactitud del efecto de segmentación. Además, la herramienta Pluma o Pincel (flecha amarilla) se utiliza para corregir las capas incorrectas. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 4
Figura 4: Imágenes de TC del caso de muestra. TC que revela que la arteria subclavia derecha (flecha roja) probablemente está recubierta por un tumor. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 5
Figura 5: Evaluación preoperatoria. (A,B) El modelo 3D revela un tumor que recubre la vena yugular interna derecha (flecha negra) e invade la pared de la vena braquiocefálica derecha (flecha blanca). (C) La arteria subclavia derecha permanece invadida por el tumor (indicado por el símbolo del triángulo negro en la Figura 5C); No hay invasión tumoral en la arteria carótida común derecha ni en el tronco braquiocefálico. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 6
Figura 6: Cirugía. (A) La arteria carótida común derecha (flecha negra) está bien protegida, mientras que la vena yugular interna derecha y la arteria subclavia (triángulo negro) están invadidas por el tumor (en el recuadro negro). (B) Se extirpa la vena yugular interna derecha y se extirpa parte de la pared de la vena braquiocefálica derecha durante la cirugía. Se completa una resección de la manga de la arteria subclavia derecha (flecha blanca). (C) Se realiza una reparación puente utilizando la vena yugular interna derecha (triángulo blanco), mientras que el nervio laríngeo recurrente derecho se repara utilizando el nervio vago (flecha blanca). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Tabla 1: Datos demográficos y clínicos de los 19 pacientes que se sometieron a visualización 3D. Abreviaturas: 3D = tridimensional; PTC = carcinoma papilar de tiroides; CCE = carcinoma de células escamosas; MTC = carcinoma medular de tiroides; PDTC = carcinoma de tiroides pobremente diferenciado; FTC = carcinoma folicular de tiroides. Haga clic aquí para descargar esta tabla.

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Discussion

Para el carcinoma diferenciado de tiroides (CDT) recidivante y metastásico, se sigue prefiriendo el tratamiento quirúrgico17. La tasa de supervivencia específica de la enfermedad a 5 años de los pacientes con CDI y resección R0 es del 94,4 %, significativamente más alta que la de los pacientes con resección R1 (67,9 %)2. Lograr el control de la enfermedad en el cuello es crucial para lograr una mejor calidad de vida y supervivencia específica de la enfermedad para los pacientes4. El carcinoma medular de tiroides se trata principalmente con cirugía. Por lo tanto, la resección completa del tumor es de gran importancia en el carcinoma diferenciado y medular de tiroides18.

Para los pacientes con síntomas evidentes, como disnea y hemoptisis, en los que es imposible una resección completa, la cirugía paliativa local puede dar lugar a condiciones óptimas para el tratamiento posterior12. Por lo tanto, la cirugía tiene valor en el caso de una infiltración local extensa del cáncer de tiroides. Sin embargo, la invasión de varias estructuras importantes en el cuello, como la tráquea, el esófago, la arteria carótida común, etc., determina el potencial de extirpación completa del tumor; lo que posteriormente se puede considerar para permitir una adecuada evaluación preoperatoria del plan de tratamiento y de la calidad de vida postoperatoria. Una evaluación preoperatoria sobre la posibilidad de tumor residual antes del tratamiento postoperatorio también ayuda en el control tumoral5.

En la actualidad, el cáncer de tiroides localmente avanzado en cuello se suele evaluar mediante ecografía a color, TC y RM, que se complementan con fibrolaringoscopia y esofagoscopia para evaluar el grado de afectación intraluminal de la laringe, la tráquea y el esófago5. La ecografía en color, la tomografía computarizada y la resonancia magnética producen imágenes en 2D, que son limitadas en su visualización del volumen y la invasión del tumor. La evaluación de estas imágenes 2D requiere una amplia formación y habilidades clínicas. Las limitaciones e incertidumbres persisten incluso cuando dichas imágenes son evaluadas por médicos especializados en imágenes y cirujanos experimentados.

El reciente desarrollo de la visualización digital en 3D se ha adoptado activamente en medicina, y la visualización en 3D se utiliza actualmente ampliamente en hepatocolangiolitiasis, cáncer de vesícula biliar, cáncer de cabeza de páncreas y tumores retroperitoneales10,19. En comparación con las imágenes 2D tradicionales, una revisión exhaustiva de un modelo 3D que utiliza la rotación y la transparencia selectiva para revelar los tejidos y órganos tumorales permite una mejor comprensión de las relaciones entre el tumor y los tejidos circundantes. Utilizando un modelo 3D de este tipo, se puede formular y practicar un plan operativo, reduciendo así el sangrado intraoperatorio, acelerando la preparación preoperatoria y proporcionando un tratamiento individualizado.

Un modelo 3D preoperatorio puede ayudar a definir claramente el alcance de la resección tisular intraoperatoria, cualquier posible tumor residual y la probable función orgánica postoperatoria, lo que es ventajoso para la comunicación médico-paciente, así como para garantizar el mejor pronóstico y calidad de vida para los pacientes. Por ejemplo, la disnea es un síntoma común en pacientes con cáncer de tiroides localmente avanzado. La relación de la disnea con la invasión tumoral del nervio laríngeo, laringe y tráquea recurrentes debe ser evaluada preoperatoriamente4. Las diferencias en el grado de invasión pueden determinar si es necesaria la traqueotomía y la traqueotomía permanente6. Diferentes cirugías afectan directamente la pronunciación postoperatoria, la calidad de la voz y el estilo de respiración de los pacientes20. La evaluación preoperatoria precisa de los límites tumorales puede ayudar a proteger la funcionalidad del habla y la respiración, al tiempo que garantiza la resección completa del tumor. Dado que la TC o la RMN no se pueden utilizar para juzgar la profundidad de la invasión de la pared de las vías respiratorias de manera efectiva, un modelo 3D es una buena herramienta complementaria para estas modalidades de imágenes. Una lesión en la arteria carótida común puede incluso causar la muerte. El modelo 3D puede demostrar la relación entre el tumor y los vasos. Sobre la base de esta relación, se puede pausar la cirugía o se pueden preparar vasos sanguíneos artificiales.

En el cáncer de tiroides localmente avanzado, la visualización en 3D tiene varias ventajas. Para los pacientes que requieren la reparación postoperatoria de la tráquea y el hueso, un modelo 3D es útil para la simulación quirúrgica preoperatoria, la fabricación de la placa guía quirúrgica intraoperatoria y la formulación del plan de reparación postoperatoria. Además, la visualización 3D se puede utilizar con realidad virtual híbrida y otras tecnologías para la navegación intraoperatoria en tiempo real, lo que permite la superposición del modelo 3D con la anatomía real de los pacientes.

Aunque la tecnología de visualización 3D está mostrando resultados clínicos prometedores, aún quedan algunas limitaciones por superar. El costo estimado del modelado 3D es de aproximadamente US $410. Las diferentes empresas de software pueden cobrar tarifas ligeramente diferentes, lo que aumenta los costos para los pacientes. Además, hay una curva de aprendizaje en el modelado 3D. Actualmente, la visualización 3D se basa en datos obtenidos de tecnologías 2D, como la tomografía computarizada, la resonancia magnética y la ecografía en color. Cuando el contraste entre un tumor y los tejidos circundantes es inadecuado, es posible que las imágenes de límite no sean lo suficientemente precisas y que algunas estructuras pequeñas no se muestren con claridad.

En conclusión, la tecnología de visualización 3D es valiosa en el diagnóstico y tratamiento del cáncer de tiroides localmente avanzado, la evaluación de la resecabilidad tumoral y el alcance de la invasión, la planificación de la resección y reparación, y la evaluación del daño funcional potencial del paciente. Esta tecnología puede ayudar a los pacientes a comprender su afección y los riesgos quirúrgicos asociados y el pronóstico. Además, puede acortar la curva de aprendizaje de los médicos en sus primeras carreras. Sin embargo, el tamaño de la muestra en el estudio actual fue pequeño y faltan resultados de seguimiento a largo plazo. Para abordar las limitaciones de la tecnología de visualización 3D en aplicaciones clínicas, se justifica una mayor investigación.

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Disclosures

Los autores no tienen nada que revelar.

Acknowledgments

Los autores no tienen agradecimientos.

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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