拓扑分析法改进64排螺旋CT三维重建及其对胃周动脉的显示能力及在腹腔镜胃癌根治术中临床意义

发布时间：2017-03-30 07:01

  本文关键词：拓扑分析法改进64排螺旋CT三维重建及其对胃周动脉的显示能力及在腹腔镜胃癌根治术中临床意义，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：背景腹腔镜胃癌根治术由于具有创伤小、术后疼痛轻、机体免疫功能影响小、胃肠功能恢复快及住院时间短等优点,并且在手术死亡率、并发症率、术后生存率等方面与剖腹手术效果相当,所以被越来越多的外科医师所认可。近年在东方国家中,关于LAG的高级别医学证据不断呈现。但是,在腹腔镜胃癌根治手术中,由于去了手的触觉,对于组织和血管的判断更加困难；腹腔镜下的手术视野不能像开腹手术获得全面的三维视角,单纯而局限的二维视图难以获得空间构象的全面认知；虽然腹腔镜的局部放大作用有利于精细操作,但同时降低了对毗邻关系的判别力,这将给腹腔镜下辨识胃周血管解剖带来一定难度。因此,如何通过术前检查更准确的评估肿瘤位置,识别变异的解剖结构,对优化手术流程,保证手术安全进行有重要意义。以计算机断层扫描为基础的组织三维重建技术,自1970年提出以来,已经在骨科、神经外科等领域起到越来越重要的作用。随着扫描设备及扫描技术的不断更新、进步,扫描结果的质量在不断的提升,重建技术也不断完善。目前,骨骼系统和中枢神经系统的三维重建日趋完善,也越来越被医生作为诊断和评估病情的重要资料。与之相比,腹部组织的重建技术有着明显不足：一方面可以重建的组织有限：目前仅在实体器官和腹部血管有着比较成熟的重建技术,在腹腔血管及实体脏器如肝、脾等有较好的重建效果,而缺少空腔脏器的重建技术；另一方面重建的效果受制于CT原始数据,在存在各种腹部疾病的情况下,如腹膜炎腹腔积液、腹腔占位性病变、严重的肠粘连等影响到CT原始数据,目前的重建手段均难以达到理想的效果。虽然目前该技术存在诸多制限,但也在肝胆外科、泌尿外科、胃肠外科有重要的作用。越来越多的腹部手术专家肯定了术前腹部增强CT及重建对手术安全的重要意义。然而,不能全面展现腹部脏器和组织始终制约着这项技术的发展和应用。拓扑学(General Topology)主要是研究拓扑空间的自身结构及其间的连续映射的学科。G. Cantor于1895,1897年的论文建立了集的理论,这导致了20世纪早期F. Hausdorff, M. Frechet, C. Kuratowski等数学家对拓扑空间概念的建立,而一般拓扑学进一步发展的基础的奠定主要归功于P. Urysohn, P. Alexandroff及A.Tychonoff等。起源自图形学研究的拓扑学,在图象的分析与重建有着独特的作用。在众多CT重建方法中,最终重建结果的拓扑学检验具有重要的作用。在医学三维重建技术中,向量运算在空间构建和分析上有着重要的作用。几何向量(也称为欧几里得向量),指具有大小和方向的几何对象,可以形象化地表示为带箭头的线段。空间结构的拓扑性质与其具体形状无关,而是取决于该空间结构的自身性质,如连续性、开放或封闭以及各组分之间的关系。因此使用拓扑检验分析CT数据可以避免因为器官形状上的个体差异以及位置上的异常引起的变差。针对拓扑性质对解剖结构的特征性描述,本研究着眼于将拓扑检验加入重建前的数据分析中,通过拓扑分析建立拓扑关系与解剖学中脏器相对位置的对应关系。并将经典解剖学的既有知识与拓扑分析、辅助重建工作相结合,提高最终模型的完成质量。目的本文的第一部分旨在讨论保证前端数据的稳定性情况下,在数据处理过程中引入拓扑分析分析脏器间的拓扑关系.来分析血管的脏器、血管的解剖学关系,最终在解剖学的指导下改进腹部实体器官的重建结果；而在本文的第二部分则基于64排螺旋CT扫描数据的动脉血管的三维重建,对469例腹腔血管三维重建结果腹腔血管的分型进行深入研究,并讨论其对腹腔镜胃癌根治术中操作的意义对进行分析。方法1.拓扑分析法改进64排螺旋CT三维重建效果(1)研究对象：2014年3月～2014年5月,随机选择18例临床推荐行腹部增强扫描患者纳入本研究,男13例,女5例,年龄32～73岁(平均56岁)。(2)CT扫描流程：患者空腹6h以上,扫描前半小时口服600ml温开水充盈肠道,临扫描前3min再口服300ml温开水充盈胃和十二指肠。18例患者都使用SIEMENS 64排双源CT扫描机,扫描条件：管电压120KV、管电流250mAs,采用0.5x64排探测器组合,层厚0.5mm、层间距0.3mm,准直螺距0.984,球管旋转一周时间0.4s。患者的CT扫描序列包括平扫期、动脉期、门静脉期以及实质期。根据扫描确定扫描范围(膈顶至肾下极),在完成CT平扫后,采用采用小剂量预注射技术：所有检查者行Test Bolus (4ml/s,20ml)获取动脉期小剂量预注射时间密度曲线(TDC)。上述检查完成后,使用经双筒高压注射器(A管为对比剂1.2ml/KG上限100ml,B管生理盐水20m1)注射大剂量,注射速度均为4ml/s,于腹部动脉CT值预计达到100Hus延迟5s以160kV(p)进行动脉期扫描；而门静脉期和实质期分别延迟45秒及2分钟。(3)图像筛选及拓扑分析：通过测量每组CT图像的噪声值即像素标准差对CT图像进行筛选。以信噪比及噪声值作为CT的评估标准,对于不满足AP11.5, PVP12.0,CNR动脉27.5,CNR门静脉9.5,CNR肝脏5.6的CT图集,由于可能导致较大的偏差,不进行后续的处理。通过拓扑的非刚性配准的在同一CT集中的不同图像组间建立映射关系,在数据进行分类后的基础上分析点之间的连续性关系,同时进行升维处理以构建欧几里德四维空间矩阵,根据矩阵内部的拓扑性质分割为子矩阵的集合,这样一方面我们可以采用与传统解剖学知识相比对的方法来识别这些拓扑空间集,另一方面也可以提取拓扑空间集的信息提供个体的解剖信息。(4)三维重建：在MINIC 17.0软件中运用thresholding工具进行分割后,根据组织性质不同选择联合morphology operation erode工具与smart expand工具或boanboast工具优化分割结果,并完成初步的重建结果。然后根据计算获得的拓扑信息结果,对导入3dmax软件中三维重建的结果进行优化,包括增加解剖结构信息以及根据拓扑结构剔除额外组块。2.64排螺旋CT血管三维重建对胃周动脉的显示能力及其临床意义(1)研究对象：2012年11月～2013年12月,随机选择469例临床推荐行腹部增强扫描患者纳入本研究,男322例,女147例,年龄5-85岁(平均48岁)。肝脏占位149例(其中合并肝胆管结石13例,合并食管胃底静脉曲张6例),单纯肝胆管结石66例,胃十二指肠占位61例(其中合并肝胆管结石9例),单纯食管胃底静脉曲张111例,胰腺占位26例(合并肝胆管结石2例),脾占位43例,正常13例。(2)64排CT原始扫描数据采集设备SIEMENS 64排双源CT扫描机(德国)。高压注射器采用MEDRAD双筒高压注射器(美国)。图像后处理工作站为SIEMENS 64排双源CT扫描机自带的StartVitred工作站。(3)扫描参数：管电压120KV、管电流250mAs、每旋转1周时间为0.4s、螺距(pitch)0.984、层厚5mm。(4)平扫和动态CT增强扫描：平扫：采用0.5X64排探测器组合,以层厚5mm、间隔3mmm,螺距(Pich)0.984,球管旋转一周时间0.4s,扫描视野40---50cm,矩阵512x512。开始常规上腹部平扫。CT增强扫描：采用采用小剂量预注射技术：所有检查者行测试剂量(Test Bolus) (4ml/s,20ml)获取动脉期小剂量预注射时间密度曲线(TDC)。上述检查完成后,再经A管注射大剂量对比剂(1.2ml/KG,上限100m1),B管生理盐水20ml,注射速度均为4ml/s,于动脉期小剂量预注射峰值时间行MSCTP容积扫描。(5)图像保存及处理：将扫描后的断层图像发送至StartVitred后处理工作站,重建方法为：①最大密度投影法(maximum intensity projection, MIP);②多平面重建(Multi-Planar Reconstruction, MPR);③容积再现技术(volume rendering, VR)。根据以上三种重建方法,调整不同域值和模式,重建出满意的CTA图像,依据系统解剖学知识,对影像在三维空间做任意角度的观察,分析胃周动脉血管的全貌,观察胃周动脉动脉的显示情况和形态学差异。所有重建血管经两位经验丰富的影像科医师共同分析,达成一致意见,如果不能达成共识,则听取第三位影像学医师的意见。变异的动脉结构根据Michel's分类及Ichirota Iino分型标准,然后对其进行分析和分型。结果1.拓扑分析法改进64排螺旋CT三维重建64排螺旋CT扫描数据图像：共采集四个时期：平扫期、动脉期、门静脉期、静脉期,得到四套完整的数据。每套数据图像526张,格式DlCOM,数据集大小278MB。器官轮廓清晰,各管道造影剂充填良好,各种血管管道清晰,动脉期：腹主动脉及其各个分支均清楚显示,腹腔干及胃左动脉、肝总动脉、脾动脉以及下属分支均能清楚显示图像的质量分析：经过计算各组CT图像的平均噪声、信噪比等参数,采用AP11.5, PVP12.0,CNR动脉27.5,CNR门静脉9.5,CNR肝脏5.6作为筛选的标准。通过这样的筛选,选择5例作为进一步分析与重建的对象。拓扑分析：将图像信号转换为数字信号,并对数字信号进行后续分析。进过拓扑分析,每例获得的子矩阵数量在10到13。这种区别取决于一些小的血管显像情况,例如胃右动脉。通过连续性分析获得子矩阵间的关系。并将这些子矩阵间的拓扑关系与对应器官在传统解剖学上的位置关系的相比较。三维重建：我们完成了5例重建,其中4例重建中包括腹腔脏器、腹腔动脉及门静脉系统,1例因为数据缺乏不能完成胃的重建。我们通过展示胃,肝,脾,胰腺,腹主动脉及其分支,门静脉及其属支等细节对三维重建结果进行了改进。2.64排螺旋CT血管三维重建对胃周动脉的显示能力及其临床意义469例中5例因肝动脉显影异常未能显示肝脏动脉情况,其余464例完整显示腹腔干各级主要分支。因为血管灌注的个体差异性,只有部分患者的胃右动脉(n=337)、胃网膜左动脉(n=350)、胃网膜右动脉(n=371)显示清晰。其余重建结果满意.464例重建清晰显示肝动脉动脉情况。其中经典肝动脉解剖者为346例(73.8%),肝动脉变异者为119例(26.1%)。其中Michel's Ⅱ型28例(6.0%),Ⅲ型16例(3.4%),Ⅳ型6例(1.3%),Ⅴ型32例(6.8%),Ⅵ型为2例(0.4%),Ⅶ型2例(0.4%),Ⅷ型7例(1.5%),Ⅸ型14例(3.0%),X型2例(0.4%),另外9例肝动脉变异不在Michel's分型中(1.9%),其中包括2例肝右动脉自腹主动脉发出,6例副肝左动脉自腹主动脉发出,1例副肝左动脉自胃左动脉发出合并肝右动脉自腹主动脉发出。337例重建清晰显示了胃右动脉的起源及走行。参照Ichirota lino的分型办法：其中近端型(胃右动脉起于肝总动脉)54例(11.5%),远端型(胃右动脉起于肝固有动脉及其分支)221例(47.1%),尾端型(胃右动脉起于胃十二指肠动脉)56例(11.9%),其他6例(1.2%),包括3例自脾动脉发出以及3例自肠系膜上动脉发出。结论1.通过分析器官之间的拓扑关系,将数据集合与解剖学之间的关系对应起来,建立了拓扑关系与解剖关系之间的对应关系。在图像数据与解剖学结合的引导下改进了目标脏器的三维重建。这种分析在传统的单纯的血管与器官的重建的基础上,由于显示了更多的腹部脏器的信息,可能具有更高的应用价值。2.多层螺旋CT清晰显示了腹腔各脏器及其血管,其三维重建结果准确地反映了胃周血管解剖和正确的空间关系,形态逼真,立体感强。提示术前MSCTA扫描及三维重建对腹腔镜胃癌根治术前判断组织解剖关系,以及术中淋巴结清扫有重要意义,也有助于避免术中出血及其他并发症,可能成为胃癌腹腔镜手术前重要的检查手段。也有利于外科医师学习掌握腹腔镜这一技术。
【关键词】：拓扑分析法 64排螺旋CT 三维重建 腹腔镜胃癌根治手术
【学位授予单位】：南方医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R735.2;R730.44
【目录】：

• 摘要3-10
• ABSTRACT10-21
• 前言21-34
• 参考文献30-34
• 第一部分 拓扑分析法改进64排螺旋CT腹部三维重建34-48
• 引言34-35
• 材料和方法35-38
• 结果38-41
• 讨论41-45
• 参考文献45-48
• 第二部分 64层螺旋CT血管三维重建显示胃周动脉在腹腔镜胃癌根治术中的价值48-63
• 引言48
• 材料与方法48-50
• 结果50-55
• 讨论55-61
• 参考文献61-63
• 致谢63-64
• 读研期间取得的成绩和工作小结64-65

【共引文献】

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1 袁成浩;李泽平;;腹腔镜胃癌D2根治术与开腹手术临床疗效对比分析[J];中外医疗;2015年01期

2 李达周;邹文斌;王雯;李兆申;;早期胃癌的病程及不同治疗方法对其转归的影响[J];中国实用内科杂志;2014年04期

3 张志栋;李勇;赵群;;胃癌微创治疗的进展[J];中国全科医学;2015年03期

  本文关键词：拓扑分析法改进64排螺旋CT三维重建及其对胃周动脉的显示能力及在腹腔镜胃癌根治术中临床意义，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：276472