研究背景:卵巢肿瘤(OvarianTumor)是女性生殖系统常见的肿瘤。其中卵巢恶性肿瘤是女性生殖器三大恶性肿瘤之一,死亡率最高,进展迅速,70%～80%的卵巢恶性肿瘤病人发现时已为晚期。卵巢虽小,组织复杂,各种肿瘤病理类型均可发生,是全身各脏器肿瘤类型最多的部位,且卵巢肿瘤早期没有症状,传统的处理方法或是期待疗法静观其变或是剖腹探查,此举的后果或是导致延误诊治或是过度治疗,为临床诊断及鉴别诊断带来一定困难。因此,如何做到卵巢肿瘤患者的早期诊断、早期治疗,最大限度地减少对患者的伤害是目前亟待解决的一大难题。随着科学技术的发展,出现越来越多的交叉学科。数字医学(Digital Medical Research)是集医学、生物力学、机械工程学、电子学、自动控制、数学分析等多学科为一体的新型交叉研究学科,其发展促使现代的医疗诊治手段与观念发生着巨大的变化。近年来,随着影像学的发展,计算机虚拟现实技术在医学领域中的应用得到了飞速的发展。三维重建系统利用这些图像信息进行三维图像重建,为外科医生制订手术方案提供了客观、准确、直观、科学的依据。1989年美国国立图书馆(National Library of Medicine,NLM)建立人体形态学资料检索系统,提出可视人计划(Visible Human Project,VHP),开创了可视人研究的新纪元。随后欧洲的一些国家及日本、韩国、新加坡等陆续也有进展,提出了包括可视胚胎计划、虚拟细胞计划、人类脑计划、可视鼠计划、哈佛大学虚拟外科计划等著名项目。2001年中国召开了“中国数字化虚拟人体的科技问题”会议,同年“数字化虚拟人体若干关键技术”项目,列入了国家高技术发展计划(863计划)。自此国内数字人研究得到了迅猛发展。2002年第三军医大学完成了中国数字化可视人体的数据采集工作,次年第一军医大学(现南方医科大学)构建完成中国女性虚拟人数据集。数字医学的基础研究和应用研究正方兴未艾。如复旦大学数字医学研究中心完成了断层图像的三维重建,浙江大学数字医疗工程研究中心构建了基于粘弹性模型的生物体软组织变形模型,南方医科大学方驰华课题组研发了肝脏虚拟仿真手术系统。目前数字化人体相关研究得到了进一步开展,其可将二维平面图像转为三维立体图像,有助于直观、形象地观察各器官空间解剖位置,现已广泛用于脑、肺、肾及肝等脏器的研究,但有关女性盆腔三维重建的应用研究较少,女性盆腔是一个解剖结构极其复杂的部位,其包含的泌尿、生殖和消化三大系统间关系密切,因此了解数字化人体在妇产科的相关应用研究,将有助于深入了解盆腔各器官间的关系,为教学、科研、临床微创手术等方面进一步开展提供新方法、新手段。本课题基于中下腹部64排CT亚毫米扫描数据,通过运用腹部医学三维可视化系统(MI-3DVS),对盆腔血管、子宫、膀胱、卵巢肿瘤等进行三维重建,为各种卵巢肿瘤的术前正确诊断、手术评估、术中最佳手术路径的选择、手术损伤及对邻近组织损害的减小、肿瘤精度定位及手术成功率的提高以及个体化治疗的施行提供形态学依据。第一部分64排螺旋CT盆腔血管成像静脉期最佳扫描时间探讨目的:探讨盆腔血管成像(Computed Tomography Angiography,CTA)静脉期扫描时间的选择,以确定最佳的扫描时相,从而提高女性盆腔脏器的三维显示率,并用于女性盆腔三维重建的研究。方法:应用智能同层触发技术(Smart Prep),优化64排螺旋CT盆腔血管成像(MSCTA)中静脉期的最佳扫描时像。选取我院自2010年8月至2010年11月因其它疾病在肝胆科、泌外科住院行中下腹部CTA检查,结果提示无盆腔病变的30例女性检查者。扫描条件120kV、300mAs;采用0.625×64排探测器组合,以螺距为0.984,间隔5 mm,层厚5mm,每旋转1周时间0.5s,开始常规平扫。用高压注射器经肘正中静脉注射非离子型造影剂优维显370(Ultravist含碘370mg/ml),剂量1.5ml/kg,注射速率4.5ml/s。利用智能同层触发技术(SmartPrep),腹主动脉血液造影剂浓度梯度达到200HU时延迟5～6s为采集起点。按静脉期扫描开始时间将30名患者随机分为A、B、C三组,每组10人,分别为注射造影剂后65～70s(A组)、85～90s(B组)、105～110s(C组)三组。在第4骶椎层面测量髂内静脉及子宫的CT值。经过统计方法进行处理后,确定盆腔CTA中静脉期扫描的最佳时像。结果:延时85～90s时髂内静脉及子宫体部强化明显,与膀胱及肠管对比度高,静脉血管边缘光滑,血管与周围肌肉组织差异明显。经统计学分析表明静脉期扫描的时间选择注射造影剂后85～90s为佳。结论:扫描条件120kV、300mAs;采用0.625×64排探测器组合,以螺距为0.984,间隔5mm,层厚5mm,每旋转1周时间0.5s,造影剂剂量1.5ml/kg,注射速率4.5 ml/s。腹主动脉血液造影剂浓度梯度达到200HU时延迟5～6s为采集起点。选择静脉期扫描开始时间为注射造影剂后85～90s,可以作为盆腔CTA数据采集的参数。第二部分三维可视化技术在卵巢肿瘤诊治中的应用研究目的:利用腹部医学图像三维可视化系统(MI-3DVS),对不同类型卵巢肿瘤患者的盆腔结构进行三维重建,获得数字化解剖模型,并运用到卵巢肿瘤的临床诊断以及手术治疗中,探索其在精确选择手术方式中的临床应用价值。方法:1.研究对象:我院自2010年12月至2012年3月期间根据妇科检查及B超检查初步诊断为卵巢肿瘤的65例住院患者,根据术后病理结果分类,其中良性肿瘤30例,年龄18～60岁,平均年龄42.5岁;恶性肿瘤25例,年龄26～72岁,平均年龄50.5岁;交界性肿瘤10例,年龄30～65岁,平均年龄47.5岁。临床表现各异,有的毫无任何感觉,只是在体检时发现;有的纳差、腹胀、隐痛不适;有的不规则阴道出血、腹部包块及腹水等。所有患者均行64排螺旋CT盆腔血管成像,数据采集前均未接受放化疗或手术。65例患者行CTA检查前均签署知情同意书。2.设备:(1)64排螺旋CT——PHILIPS Brilliance 64(荷兰PHILIPS公司)(2)图像后处理Mxview工作站——PHILIPS Brilliance64层螺旋CT自带(3)FreeForm 触觉式设计系统(FreeForm Modeling System,美国SensAble Technologies 公司)(4)力反馈设备PHANTOM——(PHANTOM Desktop)(5)ACDSee 图片编辑器 12.0(ACDSee Photo Manager 12.0,ACD System Ltd.)(6)自主研发医学图像三维可视化系统(MI-3DVS,软著登记第105977)3.CT扫描参数设定、数据存储及三维重建常规平扫时患者取仰卧位,头足方向,由双肾上缘至股骨大转子下3cm。扫描条件:管电压120KV、管电流250 mAs,采用0.625×64排探测器组合,层厚5mm、层间距5mm,螺距0.984,球管旋转一周时间0.5s。患者检查前禁食至少4 h,扫描前30min口服1000ml清水充盈膀胱,作为阴性对比剂。先行平扫再进行增强扫描。增强扫描采用自动高压注射器经肘正中静脉进行团注非离子碘造影剂优维显370(Ultravist含碘370mg/ml),造影剂剂量1.5ml/kg,注射速率4.5ml/s,腹主动脉血液造影剂浓度梯度达到200HU时延迟5～6s为采集起点,静脉期延时85～90s。扫描结束后将图像数据传至Mxview工作站,在Mxview工作站进行三期数据(平扫期、动脉期和静脉期)的刻盘存贮。数据格式为DICOM(DigitalImaging and Communications in Medicine)3.0,将DICOM格式的图像转换成 BMG格式,并将每张图片的大小由原来的512×512像素转换成304×304像素。4.卵巢肿瘤患者数字化盆腔解剖的构建调整图像大小后导入自主开发的MI-3DVS中,以自适应的区域生长法对盆腔各系统进行序列分割,得到分割后的腹主动脉及其分支、子宫、膀胱等STL(STereo Lithography)格式数据。重建后的STL模型导入FreeForm Modeling System。立体观察盆腔内血管及脏器的空间解剖关系,录制视频及多角度视频截图。5.卵巢血管蒂征与卵巢良恶性关系利用CT自带图像后处理Mxview工作站对65例卵巢肿瘤患者盆腔CTA扫描数据进行多平面重组(Multi-planar reformation MPR)和曲面重组(Curved reformation CPR),分析卵巢血管蒂征的显示情况及其在不同性质的卵巢肿瘤中分布差异。6.基于三维可视化技术分析卵巢肿瘤血供获得的卵巢肿物三维立体图,按照肿物内血管的分布、走行、分支情况等特点,参考Alcazar等对肿瘤内血流分布的评价方法分为三型:①Ⅰ型为肿瘤周边可见弧形或短条状血管,肿瘤内部未见血管分布;②Ⅱ型除周边血管外,肿瘤内部可见稀疏的血管,血管分支简单,走行较平直;③Ⅲ型为肿瘤内部可见丰富的血管或血管网,血管走行迂曲、不规则且分支复杂,肿瘤周边亦可见血管包绕。使用SPSS 11.0统计软件分析,以P<0.05为差异有统计学意义。3组病例所有计数资料采用χ2检验。双侧卵巢发病者,按同一肿瘤性质及性状统计。结果:1.卵巢肿瘤患者数字化盆腔解剖模型构建成功构建卵巢肿瘤患者数字化盆腔解剖模型,该模型重建后,显示腹主动脉及其分支、子宫、膀胱及卵巢肿瘤等结构与重建的骨盆配准融合后,真实地反映在体卵巢肿瘤患者腹主动脉各分支的解剖走行、卵巢肿瘤供血动脉情况,同时也真实生动地再现了子宫、卵巢肿瘤同骨盆、盆腔动脉、盆腔静脉的解剖关系。2.卵巢血管蒂征与卵巢良恶性关系卵巢血管蒂征:表现为与卵巢肿瘤紧密相连的扁平状或扇形软组织影,并与卵巢静脉相连续,此征象是由卵巢静脉和骨盆漏斗韧带构成,若其与肿瘤相融合,则要高度警惕肿瘤来源于卵巢。本研究分析65例患者卵巢血管蒂显示情况:(1)30例卵巢良性肿瘤中显影25例,不显影5例,显影率占83%。(2)25例卵巢恶性肿瘤中显影23例,不显影2例,显影率占92%。(3)10例卵巢交界性肿瘤中显影9例,不显影1例,显影率占90%。本组卵巢血管蒂征出现率为87.7%。通过统计学分析后,可以得出卵巢血管蒂征的显示率与卵巢肿瘤的良、恶性无统计学差异。3.三维可视化技术对卵巢肿瘤血供分型的研究三组血管类型分布与卵巢肿瘤性质存在相关性(χ2=43.93,υ=2,P=0.00),良性组以Ⅰ型血管为主,恶性组以Ⅱ、Ⅲ型血管为主。后者在肿瘤内部可见丰富的血管或血管网,血管走行迂曲、不规则且分支复杂,肿瘤周边亦可见血管包绕。交界性肿瘤大多在良性基础上衍变成为“低度恶性倾向”,本组10例交界性肿瘤中有8例肿瘤血管类型表现为复杂型Ⅱ型、Ⅲ型,由此提示了瘤灶的血供与肿瘤属性之间的关系。本课题的研究还显示,卵巢肿瘤的囊实性与血管类型存在相关性(χ2=13.27,υ=2,P=0.00)。囊性肿瘤血管类型以Ⅰ型血管为主,囊实性肿瘤及实性肿瘤以Ⅱ、Ⅲ型血管为主。实性、囊实性的卵巢肿瘤与囊性肿瘤之间的血管类型分布比较也具有显著性差异,P<0.05,但囊实性肿瘤及实性肿瘤之间血管类型分布无统计学差异,P>0.05。结论:1.本研究在基本无损于患者健康的前提下,按照前期研究得出的扫描参数及扫描条件,利用腹部医学可视化三维系统(MI-3DVS),构建出在体卵巢肿瘤患者的数字化盆腔解剖模型,立体观察各解剖结构的空间关系。2.构建卵巢肿瘤患者的数字化盆腔解剖模型,该模型真实地反映了卵巢肿瘤与子宫、膀胱、骨盆、盆腔动脉、盆腔静脉等盆腔各组织器官的解剖关系。通过重建卵巢肿瘤的血管,可使卵巢肿瘤血管的显示更加逼真、立体感强、空间位置关系明确,有利于分析肿瘤的血供状况,有助于术前准确判断肿瘤来源及肿瘤性质的初步评估。3.将卵巢肿瘤血管蒂征在不同性质卵巢肿瘤的显示情况中进行了统计,运用统计学方法得出卵巢血管蒂的显示率与卵巢肿瘤性质无显著相关性。4.运用三维可视化技术构建的卵巢肿瘤患者盆腔血管网及盆腔脏器的数字化模型,可以让临床医生充分了解病情,为卵巢肿瘤患者制定最佳的手术术式及选择个体化的治疗方案提供依据。