Computerondersteunde driedimensionale visualisatie bij de behandeling van lokaal gevorderde schildklierkanker

Samenvatting

Bij het diagnosticeren en behandelen van lokaal gevorderde schildklierkanker kan de toepassing van computerondersteunde driedimensionale reconstructie aanvullende informatie opleveren over de tumoromvang en anatomische kenmerken, waardoor wordt geholpen bij risicobeoordeling en chirurgische planning.

Samenvatting

De diagnose en behandeling van lokaal gevorderd schildkliercarcinoom zijn een uitdaging. De uitdaging ligt in de evaluatie van de tumoromvang en het formuleren van een geïndividualiseerd behandelplan. Driedimensionale (3D) visualisatie heeft een breed scala aan toepassingen op het gebied van geneeskunde, hoewel er beperkte toepassingen zijn bij schildklierkanker. Eerder pasten we 3D-visualisatie toe voor de diagnose en behandeling van schildklierkanker. Door middel van gegevensverzameling, 3D-modellering en preoperatieve evaluatie kunnen we 3D-informatie verkrijgen over de tumoromtrek, de omvang van tumorinvasie bepalen en adequate preoperatieve voorbereiding en chirurgische risicobeoordeling uitvoeren. Deze studie had tot doel de haalbaarheid van 3D-visualisatie bij lokaal gevorderde schildklierkanker aan te tonen. Computerondersteunde 3D-visualisatie kan een effectieve methode zijn voor nauwkeurige preoperatieve evaluatie, de ontwikkeling van chirurgische methoden, het verkorten van de operatietijd en het verminderen van de chirurgische risico's. Bovendien kan het bijdragen aan medisch onderwijs en arts-patiëntcommunicatie. Wij geloven dat de toepassing van 3D-visualisatietechnologie de uitkomsten en kwaliteit van leven kan verbeteren bij patiënten met lokaal gevorderde schildklierkanker.

Inleiding

Schildklierkanker is de zevende meest voorkomende maligniteit in China¹, en chirurgie is de belangrijkste behandelmethode ^2,3. Volledige resectie van de tumor is sterk geassocieerd met hoge overlevingskansen en een goede kwaliteit van leven bij patiënten met lokaal gevorderde schildklierkanker ^3,4; Dit type resectie is echter een uitdaging. De nek bevat belangrijke organen en weefsels, zoals de luchtpijp, de slokdarm en de halsslagader. Resectie voor gevorderde schildklierkanker is nog riskanter en moeilijker, gezien de nabijheid van dergelijke tumoren tot belangrijke organen en grote bloedvaten in de nek en het mediastinum ^5,6. Een adequate preoperatieve evaluatie is dus noodzakelijk.

Momenteel bieden computertomografie (CT), magnetische resonantie (MRI) en kleurendoppler-echografie, die veel worden gebruikt in klinische omgevingen, een tweedimensionaal (2D) beeld, wat de evaluatie van het tumorvolume, de grenzen en de relaties met belangrijke omringende structuren beperkt ^7,8. Substantiële klinische ervaring en efficiënt vallen en opstaan zijn vereist voordat chirurgen 2D-beelden naar 3D-ruimte kunnen vertalen. Computerondersteunde 3D-visualisatie kan 2D-beeldvorming gebruiken om een intuïtiever 3D-model te creëren dat kan worden gebruikt voor preoperatieve planning en selectie van behandelplannen, waardoor de communicatie tussen arts en patiënt intuïtiever wordt en meningsverschillen tussen arts en patiënt worden verminderd. Hoewel het model 3D-visualisatie biedt, is het ongrijpbaar. Deze 3D-geleide preoperatieve evaluatie en voorbereiding kan de operatietijd verkorten en de chirurgische risico's verminderen. De 3D-benadering wordt veel gebruikt in de hepatobiliaire chirurgie, orthopedie en mond-, kaak- en aangezichtschirurgie ^9,10. Bij schildklierkanker wordt 3D-visualisatie momenteel gebruikt om te helpen bij ultrasone diagnose en bij het formuleren van chirurgische plannen 11,12,13,14,15.

Daarom zijn wij van mening dat 3D-visualisatie gemakkelijk kan worden toegepast op de diagnose en behandeling van lokaal gevorderde schildklierkanker. Deze visualisatiemethode omvat CT-acquisitie, computerondersteunde 3D-modellering en preoperatieve evaluatie met behulp van 3D-modellen. De 3D-modellen kunnen worden gebruikt om chirurgische moeilijkheden, chirurgische risico's en de mogelijke postoperatieve functionele status te bepalen. Chirurgen kunnen zich bezighouden met gedetailleerde communicatie tussen arts en patiënt, het formuleren van een chirurgisch plan en de bijbehorende chirurgische voorbereiding¹⁶. Bovendien kan deze methode een adequate preoperatieve beoordeling van patiënten bieden, de chirurgische risico's verminderen en de patiënttevredenheid verbeteren zonder het trauma van de patiënt te vergroten.

Protocol

Dit onderzoeksprotocol is goedgekeurd door de ethische commissie van het Sichuan Cancer Hospital (goedkeuringsdatum: 27 september 2019). Alle procedures waarbij menselijke deelnemers betrokken waren, werden uitgevoerd in overeenstemming met de ethische normen van de institutionele en nationale onderzoekscommissies, evenals de Verklaring van Helsinki van 1964 en de latere wijzigingen daarvan. Vóór de operatie werd schriftelijke geïnformeerde toestemming verkregen van alle patiënten.

1. In- en uitsluitingscriteria

1. Neem patiënten op als (1) ze pathologisch bevestigde schildklierkanker hebben en een chirurgische behandeling nodig hebben; (2) ze hebben uitgebreide lokale tumorinfiltratie, zoals T3-T4 (American Joint Committee on Cancer TNM-stadiëring, achtste editie), of als metastatische laesies belangrijke structuren zoals de luchtpijp, slokdarm en grote bloedvaten zijn binnengedrongen; (3) zij en hun familieleden bieden zich vrijwillig aan voor computerondersteunde 3D-visualisatie; en (4) ze hadden geen contra-indicaties voor anesthesie.
2. Sluit patiënten uit als ze geen chirurgische behandeling ondergaan.

2. Beeldvorming acquisitie

1. Verkrijg duidelijke en verbeterde CT-beelden (inclusief veneuze en arteriële fasen) van de patiënten met behulp van een spiraalvormig CT-systeem met 256 lagen. De scanparameters zijn als volgt: 120 kV, 120 mA, 512 x 512 matrix, 0,625 mm laagdikte, 150 HU-drempel en 10-20 s arteriële scanvertraging.
2. Verkrijg de scangegevens van het CT-systeem in DICOM-formaat.

3. Computerondersteunde 3D-modellering

1. Importeer de gegevens in de 3D-visualisatiesoftware (Afbeelding 1A).
   1. Klik op de knop Openen om het document met de patiëntgegevens in DICOM-formaat te selecteren. Importeer de gegevens in de software.
   2. Verwerk de gegevens voor Gaussiaans afvlakken als de oorspronkelijke gegevens veel beeldruis bevatten (Figuur 1B). Selecteer de gegevens met de rechtermuisknop en klik vervolgens op de knop Gaussiaans afvlakken .
2. Reconstrueer verschillende structuren in het doelgebied (borst en nek) afzonderlijk.
   1. Selecteer verschillende modellen (bijvoorbeeld huid en botten) in de software op basis van de structuur die moet worden gereconstrueerd (Figuur 2A).
   2. Stel de kleur, maximale drempel en minimumdrempel in op basis van de gereconstrueerde structuur op CT (Figuur 2B). Stel verschillende drempels in voor het bot en de huid. Pas de bovenste en onderste drempels aan op basis van het waargenomen voorbeeldeffect (Figuur 2C).
   3. Klik op de knop Berekening om de voorlopige reconstructie van het 3D-model te voltooien (Figuur 2D).
3. Wijzig de gesegmenteerde gegevens.
   1. Zodra de segmentatiegegevens van structuren zoals de bloedvaten, huid en botten zijn verkregen (figuren 3A-C), gebruikt u de knop Smoothing Algorithm om de gesegmenteerde gegevens te optimaliseren en ervoor te zorgen dat de gereconstrueerde zaagtandranden overeenkomen met het echte weefsel.
   2. Gebruik vervolgens de knop Navigatie met één klik om de 2D- en 3D-afbeeldingen te zoeken (Afbeelding 3D) en bepaal of het segmentatie-effect nauwkeurig was. Gebruik de pen of het penseel om de onjuiste lagen te corrigeren (Figuur 3E).
      OPMERKING: De 3D-modellering wordt bereikt na het verkrijgen van de segmentatiegegevens van alle constructies.

4. Preoperatieve evaluatie

1. Bekijk het 3D-model en let goed op het tumorvolume en de locatie en de relaties tussen de tumor en de aangrenzende weefsels met behulp van de functies Vergroting, Rotatie, Weefseltransparantie en Scheiding en een combinatie van verschillende structuren. Observeer bijvoorbeeld de mate van tumorinvasie in de gemeenschappelijke halsslagader, slokdarm en luchtpijp.
2. Bepaal de reikwijdte van chirurgische resectie, de mate van functionele beperking na resectie en het postoperatieve adjuvante therapieplan op basis van de evaluatie van het 3D-model. Implementeer effectieve en intuïtieve arts-patiëntcommunicatie om aan de verwachtingen van de patiënt te voldoen en het behandelplan van de chirurg uit te leggen.

5. Chirurgie

1. Verwijder de tumor volgens het preoperatieve plan en de intraoperatieve observaties van de tumor en de aangetaste vitale organen.
2. Voer tumorreducerende chirurgie uit met intraoperatieve etikettering voor postoperatieve adjuvante therapie bij afwezigheid van een reparatieplan.
3. Repareer defecten veroorzaakt door de resectie en voer indien nodig functionele reconstructie uit op basis van het operatieve plan en de intraoperatieve situatie.

Resultaten

Van december 2017 tot juli 2021 ondergingen 23 patiënten met lokaal gevorderde schildklierkanker 3D-modellering. Van deze 23 patiënten werden er 4 uitgesloten van chirurgie vanwege chirurgische risico's, en de overige 19 patiënten werden behandeld met een operatie volgens 3D-modellering (tabel 1). Alle 19 patiënten hadden lokaal gevorderde schildklierkanker, waaronder 14 voor wie dit de eerste diagnose was, 16 die verschillende gradaties van kortademigheid hadden en 18 die grote tumoren in de nek hadden ...

Discussie

Voor recidiverend en gemetastaseerd gedifferentieerd schildkliercarcinoom (DTC) heeft chirurgische behandeling nog steeds de voorkeur¹⁷. De 5-jaars ziektespecifieke overleving van patiënten met DTC en R0-resectie is 94,4%, wat aanzienlijk hoger is dan dat van patiënten met R1-resectie (67,9%)². Het bereiken van ziektebestrijding in de nek is cruciaal voor het bereiken van een betere kwaliteit van leven en ziektespecifieke overleving voor patiënten⁴. ...

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
Brilliance 256-layer spiraalvormige CT-systeem	Philips Healthcare, Andover, MA, USA	N/A	Gebruikt voor gewone en verbeterde CT-beeldvorming
3D-Matic digitale medische softwaretoepassing	Anhui King Star Digital S&T Co. Ltd.	N/A	Gebruikt voor computerondersteunde 3D-visualisatiereconstructie