三維影像學(xué)分析在婦科的應(yīng)用進(jìn)展

張晶晶，曹冬焱，沈 鏗

(1.中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院婦科，廣州 510080；2.中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)院婦產(chǎn)科，北京 100730)

女性骨盆腔呈漏斗狀，生殖系統(tǒng)處于盆腔中心位置，上生殖道包括宮頸、宮體、輸卵管和卵巢，下生殖道包括外陰和陰道，前后有毗鄰緊密的泌尿和消化兩大系統(tǒng)器官，并被血管、神經(jīng)和淋巴系統(tǒng)包繞，形成錯(cuò)綜復(fù)雜的解剖關(guān)系。當(dāng)女性生殖系統(tǒng)發(fā)生疾病，可能會(huì)使毗鄰組織器官移位或受累，如巨大子宮肌瘤壓迫膀胱直腸，胎盤前置伴植入侵及膀胱，局部晚期宮頸癌累及宮旁陰道等。

傳統(tǒng)解剖學(xué)是基于人造防腐劑處理后的尸體，且尸體多為老年女性。尸體解剖為認(rèn)識(shí)女性生殖系統(tǒng)及盆腔結(jié)構(gòu)提供了豐富的信息，但存在防腐劑導(dǎo)致組織扭曲、多數(shù)標(biāo)本高齡化、無(wú)法觀察和測(cè)量活體解剖結(jié)構(gòu)等限制[1-2]。醫(yī)學(xué)影像學(xué)技術(shù)使觀察活體生理或病理組織器官成為現(xiàn)實(shí)。目前最常見的影像學(xué)方法,如核磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)、計(jì)算機(jī)斷層掃描(computed tomography,CT)、X線平片、超聲，均局限于二維平面觀察組織器官的解剖結(jié)構(gòu)，在顯示女性盆腔臟器毗鄰關(guān)系方面不夠具體生動(dòng)，在進(jìn)行病灶組織的立體精細(xì)測(cè)量方面則完全無(wú)能為力。隨著"精準(zhǔn)醫(yī)療計(jì)劃"逐漸成為全球醫(yī)療的發(fā)展方向，精準(zhǔn)的診斷及鑒別診斷疾病是實(shí)現(xiàn)以人為本的個(gè)體化醫(yī)療模式的基礎(chǔ)。影像學(xué)作為輔助診斷的重要檢查方法，需向著更精準(zhǔn)的方向發(fā)展[3]。

MRI、CT圖像均為灰度圖像信號(hào)，依靠圖像亮度的明暗程度即灰度差來(lái)傳遞信息。人眼分辨的灰度差能力有限，而細(xì)微的灰度差包含著大量信息，因此人眼閱片在客觀上遺漏疾病細(xì)節(jié)。使用計(jì)算機(jī)識(shí)別圖像灰度差較人眼會(huì)獲取更加豐富的信息，精準(zhǔn)區(qū)分病灶、組織、器官的分界，并可對(duì)二維圖像信號(hào)進(jìn)行三維渲染，創(chuàng)建立體定向信號(hào)即三維重建模型。這種從MRI和(或)CT圖像中提取數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為三維重建模型的技術(shù)實(shí)質(zhì)為一種影像學(xué)后處理技術(shù)，是對(duì)MRI和(或)CT數(shù)據(jù)的二次分析。實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程的軟件有3D Slicer、O siriX、Mimics、Vitaworks等。無(wú)需患者進(jìn)行額外的影像學(xué)檢查，利用患者已有的MRI和(或)CT即可在較短時(shí)間內(nèi)創(chuàng)建對(duì)應(yīng)部位的三維重建模型，并可從各個(gè)角度進(jìn)行觀察和測(cè)量，甚至在三維重建模型上進(jìn)行仿真手術(shù)[4]。該技術(shù)暫無(wú)統(tǒng)一命名，有人稱其為三維重建及可視化分析、三維成像技術(shù)、三維MRI或三維CT、三維影像學(xué)分析等，本文采用基于MRI和(或)CT的三維影像學(xué)分析這一名稱。

三維影像學(xué)分析在外科臨床工作和科學(xué)研究中具有很好的應(yīng)用前景，該技術(shù)在各個(gè)外科?？浦邪l(fā)展程度不一，雖然其在婦科中的應(yīng)用仍處于早期階段，但正在成為一種頗具前景的影像學(xué)檢查方法。本文將對(duì)該技術(shù)應(yīng)用于女性盆腔解剖結(jié)構(gòu)的重建、婦科疾病的診斷和鑒別診斷、手術(shù)方案的制定和選擇做一綜述。

1 三維影像學(xué)分析展示女性盆腔解剖結(jié)構(gòu)

女性盆腔解剖不僅是解剖學(xué)的研究重點(diǎn)，也是婦科領(lǐng)域的研究重點(diǎn)，其中對(duì)盆腔血管的精確解剖尤為重要。人體各個(gè)部位的血管都有個(gè)體差異和不同程度的變異，并且女性的盆腔血管在不同生育和年齡情況下存在差異[5]。髂總動(dòng)脈、髂內(nèi)外動(dòng)脈以及各級(jí)分支構(gòu)成了龐大復(fù)雜的女性盆腔動(dòng)脈系統(tǒng)，同時(shí)向生殖、消化及泌尿系統(tǒng)供血，盆腔靜脈則與同名動(dòng)脈伴行。血管和盆腔其他管道之間存在緊密聯(lián)系，如子宮動(dòng)脈于子宮頸外側(cè)2cm處跨過(guò)輸尿管末端至子宮側(cè)緣，行子宮切除術(shù)離斷子宮動(dòng)脈時(shí)可能損傷輸尿管，尤其當(dāng)出現(xiàn)盆腔腫物擠壓、腫瘤浸潤(rùn)、子宮內(nèi)膜異位癥或盆腔炎癥導(dǎo)致解剖關(guān)系變化時(shí)，易發(fā)生血管和輸尿管副損傷[6]。通過(guò)基于CT的三維影像學(xué)分析可清晰、直觀地看到盆腔動(dòng)靜脈的走形、分支以及與供血器官組織的關(guān)系，從而減少血管相關(guān)副損傷。國(guó)內(nèi)高成杰等[7]最先研究根據(jù)多層螺旋CT重建女性盆腔血管系統(tǒng)，同時(shí)提出將項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于嚴(yán)重盆腔淤血、盆腔腫瘤周圍血管網(wǎng)的研究等。

除了對(duì)盆腔血管進(jìn)行三維重建及分析外，還有很多學(xué)者利用三維影像學(xué)分析對(duì)女性盆腔的其他解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。Michel等[8]及Balleyguier等[9]分別開展了基于MRI、CT的三維影像學(xué)分析以觀察女性骨盆并測(cè)量各徑線。Ramanah等[10]運(yùn)用該技術(shù)觀察了活體主韌帶和宮骶韌帶的解剖結(jié)構(gòu)，填補(bǔ)了活體婦女主韌帶的附著結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)及其與宮骶韌帶關(guān)系的空白。Li等[11]發(fā)現(xiàn)該技術(shù)可提供詳細(xì)的盆腔神經(jīng)三維解剖信息。姜文軒等[12]則使用該技術(shù)揭示了廣泛性子宮切除術(shù)后盆腔器官位置的改變。值得一提的是，該技術(shù)應(yīng)用于陰道分娩相關(guān)損傷的研究更有優(yōu)勢(shì)。d'Aulignac等[13]對(duì)盆底的提肛肌進(jìn)行三維重建，并模擬其在承受壓力和收縮時(shí)的情況，旨在模擬分娩后可能發(fā)生的盆底損傷。Hoyte等[14]通過(guò)基于MRI的三維影像學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，很多陰道分娩婦女的提肛肌附著處被破壞，而這種情況在未經(jīng)歷過(guò)陰道分娩的婦女中很少見。Otcenasek等[15]則通過(guò)基于MRI的三維影像學(xué)分析展示了正常婦女和經(jīng)歷陰道分娩后發(fā)生雙側(cè)恥骨直腸肌撕脫的婦女的盆腔解剖結(jié)構(gòu)的不同，并發(fā)現(xiàn)雙側(cè)恥骨直腸肌撕脫改變了整個(gè)盆腔內(nèi)筋膜的支撐力，破壞了陰道前壁和后壁的穩(wěn)定性。

三維影像學(xué)分析使得女性盆腔解剖變得可視化，不僅能為臨床及科研工作提供支持，也能應(yīng)用于對(duì)醫(yī)學(xué)生的女性盆腔解剖教學(xué)實(shí)踐。

2 三維影像學(xué)分析輔助婦科疾病的診斷及鑒別診斷

眾所周知，腫瘤良惡性質(zhì)需病理學(xué)金標(biāo)準(zhǔn)判斷，但并非所有腫瘤都能獲得病理證據(jù)?；趧⑵嫉惹捌诠ぷ鞒晒@示，三維重建技術(shù)可清晰完整重建腫瘤供血情況。劉萍等[16]進(jìn)一步提出根據(jù)腫瘤供血情況判斷腫瘤性質(zhì)，良性腫瘤一般只有來(lái)自生長(zhǎng)部位器官的1～2條供血?jiǎng)用}，血管網(wǎng)簡(jiǎn)單且血流不豐富；而惡性腫瘤則與之相反，可有多個(gè)器官或動(dòng)脈供血，血管網(wǎng)復(fù)雜且血流豐富。但該假設(shè)尚需更多病例驗(yàn)證，且存在難以鑒別交界性腫瘤及早期惡性腫瘤的局限。

目前影像學(xué)上對(duì)病灶大小的測(cè)量多局限于掃描平面的最大直徑，而三維影像學(xué)分析則能在各個(gè)角度觀察及測(cè)量病灶的多種徑線，如測(cè)量三維立體形態(tài)下病灶的真實(shí)最大直徑、病灶最小無(wú)瘤邊界等，以及計(jì)算病灶體積。有研究發(fā)現(xiàn)，子宮內(nèi)膜癌的病灶體積與預(yù)后相關(guān)。Todo等[17-18]在MRI上測(cè)量子宮內(nèi)膜癌病灶體積并發(fā)現(xiàn)該參數(shù)能預(yù)測(cè)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移及反應(yīng)疾病進(jìn)展?fàn)顟B(tài)。隨后Tanase等[19]在基于MRI的三維影像上更精確地測(cè)量早期子宮內(nèi)膜癌的病灶體積，并再次證實(shí)病灶體積與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移相關(guān)。關(guān)于宮頸癌病灶體積的相關(guān)研究質(zhì)量低且少。Chen等[20]通過(guò)MRI計(jì)算了30例宮頸癌患者的病灶體積并發(fā)現(xiàn)病灶體積在評(píng)估預(yù)后方面明顯優(yōu)于單一病灶徑線，從而證實(shí)了測(cè)量宮頸癌病灶體積的必要性。朱洪磊等[21]使用更精細(xì)的亞毫米CT并基于此進(jìn)行三維模型重建，發(fā)現(xiàn)對(duì)中晚期的宮頸癌分期有重要幫助。對(duì)宮頸癌病灶體積的研究亟待開展，其與宮頸癌的關(guān)系將被逐步發(fā)現(xiàn)，或有可能影響宮頸癌分期系統(tǒng)。

此外，利用三維影像學(xué)分析能精確地展示疾病的形態(tài)細(xì)節(jié)這一優(yōu)勢(shì)，可嘗試使用其來(lái)評(píng)估與異常解剖或組織形態(tài)相關(guān)的婦科疾病，如早期子宮內(nèi)膜癌淺肌層侵犯、深部子宮內(nèi)膜異位癥直腸侵犯、可疑瘢痕妊娠胎囊種植部位、生殖道畸形、宮腔粘連等。有研究顯示，利用剖宮產(chǎn)瘢痕妊娠術(shù)前MRI及適當(dāng)?shù)娜S重建軟件可清晰構(gòu)建在體女性剖宮產(chǎn)瘢痕妊娠病灶范圍、供血?jiǎng)用}、病灶同周圍組織之間的關(guān)系,對(duì)剖宮產(chǎn)瘢痕妊娠的個(gè)體化治療提供影像學(xué)評(píng)估依據(jù)[22]。有學(xué)者利用基于薄層MRI的三維影像學(xué)技術(shù)并打印制作了1例女性生殖道畸形的模型，成功地?zé)o創(chuàng)診斷了該患者的生殖道畸形類型[23]。將三維影像學(xué)分析與日臻成熟的三維打印技術(shù)結(jié)合，制成實(shí)體三維重建模型，豐富了診斷及鑒別診斷的方法。使用三維影像學(xué)分析以實(shí)現(xiàn)更精確的近距離放療也有報(bào)道[24]。三維影像學(xué)分析在更多婦科疾病診斷及鑒別診斷的應(yīng)用還需探索，期待相關(guān)研究盡快開展。

3 三維影像學(xué)分析指導(dǎo)婦科手術(shù)方案規(guī)劃

手術(shù)是治療外科疾病的一種重要手段。外科醫(yī)生通過(guò)二維圖像來(lái)了解病灶及周圍組織器官的毗鄰關(guān)系，根據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)在大腦中對(duì)目標(biāo)部位進(jìn)行三維重建，這需外科醫(yī)生具有扎實(shí)的解剖學(xué)知識(shí)和出色的空間想象能力。在這個(gè)過(guò)程中，一方面可能存在醫(yī)生閱片時(shí)遺漏信息，另一方面可能存在大腦中重建三維模型時(shí)發(fā)生偏差。使用三維影像學(xué)分析使這一過(guò)程更加簡(jiǎn)單直觀，尤其是在處理復(fù)雜病例時(shí)和對(duì)經(jīng)驗(yàn)較少的外科醫(yī)生具有更大的幫助。從而使外科醫(yī)生在術(shù)前進(jìn)行更加精準(zhǔn)的手術(shù)可行性評(píng)估和手術(shù)方案規(guī)劃，降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、縮短手術(shù)時(shí)間、減輕工作壓力。有一項(xiàng)研究證實(shí)，三維影像學(xué)分析可提高外科醫(yī)生對(duì)腹膜后腫瘤手術(shù)解剖的認(rèn)識(shí)[25]。該技術(shù)在許多外科專業(yè)的應(yīng)用正在迅速擴(kuò)展，有外科專業(yè)學(xué)者將該技術(shù)應(yīng)用于肝、肺、胃、心腦血管等的術(shù)前評(píng)估上，結(jié)果顯示該技術(shù)能提高多種外科手術(shù)的成功率[26-31]。

三維影像學(xué)分析在婦科手術(shù)的應(yīng)用首先在宮頸癌根治術(shù)開展。Chen等[32]使用該技術(shù)評(píng)估廣泛性子宮切除術(shù)對(duì)經(jīng)膀胱吊帶通路的影響，Li等[11]成功運(yùn)用該技術(shù)指導(dǎo)保留神經(jīng)的廣泛性子宮切除術(shù)。宮頸癌是最常見的婦科惡性腫瘤，早期宮頸癌以手術(shù)治療為主。廣泛性子宮切除術(shù)是子宮切除類型中切除范圍最大者，也是標(biāo)準(zhǔn)的宮頸癌根治術(shù)中子宮切除類型，盡管可滿意治療腫瘤，但由于該手術(shù)范圍過(guò)大，易出現(xiàn)術(shù)中術(shù)后并發(fā)癥，患者不適癥狀明顯，嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量。近年有研究發(fā)現(xiàn)，低風(fēng)險(xiǎn)早期宮頸癌，即病灶最大直徑<2cm的早期宮頸癌，行次廣泛性子宮切除術(shù)者較行廣泛性子宮切除術(shù)者術(shù)后生存率無(wú)明顯差異，而前者手術(shù)相關(guān)副損傷更少[33]。因此精確測(cè)量宮頸癌病灶的最大直徑對(duì)選擇恰當(dāng)?shù)淖訉m切除類型至關(guān)重要。而三維影像學(xué)分析可提供宮頸癌病灶大小、邊界和形狀的精確信息，因此在宮頸癌子宮切除類型的選擇中極具應(yīng)用價(jià)值。恰當(dāng)?shù)氖中g(shù)決策也可降低術(shù)后不良病理因素的發(fā)生率、減少不必要的廣泛性子宮切除，最終改善患者的術(shù)后生存結(jié)局和生活質(zhì)量。此外，卵巢癌腫瘤細(xì)胞減滅術(shù)可行性的術(shù)前評(píng)估、女性生殖道畸形的模擬切除等解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜的病例，均為該技術(shù)可嘗試應(yīng)用的方向。

患者通過(guò)外科醫(yī)生的解釋、看病灶及其周圍結(jié)構(gòu)的手繪圖、看影像學(xué)檢查結(jié)果，很難真正了解自己的病情。向患者展示其病灶的三維重建模型可幫助患者更好地了解自己的病灶所在位置、累及范圍及將要接受的手術(shù)。有病例報(bào)告1例年輕早期宮頸癌患者強(qiáng)烈要求行保留生育功能的宮頸癌根治術(shù)，但三維影像學(xué)分析發(fā)現(xiàn)該患者并不符合該手術(shù)的適應(yīng)證，應(yīng)行根治性子宮切除術(shù)及淋巴結(jié)清掃術(shù)。手術(shù)醫(yī)生通過(guò)展示該患者宮頸癌病灶三維重建的打印模型，向患者更加直觀地描述了宮頸、病灶和周圍結(jié)構(gòu)的關(guān)系，更容易解釋兩個(gè)手術(shù)治療方案的適應(yīng)證及不同之處。患者最終決定放棄保留生育功能，接受根治性子宮切除術(shù)及淋巴結(jié)清掃術(shù)[34]。

綜上所述，三維影像學(xué)分析可重建復(fù)雜的解剖結(jié)構(gòu)，展示病灶及周圍組織器官及血管的解剖關(guān)系，測(cè)量病灶的多項(xiàng)二維、三維參數(shù)。這項(xiàng)新興技術(shù)能幫助醫(yī)生理解女性生殖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)損傷的發(fā)生機(jī)制、診斷和鑒別診斷某些婦科疾病以及規(guī)劃某些婦科復(fù)雜手術(shù)方案。該技術(shù)還能作為醫(yī)患溝通的橋梁，降低了手術(shù)醫(yī)生向患者解釋病情的難度。此外，還能幫助醫(yī)學(xué)生更加直觀的學(xué)習(xí)復(fù)雜的解剖結(jié)構(gòu)。在可預(yù)見的未來(lái)，該技術(shù)有可能從根本上改善醫(yī)學(xué)教學(xué)和醫(yī)療實(shí)踐。