宫颈癌是最常见的妇科恶性肿瘤之一,位居女性生殖系统恶性肿瘤第二位,据WHO统计,宫颈癌每年新发病例约有50万例,其中85%的病例在发展中国家。而我国高达13.15万,占世界宫颈癌新发病例的28.8%,而且呈年轻化趋势。全球每年约有20万妇女死于此病,其中5.3 万发生在我国,是严重威胁我国妇女生命健康的疾病。广泛性子宫切除术(Radical Hysterectomy,RH)+盆腔淋巴结切除术(Pelvic Lymph Node Dissection,PLND)是治疗早期宫颈癌的标准术式,RH是为了切除原发病灶,PLND是为了判断盆腔淋巴结是否存在转移。虽然盆腔淋巴结转移阳性不影响分期,但淋巴结转移阳性是影响宫颈癌患者预后的独立危险因素,因此了解盆腔淋巴结的个体化分布和状态是行PLND的前提。由于淋巴结伴行于大血管分布,PLND需连续成片的切除盆腔血管周围的淋巴脂肪组织,最后表现为血管“裸化”,这一过程往往容易损伤血管神经,因此,明确淋巴结与血管神经的位置关系、了解盆腔血管神经的解剖学特点,以此指导手术操作以避免损伤是关键。目前临床常用的检测淋巴结的技术包括B超、计算机断层成像(Computed Tomography,CT)、磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)和正电子放射断层造影-计算机断层成像术(Positron Emission Tomography-Computed Tomography,PET-CT)。虽然B超和PET-CT也可检测淋巴结的状态,但B超仅能通过声像特点了解独立淋巴结的大小、位置及形态,无法评估淋巴结与血管神经的关系。PET-CT是功能影像学的一种,在提高诊断准确性的潜力是近期研究的热点,但是它价格昂贵,耗费时间,而且分辨率低,目前暂不作为早期肿瘤常规检查的推荐项目。在临床实践中,CT和MRI是评估盆腔恶性肿瘤分期中最常用的技术。多层螺旋CT提供高分辨率、快速成像和多层重建,满足精确测量。MR成像因对软组织分辨好的优势也更能完善淋巴结的检测。据文献报道,PLND中血管损伤的发生率为0.07%～4.7%,闭孔神经损伤的发生率为5.1%。但实际上,手术过程中盆腔血管神经损伤的发生率远高于报道发生率。对于初学者而言,这种损伤的发生率较高;而对于异常肿大的淋巴结,即使是手术技艺高超者,术中损伤血管神经的机会也明显增高。究其原因,主要有以下四点:一是由于患者盆腔血管神经的关系存在个体化走行的特点,手术过程中稍有不慎或器械使用不当,容易损伤静脉而出现大出血;二是盆腔血管可能存在变异的分支;三是术前新辅助放化疗可能使淋巴脂肪组织与其包绕的血管神经粘连致密,难以分离;四是中晚期宫颈癌患者或部分早期宫颈癌患者盆腔淋巴结因癌灶转移浸润而肿大,由于转移灶刺激淋巴结增生,分泌炎性物质,使其周围脂肪组织粘连变硬,与周围血管神经关系更加密切。尤其当淋巴结与静脉粘连致密时,甚至包绕血管神经,即使是技术熟练的术者,手术难度也较大,稍有不慎即可损伤血管,导致致命性的出血。因此,如能在术前明确盆腔区域淋巴结的分布和状态,盆腔血管的走行与变异,了解淋巴结与血管神经的关系,可使术者做到心中有数,制定个体化治疗方案,减少手术并发症。而这一技术的改良则首先需要在术前对患者盆腔淋巴结、血管和神经的个体化解剖学信息有充分的掌握,才可为这一治疗策略的改进打开局面。但是传统的技术无法在术前准确地显示上述解剖结构之间的关系,而目前新兴的数字化三维重建技术是解决这一问题的突破口。三维重建或可视化简而言之就是一种利用计算机技术将数字化的二维图像进行处理而得到数字化三维模型的形态学研究方法,通过利用数字医学技术,构建不同个体、不同疾病的数字化三维模型,从而了解患者的个体化特点,对疾病诊断及指导治疗有重大的意义。本研究团队的前期研究已充分证明,利用薄层盆腔CT和MRI数据集,成功构建了在体女性骨盆、血管、脏器、肌肉和神经等组织。但上述组织体积较大,呈连续走行,在影像学上容易辨认,重建难度较小。但盆腔淋巴结较小,呈结节状分布于腹膜后血管周围,径线约3mm～8mm,而常规CT和MRI诊断图像层厚较大,只能显示淋巴结的断面,难以满足重建要求。而且淋巴结与周围软组织的关系密切,辨认难度大,这增加了在体盆腔淋巴结数字化三维模型的重建难度。此外,影像学的二维图像只能从横断面、冠状面或矢状面上去了解评估淋巴结与周围血管的平面关系,无法从淋巴结与周围血管神经的立体解剖关系和体积等角度进行手术难度的评估及方案的设计。目前尚缺乏对在体盆腔淋巴结数字化三维模型的建立和解剖学研究。因此,重建在体盆腔淋巴结数字化三维模型是前提,如何选择适于重建在体盆腔淋巴结数字化三维模型的影像学数据又是重建三维模型首要解决的问题,也是本研究的第一个目的。在数字化三维重建模型的基础上,将其应用于手术的术前评估和术中实时指导以实现转化医学的是目前研究的热点。临床医生在术前利用医学影像设备和计算机三维重建技术,对患者的医学影像数据进行三维重建和可视化处理,获得三维模型,进行术前手术风险评估;制定合理的手术计划,开展术前模拟;在术中将三维模型与患者的实际体位进行配准后,在个体化的解剖指导下对病人进行导航手术治疗。我们在前期系列研究中对宫颈癌、子宫内膜癌、卵巢癌、来源不明盆腔包块、子宫肌瘤等疾病进行了数字化三维重建,用于指导术前诊断和制定手术计划,获得了较好的效果,因此,本研究拟在构建在体盆腔淋巴结数字化三维模型的基础上,结合前期已成功构建的盆腔血管神经数字化三维模型,建立宫颈癌盆腔淋巴结切除术数字化三维导航模型,从而进一步制定个体化治疗方案是本研究的第二个目的。为达到上述两个目的,本研究拟在前期基础之上,通过以下三个内容展开研究:1.通过比较基于CT和MRI数据集建立的在体宫颈癌女性盆腔淋巴结数字化三维模型,以术中淋巴结的解剖特点和术后病理结果对比,验证模型的真实性,评估并选择适于重建该模型的数据来源,优化重建方法;2.在选择合适的数据集后,进一步构建正常女性和无淋巴结转移、有淋巴结转移的宫颈癌患者在体盆腔淋巴结数字化三维模型,比较三组盆腔淋巴结的解剖学特点。3.进一步将盆腔血管、神经和淋巴结数字化三维模型相结合,建立盆腔淋巴结切除术数字化三维导航模型,应用拟行PLND的宫颈癌患者术前评估及术中指导。于术前观察和测量三维模型,了解肿大淋巴结的位置、大小、与周围血管神经的位置关系,对血管神经的分布、走行和关系进行测量,指导PLND,从而评价盆腔淋巴结切除术数字化三维导航模型在降低手术并发症,提高手术成功率的价值。第一章利用CTA和MRI数据构建在体盆腔淋巴结数字化三维模型的对比研究[目的]选择适于重建该模型的数据来源,优化重建方法,验证是能重建盆腔淋巴结数字化三维模型。[材料与方法]2014年7月至2014年12月,入选I A2至IIA2期的宫颈癌患者16例,分别于术前构建行CTA和MRI DICOM数据集构建在体盆腔淋巴结数字化三维模型,计算所构建的盆腔淋巴结数量,测量盆腔淋巴结最大平面的最长径线dmax、最短径线dmin和径线比R,于PLND中暴露盆腔淋巴结并采集手术照片,将所切除的盆腔淋巴结及其周围脂肪组织一起送病理检查,统计病理结果中盆腔淋巴结的总数量和径线,比较两组数据重建盆腔淋巴结的效果。[结果]本研究构建了25例基于CTA和MRI数据集的正常女性在体盆腔淋巴结数字化三维模型:(1)16套CTA数据集共构建出盆腔淋巴结243个,MRI数据集共构建出盆腔淋巴结145个。(2)PLND中暴露盆腔淋巴结的位置和大小与数字化三维重建模型的一致。(3)术后病理提示共检出淋巴结395个,基于CTA数据集的盆腔淋巴结数字化三维模型重建率为62%,基于MRI数据集的盆腔淋巴结数字化三维模型重建率为36.71%。(4)16例宫颈癌患者中,所有淋巴结的最大平面的最短径线dmin为1.0～23.9mm,平均(3.8±2.4)mm;最长径线dmax 1.6～33.9mm,平均(6.5±3.6)mm;最大平面径线比为1.0～7.5,平均(2.0±1.1)。[结论]本研究利用CTA和MRI数据集成功构建了在体盆腔淋巴结数字化三维模型,但从重建结果来看,CTA数据集更适合用于淋巴结的重建。这为后续的研究提供模型重建的数据支持、淋巴结转移诊断及手术导航的模型基础。第二章比较正常女性及宫颈癌患者在体盆腔淋巴结数字化三维模型的解剖学特点[目的]了解并比较正常健康女性及宫颈癌患者在体盆腔淋巴结数字化三维模型的解剖学特点。[材料与方法]纳入25例正常健康女性志愿者(正常女性组)、25例术后病理证实淋巴结无转移(无LN转移组)的IB1期至ⅡA2期宫颈癌患者和25例术后病理证实淋巴结转移(LN转移组)的IB1期至ⅡB期宫颈癌患者,分别采集其CTADICOM数据集,并对在体盆腔淋巴结数字化三维模型进行构建,分别计算髂总区域、髂外区域、髂内区域、闭孔区域和腹股沟深区域的盆腔淋巴结数量,测量盆腔淋巴结最大面积的最长径线dmax、最短径线dmin和径线比R,通过比较三组不同盆腔区域淋巴结的大小,分析正常女性及宫颈癌无淋巴结转移和有淋巴结转移患者在体盆腔淋巴结数字化三维模型的解剖学特点。[结果]1、正常女性盆腔淋巴结数字化三维模型的解剖学特点:(1)成功构建的376个基于CTA数据集的正常女性在体盆腔淋巴结数字化三维模型,dmin为1.1～7.5,平均(3.2±1.2)mm;dmaxl.8～11.9mm,平均(5.7±2.2)mm;R为1.0～6.4,平均(2.0±1.0)。(2)正常女性不同盆腔区域的淋巴结各径线存在差异,进一步两两比较:①dmin:腹股沟深淋巴结>髂总、髂外、髂内和闭孔淋巴结(P<0.05):②dmax:腹股沟深淋巴结>闭孔淋巴结>髂总、髂外、髂内淋巴结(P<0.05);③R:腹股沟深淋巴结>闭孔淋巴结>髂总、髂外、髂内淋巴结(P<0.05)。2、无LN转移组宫颈癌患者的盆腔淋巴结数字化三维模型解剖学特点:(1)本研究成功构建了25例无LN转移的宫颈癌患者在体盆腔淋巴结数字化三维模型408个,dmin为1.1～9.0,平均(3.3±1.6)mm;dmaxl.3～14.4mm,平均(6.4±2.7)mm;R为1.0～10.0,平均(2.1±1.3)。(2)无LN转移的宫颈癌患者不同盆腔区域的淋巴结各径线存在差异,进一步两两比较:①dmin:闭孔和腹股沟深淋巴结>髂内淋巴结(P<0.01)。②dmax:腹股沟深淋巴结>闭孔淋巴结>髂外、髂内淋巴结(P<0.05)。③R:闭孔淋巴结和腹股沟深淋巴结>髂外、骼内淋巴结(P<0.05)。3、LN转移组宫颈癌患者的盆腔淋巴结数字化三维模型解剖学特点:(1)本研究成功构建了25例LN转移的宫颈癌患者在体盆腔淋巴结数字化三维模型402个,dmin为1.0～23.9,平均(3.8±2.4)mm;dmaxl.6～33.9mm,平均(6.5±3.6)mm;R为1.0～7.5,平均(1.7±1.1)。(2)LN转移组的宫颈癌患者不同盆腔区域的淋巴结各径线存在差异,进一步两两比较:dmin:闭孔淋巴结>髂外和腹股沟深淋巴结(P<0.01),但和髂总、髂内淋巴结无明显差异。dmax:闭孔淋巴结和腹股沟深淋巴结>髂外淋巴结(P<0.05)。R:腹股沟深淋巴结>闭孔淋巴结>髂总、髂外淋巴结>髂内淋巴结(P<0.05)。4、三组盆腔淋巴结数字化三维模型解剖学特点的比较:三组之间髂总、髂内和闭孔淋巴结的三维径线有明显差异,进一步比较可知:①髂总淋巴结:LN转移组dmax明显大于正常女性组(P=0.009),但与非LN转移组无差异。②髂内淋巴结:LN转移组dmin>无LN转移组dmin(P=0.007),LN转移组R<无LN转移组(P=0.005),但无LN转移组与正常女性组无明显差异;③闭孔淋巴结:LN转移组dmin明显大于另外两组(P≤0.001),LN转移组R明显小于另外两组(P=0.013,P=0.003)。5、正常女性组和非LN转移组的各盆腔区域的淋巴结dmin集中于3mm左右,dmax集中于6mm左右,R集中于2.0左右。但LN转移组各盆腔区域的淋巴结的dmin集中于5mm左右,dmax集中于6mm左右,R集中于1.7左右。三组比较有统计学差异,故拟根据此数据分析初步制定宫颈癌转移淋巴结的评价标准为dmin≥5mm,1.0<R≤1.7。[结论]本研究通过利用在体盆腔淋巴结数字化三维模型评估正常女性、无LN转移宫颈癌患者和LN转移宫颈癌患者盆腔淋巴结的三维径线,发现无LN转移的宫颈癌盆腔淋巴结的大小与正常女性盆腔淋巴结差异较小,LN转移的患者闭孔淋巴结的dmin有增大趋势,R有减少趋势,提示闭孔淋巴结是宫颈癌转移的第一站淋巴结。根据此数据分析初步制定宫颈癌转移淋巴结的评价标准为dmin≥5mm,1.0<R≤1.7。但评价效果如何尚需待后续研究验证。第三章在体盆腔淋巴结切除术数字化三维导航模型的建立和初步应用[目的]于术前建立盆腔淋巴结切除术数字化三维导航模型,测量与该术式相关的解剖结构数据,评估盆腔淋巴结的分布及状态,用于术中指导手术操作,并评价其应用价值。[材料与方法]纳入2015年1月至2015年12月南方医科大学南方医院妇科收治的拟接受手术治疗的IB1期～ⅡA2期宫颈癌患者共38例,于术前行CTA检查,采集其DICOM数据集后利用三维重建软件构建患者的在体骨盆、盆腔淋巴结、血管、闭孔神经的数字化三维模型,建立在体盆腔淋巴结切除术数字化三维导航模型,对与该术式相关的解剖结构及其毗邻距离进行观察和测量:(1)盆腔淋巴结的状态,是否转移;(2)肿大淋巴结的位置,与重要血管解剖结构的距离、与闭孔神经的位置关系;(3)髂总动脉后方的结构;(4)髂总动脉分叉后方的结构;(5)髂总动脉的长度:;(6)髂总静脉的长度:;(7)髂总动脉分叉和髂内外静脉汇合处(即髂总静脉分叉)之间的距离;(8)闭孔神经血管的关系。根据上述信息,于术中实时指导手术操作,采集术中照片予以对照,记录术中出血量,有无血管损伤等,并根据术后病理结果评价淋巴结是否转移的诊断效能。[结果]1、本研究成功建立了38例患者的在体盆腔淋巴结切除术数字化三维导航系统,根据模型实施术中实时导航,术中所见与三维重建模型一致。2、38例宫颈癌患者共重建在体盆腔淋巴结数字化三维模型461个,以无肿大淋巴结dmin>5mm,1<R<1.7为诊断淋巴结转移的标准,按照此标准诊断盆腔淋巴结转移,敏感性为52.38%,特异性为95.22%,准确性为89.37%,漏诊率为47.62%,误诊率为4.78%,阳性预测值为63.46%,阴性预测值为92.67%。3、重建模型中发现肿大淋巴结19个,分别位于低位腹主动脉旁区域(1个)、髂总区域(4个)、髂外区域(4个)、髂内区域(1个)和闭孔区域(9个)。淋巴结dmin为10mm～31mm,dmax为 13mm～36mm,R为1.0～1.4。4、(1)左侧髂总动脉后方结构有:左侧髂总静脉(90.0%)、左侧髂内外静脉汇合处(6.7%)、左侧髂外静脉(3.3%);(2)右侧髂总动脉后方结构有:下腔静脉(16.7%)、髂总静脉汇合处(46.7%)、右侧髂总静脉(20.0%)、左侧髂总静脉(16.7%)。5、(1)左侧髂总动脉分叉后方结构有:左侧髂总静脉(90.0%)、左侧髓内外静脉汇合处(6.7%)、左侧髂外静脉(3.3%);(2)右侧髂总动脉分叉后方结构有:双侧髂总静脉汇合处(即下腔静脉分叉)(16.7%)、右侧髂总静脉(66.6%)、左侧髂总静脉(10.0%)、右侧髂内外静脉汇合处(即髂总静脉分叉)(6.7%)。6、双侧髂总动脉长度分别为左(45.77±17.88)mm、右(40.46±13.28)mm,双侧髂总静脉长度分布为左(62.24±9.75)mm、右(48.69±8.44)mm,双侧髂总动静脉分叉之间距离分别为左(26.50±16.41)mm、右(40.34±14.49)mm。7、闭孔区域神经血管的关系分为五型,其中I型(ON/OA/OV)所占比例最高。8、手术时间40min～lOOmin,平均(67.25±22.26)min,术中出血量20ml～120ml,手术过程无1例有血管、神经损伤。[结论]在体盆腔淋巴结切除手术数字化三维导航模型的应用价值就在于术前明确淋巴结的状态,是否存在转移,肿大淋巴结的位置,测量淋巴结的大小及与周围血管神经的解剖位置关系,以规划手术路径,实时指导手术实施,降低手术风险,提高手术成功率。