Name: 局所進行甲状腺癌の治療におけるコンピュータ支援3次元可視化 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-06-09T14:20:00.000+00:00
Duration: 3 min 55 s
Description: 学ぶ局所進行甲状腺癌の診断と治療におけるコンピュータ支援3次元可視化手法。CT画像から詳細な腫瘍解剖情報を抽出し、リスク評価と外科的計画を支援する革新的な医療画像技術です。

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この研究プロトコルは、四川がん病院の倫理委員会によって承認されました(承認日:2019年9月27日)。人間が参加するすべての手順は、機関および国の研究委員会の倫理基準、および1964年のヘルシンキ宣言とその後の改訂に従って行われました。手術前にすべての患者から書面によるインフォームドコンセントが得られました。
1.選択基準と除外基準
<ol><li>(1)甲状腺がんが病理学的に確認され、外科的治療が必要な場合は、患者を含めます。(2)T3-T4(米国がん合同委員会TNM病期分類、第8版)などの広範な局所腫瘍浸潤がある場合、または転移性病変が気管、食道、および大きな血管などの重要な構造に浸潤している場合。(3)彼らとその家族は、コンピューター支援3D視覚化にボランティアとして参加します。(4)麻酔に対する禁忌はなかった。</li>
	<li>外科的治療を受けない場合は、患者を除外します。</li>
</ol>2. 画像取得
<ol><li>256層のスパイラルCTシステムを使用して、患者のプレーンで強化されたCT(静脈相および動脈相を含む)画像を取得します。スキャンパラメータは、120 kV、120 mA、512 x 512マトリックス、0.625 mm層厚、150 HUしきい値、および10-20秒の動脈スキャン遅延です。</li>
	<li>CTシステムからスキャンデータをDICOM形式で取得します。</li>
</ol>3. コンピュータ支援3Dモデリング
<ol><li>データを3D可視化ソフトウェアにインポートします(図1A)。<ol><li>[ 開く ]ボタンをクリックして、DICOM形式の患者データを含むドキュメントを選択します。ソフトウェアにデータをインポートします。</li>
		<li>元のデータに多くのイメージ ノイズが含まれている場合は、ガウス平滑化のためにデータを処理します (図 1B)。マウスの右ボタンでデータを選択し、 ガウス平滑化 ボタンをクリックします。</li>
	</ol></li>
	<li>ターゲット領域(胸部と首部)のさまざまな構造を個別に再構築します。<ol><li>再構築する構造に応じて、ソフトウェアで 異なるモデル (皮膚と骨など)を選択します(図2A)。</li>
		<li>色、最大閾値、および最小閾値を、CTで再構築された構造に基づいて設定します(図2B)。骨と皮膚に異なるしきい値を設定します。観測されたプレビュー効果に基づいて、上限と下限の閾値を調整します(図2C)。</li>
		<li>[ 計算 ]ボタンをクリックして、予備的な3Dモデルの再構築を完了します(図2D)。</li>
	</ol></li>
	<li>セグメント化されたデータを変更します。<ol><li>血管、皮膚、骨などの構造のセグメンテーションデータが得られたら(図3A-C)、スムージングアルゴリズムボタンを使用してセグメンテーションされたデータを最適化し、再構築されたのこぎり歯のエッジが実際の組織と一致するようにします。</li>
		<li>次に、 ワンクリックナビゲーション ボタンを使用して2D画像と3D画像(図3D)を見つけ、セグメンテーション効果が正確かどうかを判断します。 ペン または ブラシ ツールを使用して、誤ったレイヤーを修正します(図3E)。 注:3Dモデリングは、すべての構造のセグメンテーションデータを取得した後に行われます。</li>
	</ol></li>
</ol>4. 術前評価
<ol><li>3Dモデルを表示し、 拡大、 回転、 組織の透明度、 分離 機能、およびさまざまな構造の組み合わせを使用して、腫瘍の体積と位置、および腫瘍と隣接する組織との関係に細心の注意を払います。たとえば、総頸動脈、食道、気管の腫瘍浸潤の程度を観察します。</li>
	<li>3Dモデル評価に基づき、外科的切除の範囲、切除後の機能障害の程度、術後の補助療法計画を決定します。医師と患者の効果的で直感的なコミュニケーションを実施して、患者の期待に応え、外科医の治療計画を説明します。</li>
</ol>5.手術
<ol><li>術前計画と腫瘍および罹患した重要な臓器の術中観察に従って腫瘍を切除します。</li>
	<li>修復計画がない場合、術後補助療法のために術中ラベリングを使用して腫瘍縮小手術を実行します。</li>
	<li>切除による欠損を修復し、手術計画や術中の状況に応じて必要に応じて機能再建を行います。</li>
</ol>

<ol><li>Zheng, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cancer+incidence+and+mortality+in+China%2C+2016%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+National+Cancer+Center%22%5BJournal%5D)">Cancer incidence and mortality in China, 2016.</a> Journal of the National Cancer Center. 2 (1), 1-9 (2022).</li>
<li>Haugen, B. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((2015+American+thyroid+association+management+guidelines+for+adult+patients+with+thyroid+nodules+and+differentiated+thyroid+cancer%3A+The+American+thyroid+association+guidelines+task+force+on+thyroid+nodules+and+differentiated+thyroid+cancer%5BTitle%5D)+AND+%22Thyroid%22%5BJournal%5D)">2015 American thyroid association management guidelines for adult patients with thyroid nodules and differentiated thyroid cancer: The American thyroid association guidelines task force on thyroid nodules and differentiated thyroid cancer.</a> Thyroid. 26 (1), 1(2016).</li>
<li>Haddad, R. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thyroid+carcinoma%2C+Version+2.2022%2C+NCCN+Clinical+practice+guidelines+in+oncology%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+National+Comprehensive+Cancer+Network%3A+JNCCN%22%5BJournal%5D)">Thyroid carcinoma, Version 2.2022, NCCN Clinical practice guidelines in oncology.</a> Journal of the National Comprehensive Cancer Network: JNCCN. 20 (8), 925-951 (2022).</li>
<li>Wang, L. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Operative+management+of+locally+advanced%2C+differentiated+thyroid+cancer%5BTitle%5D)+AND+%22Surgery%22%5BJournal%5D)">Operative management of locally advanced, differentiated thyroid cancer.</a> Surgery. 160 (3), 738-746 (2016).</li>
<li>Shindo, M. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Management+of+invasive+well-differentiated+thyroid+cancer%3A+an+American+Head+and+Neck+Society+Consensus+Statement.+AHNS+Consensus+Statement%5BTitle%5D)+AND+%22Head+%26+Neck%22%5BJournal%5D)">Management of invasive well-differentiated thyroid cancer: an American Head and Neck Society Consensus Statement. AHNS Consensus Statement.</a> Head & Neck. 36 (10), 1379-1390 (2014).</li>
<li>Li, X., Song, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Principles+and+strategies+in+surgical+management+of+differentiated+thyroid+cancer+invading+upper+areodigestive+tracts%5BTitle%5D)+AND+%22Chinese+Journal+of+Otorhinolaryngology.+Head+and+Neck+Surgery%22%5BJournal%5D)">Principles and strategies in surgical management of differentiated thyroid cancer invading upper areodigestive tracts.</a> Chinese Journal of Otorhinolaryngology. Head and Neck Surgery. 52 (06), 478-480 (2017).</li>
<li>Yamanaka, J., Saito, S., Fujimoto, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impact+of+preoperative+planning+using+virtual+segmental+volumetry+on+liver+resection+for+hepatocellular+carcinoma%5BTitle%5D)+AND+%22World+Journal+of+Surgery%22%5BJournal%5D)">Impact of preoperative planning using virtual segmental volumetry on liver resection for hepatocellular carcinoma.</a> World Journal of Surgery. 31 (6), 1251-1257 (2007).</li>
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<li>Gong, Y., Mao, X., Yang, B., Jiang, Q., Yin, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Application+progress+of+digital+medicine+in+orthopedic+surgery%5BTitle%5D)+AND+%22Chinese+Journal+of+Joint+Surgery+%28Electronic+Edition%29%22%5BJournal%5D)">Application progress of digital medicine in orthopedic surgery.</a> Chinese Journal of Joint Surgery (Electronic Edition). 2, 266-270 (2018).</li>
<li>Study Group of Pancreatic Surgery in Chinese Society of Surgery of Chinese Medical Association, Pancreatic Committee of Chinese Research Hospital Association, Digital Medicine Branch of Chinese Medical Association, Digital Medicine Committee of Chinese Research Hospital Association. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Expert+consensus+of+precise+diagnosis+and+treatment+for+pancreatic+head+cancer+using+three-dimensional+visualization+technology%5BTitle%5D)+AND+%22Chinese+Journal+of+Surgery%22%5BJournal%5D)">Expert consensus of precise diagnosis and treatment for pancreatic head cancer using three-dimensional visualization technology.</a> Chinese Journal of Surgery. 55 (12), 881-886 (2017).</li>
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<li>Yi, Y. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+two-+and+three-dimensional+sonography+for+the+prediction+of+the+extrathyroidal+extension+of+papillary+thyroid+carcinomas%5BTitle%5D)+AND+%22Korean+Journal+of+Internal+Medicine%22%5BJournal%5D)">Comparison of two- and three-dimensional sonography for the prediction of the extrathyroidal extension of papillary thyroid carcinomas.</a> Korean Journal of Internal Medicine. 31 (2), 313-322 (2016).</li>
<li>Han, R. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparisons+and+combined+application+of+two-dimensional+and+three-dimensional+real-time+shear+wave+elastography+in+diagnosis+of+thyroid+nodules%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Cancer%22%5BJournal%5D)">Comparisons and combined application of two-dimensional and three-dimensional real-time shear wave elastography in diagnosis of thyroid nodules.</a> Journal of Cancer. 10 (9), 1975-1984 (2019).</li>
<li>Cai, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Application+of+thyroid+three-dimensional+reconstruction+for+endoscopic+thyroidectomy%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Laparoscopic+Surgery%22%5BJournal%5D)">Application of thyroid three-dimensional reconstruction for endoscopic thyroidectomy.</a> Journal of Laparoscopic Surgery. 17 (6), 408-411 (2012).</li>
<li>Chen, Y. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Application+of+computer-aided+design+%28CAD%29+and+three-dimensional+%283D%29+visualization+technologies+in+the+diagnosis+and+treatment+of+refractory+thyroid+tumors%5BTitle%5D)+AND+%22Cancer+Management+and+Research%22%5BJournal%5D)">Application of computer-aided design (CAD) and three-dimensional (3D) visualization technologies in the diagnosis and treatment of refractory thyroid tumors.</a> Cancer Management and Research. 12, 6887-6894 (2020).</li>
<li>Zanon, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+virtual+planning+for+nodule+resection+in+solid+organs%3A+A+systematic+review+and+meta-analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Surgical+Oncology%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional virtual planning for nodule resection in solid organs: A systematic review and meta-analysis.</a> Surgical Oncology. 38, 101598(2021).</li>
<li>Chinese Society of Clinical Oncology (CSCO) diagnosis and treatment guidelines for persistent/recurrent and metastatic differentiated thyroid cancer working group. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chinese+Society+of+Clinical+Oncology+%28CSCO%29+diagnosis+and+treatment+guidelines+for+persistent%2Frecurrent+and+metastatic+differentiated+thyroid+cancer+2018+%28English+version%29%5BTitle%5D)+AND+%22Chinese+Journal+of+Cancer+Research%22%5BJournal%5D)">Chinese Society of Clinical Oncology (CSCO) diagnosis and treatment guidelines for persistent/recurrent and metastatic differentiated thyroid cancer 2018 (English version).</a> Chinese Journal of Cancer Research. 31 (1), 99-116 (2019).</li>
<li>Chinese Thyroid Association, Chinese College of Surgeons, Chinese Medical Doctor Association, the Society of Thyroid Cancer of China Anti-Cancer Association, Chinese Research Hospital Association Thyroid Disease Committee. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Expert+consensus+on+the+diagnosis+and+treatment+of+medullary+thyroid+carcinoma+%282020+edition%29%5BTitle%5D)+AND+%22Chinese+Journal+of+Practical+Surgery%22%5BJournal%5D)">Expert consensus on the diagnosis and treatment of medullary thyroid carcinoma (2020 edition).</a> Chinese Journal of Practical Surgery. 40 (9), 2012(2020).</li>
<li>Chinese Society of Digital Medicine, Liver Cancer Committee of Chinese Medical Doctor Association, Clinical Precision Medicine Committee of Chinese Medical Doctor Association, Digital Intelligent Surgery Committee of Chinese Research Hospital Association. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Clinical+practice+guidelines+for+precision+diagnosis+and+treatment+of+complex+liver+tumor+guided+by+three-dimensional+visualization+technology+%28version+2019%29%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+South+Medical+University%22%5BJournal%5D)">Clinical practice guidelines for precision diagnosis and treatment of complex liver tumor guided by three-dimensional visualization technology (version 2019).</a> Journal of South Medical University. 40 (3), 297-307 (2020).</li>
<li>Scharpf, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comprehensive+management+of+recurrent+thyroid+cancer%3A+An+American+Head+and+Neck+Society+consensus+statement%3A+AHNS+consensus+statement%5BTitle%5D)+AND+%22Head+%26+Neck%22%5BJournal%5D)">Comprehensive management of recurrent thyroid cancer: An American Head and Neck Society consensus statement: AHNS consensus statement.</a> Head & Neck. 38 (12), 1862-1869 (2016).</li>
</ol>

著者は何も開示していません。

再発性および転移性分化型甲状腺がん(DTC)に対しては、外科的治療が依然として好ましい17。DTCおよびR0切除を受けた患者の5年疾患特異的生存率は94.4%であり、R1切除を受けた患者(67.9%)よりも有意に高い2。頸部の疾患制御を達成することは、患者の生活の質と疾患特異的生存率の向上を達成するために重要です4。甲状腺髄様がんは、主に手術で治療されます。したがって、腫瘍の完全切除は、分化型甲状腺がんおよび甲状腺髄様がんにおいて非常に重要である18。
呼吸困難や喀血などの明らかな症状があり、完全切除が不可能な患者の場合、局所緩和手術はその後の治療に最適な状態をもたらす可能性があります12。したがって、甲状腺がんの広範囲の局所浸潤の場合、手術は価値があります。しかしながら、気管、食道、総頸動脈など、頸部のいくつかの重要な構造の浸潤は、腫瘍の完全切...

甲状腺がんは中国で7番目に多い悪性腫瘍であり1、手術は最も重要な治療法です2,3。腫瘍の完全切除は、局所進行甲状腺がん患者における高い生存率および良好な生活の質と強く関連している3,4;しかし、このタイプの切除は困難である。頸部には、気管、食道、総頸動脈などの重要な臓器や組織があります。進行性甲状腺がんの切除は、そのような腫瘍が頸部および縦隔の重要な臓器および太い血管に近接していることを考えると、さらにリスクが高く困難である5,6。したがって、適切な術前評価が必要です。
現在、臨床現場で広く用いられているコンピュータ断層撮影法(CT)、磁気共鳴法(MRI)、カラードップラー超音波検査法は、2次元(2D)の視野であり、腫瘍の体積、境界、および重要な周辺構造との関係の評価には限界がある7,8。外科医が2D画像を3D空間に変換するには、十分な臨床経験と効率的な試行錯誤が必要です。コンピューター支援3Dビジュアライゼーションは、2Dイメージングを使用して、術前計画や治療計画の選択に使用できるより直感的な3Dモデルを作成できるため、医師と患者のコミュニケーションがより直感的になり、医師と患者の意見の相違を減らすことができます。モデルは 3D ビジュアライゼーションを提供しますが、無形です。この3Dガイドによる術前評価と準備により、手術時間を短縮し、手術リスクを減らすことができます。3Dアプローチは、肝胆道外科、整形外科、口腔外科および顎顔面外科で広く使用されています9,10。甲状腺がんでは、現在、超音波診断や手術計画の策定を支援するために3Dビジュアライゼーションが使用されています11、12、13、14、15。
そのため、局所進行甲状腺がんの診断や治療に3D可視化を簡便に応用できると考えています。この可視化手法には、CT取得、コンピュータ支援3Dモデリング、3Dモデルを用いた術前評価などが含まれます。3Dモデルを使用して、手術の難しさ、手術のリスク、および術後の潜在的な機能状態を判断できます。外科医は、詳細な医師と患者のコミュニケーション、手術計画の策定、および対応する手術準備に従事することができる16。さらに、この方法は、患者の適切な術前評価を提供し、外科的リスクを軽減し、患者の外傷を増やすことなく患者の満足度を向上させることができます。

<table><tbody><tr><td>Brilliance 256層スパイラルCTシステム</td><td>Philips Healthcare, Andover, MA, USA</td><td>N/A</td><td>プレーンで強化されたCTイメージングに使用</td></tr><tr><td>3D-Maticデジタル医療ソフトウェアアプリケーション</td><td>Anhui King Star Digital S&T株式会社</td><td>N/A</td><td>コンピュータ支援3Dビジュアライゼーション再構成に使用</td></tr></tbody></table>

局所進行甲状腺癌の治療におけるコンピュータ支援3次元可視化

Computer-Aided Three-Dimensional Visualization in the Treatment of Locally Advanced Thyroid Cancer

局所進行甲状腺がんの診断と治療は困難である。課題は、腫瘍の範囲の評価と個別の治療計画の策定にあります。3次元(3D)ビジュアライゼーションは、甲状腺がんへの応用は限られていますが、医療分野では幅広い用途があります。私たちは以前、甲状腺がんの診断と治療に3Dビジュアライゼーションを適用しました。データ収集、3Dモデリング、術前評価により、腫瘍の輪郭に関する3D情報を取得し、腫瘍浸潤の程度を判断し、適切な術前準備と手術リスク評価を行うことができます。この研究は、局所進行甲状腺癌における3D視覚化の実現可能性を実証することを目的としていました。コンピュータ支援による3D可視化は、術前評価の精度向上、手術方法の開発、手術時間の短縮、手術リスクの低減に有効な方法です。さらに、医学教育や医師と患者のコミュニケーションにも貢献できます。3D可視化技術の応用により、局所進行甲状腺がん患者の転帰と生活の質を改善できると考えています。

2017年12月から2021年7月にかけて、局所進行甲状腺がん患者23人が3Dモデリングを受けました。これらの23人の患者のうち、4人は手術のリスクのために手術から除外され、残りの19人の患者は3Dモデリング後の手術で治療されました(表1)。患者19人全員が局所進行甲状腺がんを有しており、このうち14人が初診、16人がさまざまな程度の呼吸困難、18人が頸部に大きな腫瘍(原発性甲状腺腫瘍または転移性リンパ節)が周囲組織に浸潤していた。術後の病理学的評価により、分化型甲状腺がんが11例、甲状腺髄様がんが2例、未分化または低分化型甲状腺がんが5例、ランゲルハンス細胞組織球症を伴う甲状腺乳頭がんが1例であった。術前に3Dモデリングを使用することで、医師と患者の効率的なコミュニケーションが促進されました。すべての手術は無事に完了し、術後の回復はすべてスムーズで、周術期の死亡はありませんでした。
次項の症例報告で述べたように、3Dモデルは、腫瘍と血管、気管、食道との関係を決定する上で、術前CTおよび術中観察よりも明確な利点があります。さらに、腫瘍浸潤の存在と範...

局所進行甲状腺がんの診断と治療において、コンピューター支援の3次元再構成を適用することで、腫瘍の範囲と解剖学的特徴に関する追加情報を提供し、それによってリスク評価と手術計画を支援することができます。

The diagnosis and treatment of locally advanced thyroid carcinoma are challenging. The challenge lies in the evaluation of the tumor scope and the ...

コンピュータ支援の3次元再構成は、腫瘍の範囲と解剖学的特徴に関する情報を提供し、それによってリスク評価と手術計画を支援することができます。コンピュータ支援による3次元再構成は、局所進行性甲状腺がんの診断と治療のための情報を提供することができます。まず、256層のスパイラルCTシステムを使用して、患者のプレーンで強化されたCT画像を取得します。CTシステムからスキャンデータをDICOM形式で取得します。次に、[開く]ボタンをクリックして、データを3D視覚化ソフトウェアにインポートします。データにイメージ ノイズが含まれている場合は、最初にマウスの右ボタンでデータを選択してから [ガウス スムージング] ボタンをクリックして、ガウス平滑化のためにデータを処理します。次に、血管や皮膚など、再構築する構造に応じて、ソフトウェアで[さまざまなモデル]タブを選択します。色、最大閾値、最小閾値を設定します。観測されたプレビュー効果に基づいて上限と下限のしきい値を調整します。この手順を繰り返して、ボーンなどの他の構造のセグメンテーション データを取得します。計算ボタンをクリックすると、3Dモデルの予備的な再構築が完了します。次に、平滑化アルゴリズム ボタンを使用してセグメント化されたデータを最適化し、再構成されたのこぎり波エッジが実際の組織と一致することを確認します。次に、ワンクリックナビゲーションボタンを使用して、2Dおよび3D画像を検索し、セグメンテーション効果が正確かどうかを判断します。ペンまたはブラシツールを使用して、間違ったレイヤーを修正します。術前の評価では、3Dモデルを表示し、腫瘍の体積と位置を評価します。拡大、回転、組織透明、分離機能を用いて、様々な構造の組み合わせを用いて、腫瘍と隣接組織との関係を評価します。甲状腺がんの50歳の患者の場合、CT血管造影による初期評価では、腫瘍に多数の血管が関与していることが示唆されました。CTデータを使用して、外科チームは腫瘍のコンピューター支援3Dモデリングを完成させました。3Dモデルの評価により、腫瘍と血管の関係が明らかになり、さらなる手術手順が決定されました。再構成を成功させるには、3次元画像がCT画像と一致しているかどうかを確認することが重要です。

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