三维可视化技术在门静脉高压症诊治中的应用研究

发布时间：2019-05-29 06:01

【摘要】：研究背景门静脉高压症由于门静脉系统血流力学的改变而形成广泛、复杂的门体侧支循环,从而导致食管胃底静脉曲张破裂出血、肝性脑病等严重并发症。目前对门静脉高压症的外科治疗手段纷繁多样,并且没有一种固定的手术方式行之有效,如何选择外科手术时机、选择分流术还是断流术、是行选择性断流术还是彻底的断流术、选择何种具体的分流术式、是否切除或保留脾脏等等问题,均存在很大的争议。因此,整体全面地掌握患者门静脉系统的解剖形态和侧支循环的分布,对患者病情评估、制定及优化治疗或手术方案具有重要的临床意义。多层螺旋CT门静脉血管成像(multiple Slice computed tomographic portography, MSCTP)是目前临床上广泛应用的无创性了解、评价门体分流的重要方法。MSCTP技术能在短时间内进行较大范围的容积扫描,通过对图像层厚和层间距进行再重建获取高质量亚毫米薄层数据,结合各种基于CT图像的后处理软件,可提供较清晰的血管三维立体图像。目前基于CT图像的三维血管成像技术主要包括容积再现(VR)、最大密度投影(MIP)、表面遮盖显示(SSD)。VR虽然具有较强的立体效果,但是由于门静脉系统及侧支血管与周围软组织CT值的差值较小,重建效果差,图像干扰大,对CT图像质量要求较高,对较小静脉及大部分侧支循环的显示效果差；SSD同样对静脉系统的显示效果差,目前多用于骨骼系统的显示；MIP虽然对小静脉显示效果较好,但缺乏整体感及立体感,不能显示迂曲血管的全貌,造成空间上被遮挡,容易造成误判,需要结合多个观察角度在阅片者大脑中进行二次重建,终究只是二维图像；各部位侧支循环形成纷繁复杂、迂曲蔓延、相互沟通,已失去了血管的正常解剖特征,并且具有明显的个体差异性,因此同时对脾、胃等相关脏器进行重建,通过随意旋转、拆分、组合、透明化等方式显示侧支血管与各脏器间的空间位置关系显得非常必要。各种基于CT原始数据的三维重建软件已广泛应用于临床,例如法国Myrian XP-liver系统、美国EDDAIQQA-Liver系统、德国MEVIS系统等,国内自主研发的有虚拟肝脏手术规划系统(Liv1.0)、中科院三维医学影像诊断工作站(3DMed)等,但主要是针对肝脏肿瘤的术前评估。本课题组自行研发了具有自主知识产权的腹部医学图像可视化系统(Medical Image Three-Dimensional Visualization System, MI-3DVS),自2006年始,应用该系统对肝胆管结石、肝脏肿瘤、胰腺肿瘤、肝破裂等疾病患者进行活人体个体化三维重建、诊断分析、仿真手术,指导术前手术规划,并取得很好的临床效果。基于该系统的不断改进与升级,其分割与重建速度、血管精细程度都较前提高,面数据的光滑去噪也可通过软件自带的“面数据工具”模块完成,从而摆脱了对FreeForm Modeling System的依赖。目的 1.通过采用MI-3DVS整体、系统地显示门静脉系统及各部位侧枝循环的三维影像特征,评估该软件的三维重建效果。 2.通过对MI-3DVS与MIP、VR对门静脉系统及各侧支循环显示率及图像效果的对比,证实该软件的优越性。 3.根据食管胃底静脉曲张的分布特征及血供特点进行食管胃底静脉曲张的三维分型,并探索该分型的的实际临床价值。 4.结合实际手术过程,探讨MI-3DVS在门静脉高压症病情评估、优化治疗方案、术前规划具有重要的指导价值。材料与方法 1.临床资料收集我院2009年10月至2012年10月收治的门静脉高压症患者亚毫米薄层CT数据。数据纳入标准为：(1)临床诊断门静脉高压症,MSCTP显示有食管胃底静脉曲张；(2)临床诊断为门静脉高压症,MSCTP无明显食管胃底静脉曲张者可见明显的侧支循环形成；(3)区域性门静脉高压症必须伴有明显食管胃底静脉曲张或曲张静脉破裂出血病史。排除标准为：(1)有上腹部外科手术病史(单纯胆囊切除术、胆总管探查术除外)；(2)肝癌门静脉癌栓引起门静脉海绵样变性排除；(3)既往有内镜下曲张静脉组织胶注射治疗、曲张静脉介入栓塞治疗、TIPSS术者排除。符合上述标准数据共57例,其中男45例,女12例,年龄15-77岁,平均52.7岁；19例(33.3%)有上消化道出血病史,11例(19.3%)为复发出血；肝功能按Child-pugh分级,A级35例(61.4%)、B级11例(19.3%)、C级11例(19.3%)。52例(91.2%)伴不同程度的肝硬化,乙肝病毒表面抗原阳性31例(55.4%)。临床症状：伴不同程度腹水21例(36.8%)；腹壁静脉显露或曲张20例(35.1%)；54例(94.7%)不同程度脾肿大,18例(31.6%)肋下可触及,32例(56.1%)存在不同程度脾功能亢进；9例(15.8%)伴肝癌。3例门静脉海绵样变性,4例区域性门静脉高压症,3例布加综合症。所有患者均签订知情同意书,经南方医科大学伦理委员会批准,符合医疗护理操作常规。 2.设备 (1)64排螺旋CT (PHILIPS BRILLIANCE64排螺旋CT扫描仪,探测器组合为0.625mmx64)及其自带Mxview后处理工作站；(2)双筒高压注射器及造影剂；(3)高配置计算机[处理器：英特尔Core i5-2320@3.00GHz四核；主板：华硕P8Z68-V GEN3(英特尔Z68芯片组)；内存：8GB(金士顿DDR31333MHz)主硬盘：西数WDC WDIOEARX-OONOYBO (1TB/7200转／分)；显卡：Nvidia GeForce GTX560(1GB/华硕)；显示器：飞利浦PHLC060Philips243E(24英寸)]；(4)腹部医学图像三维可视化系统MI-3DVS。 3.影像学扫描参数详见正文文献。 4.数据采集详见正文文献。 5.图像三维重建 CT数据的VR、MIP的三维重建由研究者及影像诊断医师在Mxview后处理工作站中共同完成。MI-3DVS的三维重建由研究者完成,方法是：采用“血管重建”模块对门静脉系统及侧支循环进行分割、重建,分割以“域值分割法”为主；采用“器官重建”模块对腹腔内器官进行分割、重建,分割采用“区域生长法”为主；皮肤的重建可采用“皮肤重建”模块,部分静脉还可采用“细小血管重建”模块三维重建。 6.目标血管包括胃左静脉、胃后静脉、胃短静脉、食管胃底曲张静脉及食管旁静脉、自发性脾/胃—肾分流、脐静脉/附脐静脉及腹壁静脉、胆囊静脉与胆管周围静丛、肝内分流、网膜血管、腹膜后曲张血管等。 7.研究设计 (1)对57例患者均采用MI-3DVS、VR及MIP对脾胃区曲张血管重建,对其显示率及三维图像效果进行评估。判断为显示的标准为：在MI-3DVS、VR中,重建胃左静脉、胃短静脉、胃后静脉显示起始部位以上长度大于2cm,食管旁静脉曲张、自发性分流显示血管的起始及延续性,并去除周围非血管干扰为显示,否则不显示；在MIP中,能显示血管的起始及延续性为显示,否则不显示。(2)根据食管、胃底静脉曲张的分布及供血来源的三维特征,并参考Sarin等提出的胃镜下曲张静脉分型,进行曲张静脉的三维分型。(3)应用MI-3DVS三维结果指导手术规划,结合手术实际评估该系统的实际临床价值。 8.统计学方法数据统计用SPSS13.0统计软件。MI-3DVS、VR及MIP三组间对各侧支血管的显示率比较采用随机区组设计方差分析,三者间两两比较采用Bonferroni法检验。 9.手术对照依据门静脉系统及侧支循环的三维影像资料,并结合临床情况,对有手术适应症的13例患者施行手术治疗,具体手术方式根据术前影像学及血流动力学制定。将术中探查所见与术前影像资料所示进行对比、分析和总结,以评价MI-3DVS系统在门静脉高压症的术前影像学诊断准确性及手术方式选择合理性方面的应用价值。结果本组57例患者上腹部薄层CT均采用MI-3DVS、MIP及VR进行三维重建。采用MI-3DVS进行相关脏器(肝脏、脾脏、胃、胰腺、胆囊等)、门静脉系统及脾胃区侧支循环进行三维重建,血管显示系统、完整,细小血管予直观显示,所得图像美观、立体感强,不同部位侧支血管形成也各具特点。 1. MI-3DVS、MIP、VR重建对各侧支血管的显示率的比较 MI-3DVS、MIP、VR重建对胃左静脉(91.2%VS89.5%VS68.4%,)、胃短静脉(68.4%VS73.7%VS17.5%)、胃后静脉(43.9%VS49.1%VS14.0%)、食管旁静脉曲张(49.1%VS52.6%VS12.3%)、胃肾分流(24.6%VS22.8%VS10.5%)等侧支血管的显示率存在明显差异性P0.05(P=0.000))。三种方法两两比较采用Bonferroni检验,MI-3DVSvsMIP显示率无明显差异P0.05(P=0.933)； MI-3DVS显示率明显高于VR,P0.05(P=0.001)。 2. MI-3DVS对各部位侧支循环三维重建的特征通过典型的三维图像展示食管胃脾区、胃肾／脾肾自发分流、腹壁交通血管区、胆囊静脉与胆管周围静脉区、腹膜后交通血管区、肝内自发性分流等侧支循环的特征。 3.三维分型结果根据食管、胃底静脉曲张的分布及供血来源的三维特征,将食管胃底静脉期曲张分为A型(A1和A2型)、B型(B1和B2型)、C型。对食管胃底静脉曲张51例(89.5%)分型,分别为17例(33.3%)、17例(33.3%)、5例(9.8%)、4例(7.9%)、8例(15.7%)。 4.手术结果根据术前MI-3DVS重建显示静脉系统及其侧支循环,并结合临床情况,对13例患者施行手术,其中断流术9例,近端脾-腔分流术2例,脾-肺固定术1例,1例胃胰尾肿瘤导致区域性门静脉高压症,行胰尾联合脾切除。术中探查所见与术前三维成像所示相符,手术按预期方案进行并获得满意的效果。结论 1.通过MI-3DVS对门静脉系统,侧支血管及肝脏、脾脏等相关脏器的共同显示、透明化显示、随意旋转、缩放,能完整、系统、准确地显示门静脉系统及侧支循环的部位、起始、走行、交汇方式、比邻关系； 2.通过对MI-3DVS与MIP与VR对门静脉系统及各侧支循环显示率及图像效果的对比,提示该系统相对于上述两种方法具有较明显的优越性； 3. MI-3DVS能显示胃左静脉、胃后静脉、胃短静脉、食管旁静脉等对食管胃底曲张静脉的供血关系,结合胃的重建模型,可以明确曲张血管的精确位置、直径、形态等；根据曲张血管形成的具体部位及供血特征,可进行个体化的分型,指导手术规划。 4.结合实际手术过程、MI-3DVS三维个体化分型,MI-3DVS在食管胃底静脉曲张手术方式及手术时机选择具有重要指导价值,是一个非常好的临床工具,并且随着诊疗水平、手术水平的提高,其意义也不断体现。
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【学位授予单位】：南方医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R657.34

【参考文献】