基于3D Slicer软件的局限性肾癌供血动脉解剖分布研究.pdf

298临床研究基于3D Slicer软件的局限性肾癌供血动脉解剖分布研究高珂1，万紫妍，张娅，张慧1，杨小杰，种铁，付德来1（1.西安交通大学第二附属医院泌尿外科，陕西西安7 10 0 0 4;2.绍兴市人民医院泌尿外科，浙江绍兴312 0 0 0）Artery anatomy of localized renal cell carcinoma:an initial study based on 3D SlicersoftwareGAO Kel2,WAN Ziyan,ZHANG Ya,ZHANG Hui,YANG Xiaojie,CHONG Tie,FU Delai!(1.Department of Urology,The Second Affiliated Hospital of Xian Jiaotong University,Xian 710004;2.Department of Urology,Shaoxing Peoples Hospital,Shaoxing 312000,China)ABSTRACT:Objective To analyze the position of the feeding artery entering the renal cell carcinoma(RCC)with 3DSlicer software,so as to explore the distribution pattern of the tumor artery and to provide an anatomical basis for the accuratesurgical resection.Methods The clinical data of RCC patients who underwent partial nephrectomy in the Department ofUrology,The Second Affiliated Hospital of Xian Jiaotong University during Jan.2021 and Jun.2022 were collected.Thepreoperative renal artery CT angiography data were imported into 3D Slicer software in DICOM format to construct therelative positions of tumor-feeding artery from horizontal,sagittal and coronary planes.The number and distribution of tumorfeeding arteries in each plane were analyzed.ResultsA total of 112 patients(59 male and 53 female)with single tumor wereinvolved.RENAL score was 4-10.The tumor stages were Tla in 58 cases,T1b in 48 cases,and T2a in 6 cases.Among them,38cases(33.93%)had 1 tumor artery,53 cases(47.32%)had 2 tumor arteries,and 21 cases(18.75%)had 3 tumor arteries.Ofthese 207 tumor arteries,22(10.63%)entered the tumor through the superficial part of the tumor bed,and 185(89.37%)through the deep part.Conclusion In localized RCC,nearly 90%of the feeding arteries enter the tumor from deep part ofthe tumor bed,which provides an anatomical basis for accurate tumor resection and wound suture in partial nephrectomy.KEY WORDS:renal cell carcinoma;feeding artery;partial nephrectomy;warm ischemia time;3D Slicer software摘要：目的利用3DSlicer软件分析局限性肾癌供血动脉进入肿瘤的位置、数目与分布规律，为肾部分切除术中精准缝合提供解剖依据。方法收集2 0 2 1年1月一2 0 2 2 年6 月西安交通大学第二附属医院泌尿外科因肾癌行肾部分切除术的患者资料，将患者术前肾动脉计算机断层扫描(CT)血管成像资料以DICOM格式导人3D Slicer软件，从水平面、矢状面和冠状面对肿瘤-血管的相对位置进行重建,分析各平面中肿瘤供血动脉的数目及分布特点。结果共收集112 例（男59例、女53例)肾癌患者相关资料，肿瘤均为单发,RENAL评分为410 分，肿瘤分期T1a58例、T1b48例、T2a6例。其中38 例（33.9 3%）有1条肿瘤供血动脉、53例（47.32%）有2 条肿瘤供血动脉、2 1例（18.7 5%）有3条肿瘤供血动脉。这2 0 7 条肿瘤供血动脉中有2 2 条(10.63%)经肿瘤-肾脏接触面（肿瘤床)浅部进人肿瘤，有18 5条(8 9.37%)经肿瘤床深部进入肿瘤。结论在局限性肾癌中，近90%的供血动脉由肿瘤床深部进人肿瘤，为肾部分切除术中精准肿瘤切除及创面缝合提供了解剖依据。关键词：肾肿瘤；肿瘤血管；肾部分切除术；热缺血时间；3DSlicer软件中图分类号：R737.11肾癌是起源于肾实质泌尿小管上皮系统的恶性肿瘤，占肾脏恶性肿瘤的90%1。2 0 2 2 年数据显示肾癌发病率在男性肿瘤中位列第 9 位,是泌尿系统第三大肿瘤2 。局限性肾癌在初诊肾癌中约占50%3,治疗方式以腹腔镜肾部分切除术为主,该术式的关键步骤包括肿瘤切除和创面缝合，均需在阻断肿瘤动脉供血（肾脏热缺血）的条件下完成。肿瘤动脉位于肾组织内部,穿过肿瘤-肾脏接触面（肿瘤床)收稿日期：2 0 2 3-0 6-0 9通信作者：付德来，副主任医师。E-mail：fu d e la i 12 6.c o m作者简介：高珂，硕士研究生，住院医师。研究方向：肾肿瘤。E-mail:J Mod Urol,Vol.29 No.4Apr.2024文献标志码：AD0I:10.3969/j.issn.1009-8291.2024.04.002进入瘤体,难以直接阻断，故多通过阻断肾动脉主干或其分支达到阻断肿瘤动脉的目的，由于不可避免地对患侧肾组织造成不同程度的缺血再灌注损伤。这一粗放的肿瘤动脉阻断模式显然已经不符合当下的精准医疗原则。3DSlicer软件为一款开源的三维重建分析软件，在医学图像分析领域被广泛应用。本研究从肿瘤-肾脏接触面着手，利用3D Slicer软件分析肿瘤动脉穿过肿瘤床的精准位置，探讨肿瘤动脉人瘤分布模修回日期：2 0 2 3-12-11式，为肾部分切除术中精准完成肿瘤切除及创面缝合、最大程度缩短热缺血时间提供解剖学依据。http:/jmurology.xjtu.edu,cn;zgmnwk.cug.top现代泌尿外科杂志1资料与方法1.1一般资料回顾性分析2 0 2 1年1月一2 0 2 2 年6月于西安交通大学第二附属医院接受腹腔镜肾部分切除术治疗的112 例肾癌患者资料，包括性别、年龄、肿瘤分期、病理分型、RENAL评分及影像学资料。纳人标准：T1a期、外生型肾癌；外突率50%且肿瘤肾脏接触面直径 7 cm 的 T1b 期、T2a期肾癌;因解剖性或功能性孤立肾、对侧肾功能不全或无功能等原因无法行根治性肾切除术的患者；术前肾动脉计算机断层扫描（computedtomography,CT)血管成像资料完整。排除标准：术中中转开腹或根治性肾切除术；存在淋巴结或远处转移的患者；术后病理证实为良性病变；完全内生型肾肿瘤；病历资料或影像学资料不完整者。1.2三维重建效果图像的建立肿瘤与肾脏的接触面近似球面,可称之为肿瘤床。肿瘤床与肾包膜的接触面为肿瘤床基准面。肿瘤动脉穿过肿瘤床进人肿瘤,肿瘤动脉与肿瘤床的交点为入瘤点，入瘤点在肿2024年4月第2 9 卷第4期299瘤床上的立体定位即为本研究的主要参数。将纳入研究的每位患者肾动脉 CT 血管成像资料以DICOM格式导人3DSlicer软件（4.11.0 版本），使用画笔工具对导人的DICOM文件的标志性结构进行标注，其中动脉血管、肿瘤、正常肾组织为阳性标注，肾周脂肪、肾窦脂肪为阴性标注，点击 grow from seeds 工具，软件可以基于这种标注自动判定相应组织的范围。对软件自动判定的范围进行修正，符合实际情况后点击apply应用本次识别，接下来点击show3D按钮即可生成相应的3D模型。1.3肿瘤动脉入瘤点的定位从水平面、矢状面和冠状面对获取的3D模型进行切割，并定位肿瘤动脉人瘤点（图1A、B)，重建肾-肿瘤-血管三维结构（图1C)。测量肿瘤动脉入瘤点与肿瘤床基准面的相对角度（图2），该角度即可反映肿瘤动脉在肿瘤床中的分布深度，依据此角度将肿瘤动脉在肿瘤床的分布分为浅部(0 30)和深部（30 90)。同一血管的3个定位中,若任意一个角度小于 30，即认为肿瘤血管位于肿瘤床浅部；3个角度均30 则认为位于肿瘤床深部。基准面-30（浅部）3090(深部)肿瘤动脉?A：肿瘤床基准面及浅部、深部示意图；B：肿瘤-血管相对位置测量示意图；C：肾-肿瘤-供血动脉三维重建示意图。图1肿瘤动脉入瘤点定位方法及肾-肿瘤-供血动脉三维重建效果图1.4统计学分析采用SPSS23.0统计分析软件，计量资料以均值士标准差（士s)表示，并进行正态性和方差齐性检验，对符合正态分布的数据采用t检基准线所测角度(相对角度)肿瘤动脉一肿瘤床?验，否则使用非参数检验。分类资料以例（%）表示，组间的比较采用检验，P0.05为差异有统计学意义。AA：水平面；B:矢状面；C:冠状面。图2 同一肿瘤动脉在不同平面中的定位与测量7 1.0 4 m m，平均(44.6 2 17.6 3)mm,RENAL评2结 果分410 分（中位评分8 分）。术后病理肾嫌色细胞2.1患者的基本资料112 例肾肿瘤患者均顺利完成腹腔镜下肾部分切除术，其中男性59 例、女性53例，患者中位年龄58（158 4）岁，肿瘤直径2 2.32癌8 例，肾乳头状细胞癌10 例,其余均为肾透明细胞癌。T1期肿瘤10 6 例（T1a期58 例、T1b期48 例），T2a期6 例。热缺血时间（18.13士4.42)min，手术http:/jmurology.xjtu.edu,cn;zgmnwk.cug.top300时间(12 9.58 48.8 6)min。2.2肿瘤供血动脉数目112 例肾癌患者共发现207条肿瘤供血动脉（表1），其中38 例（33.9 3%）患者有1条肿瘤供血动脉，53例（47.32%）有2 条肿瘤供血动脉,2 1例（18.7 5%)有3条肿瘤供血动脉。T2a期肿瘤供血动脉的数目显著少于T1期(P0.05)。表1肾肿瘤分期与肿瘤供血动脉数目关系肿瘤供血动脉数目分期1条T1a20T1b18T2a02.3肿瘤血管分布万分析2 0 7 条肿瘤供血动脉人瘤点与肿瘤床基准面的位置关系,肿瘤-血管相对位置角度在水平面、矢状面、冠状面分布的平均值及范围分别为（6 1.0 19.7）（18.6 8 7.1),（56.0 22.1)(12.588.6),(52.9 22.3)、(7.8 89.8),其中2 2 条（10.6 3%）肿瘤供血动脉经肿瘤床的浅部人瘤，18 5条（8 9.37%）肿瘤供血动脉经肿瘤床的深部人瘤。3讨论肿瘤血管数目及解剖位置在肾部分切除术中至关重要，精准暴露肿瘤血管、快速完整切除肿瘤、缝合创面是腹腔镜肾部分切除术中的关键步骤。术前明确肿瘤和肾脏血管的解剖结构,特别是肿瘤与供血动脉在肾-肿瘤接触面的关系具有重要意义。随着影像技术的不断发展，肾动脉CT血管成像等已成为肾肿瘤患者的常规检查手段，这些检查为明确肾动脉和肾肿瘤之间的相互关系提供了重要参考。CT增强图像上肾皮质强化明显，脂肪强化弱，肾脏与脂肪的边界清楚。另外，肾肿瘤较肾实质血供更为丰富，肿瘤生长过程中挤压周围肾组织形成假包膜，CT增强图片上肿瘤假包膜与周围正常肾组织的边界亦清晰。CT血管造影CT angiography，CT A)图像能够清晰显示肾动脉及其分支走行，所以CT技术可清晰显示肾脏-肿瘤-血管边界。尽管如此，CT成像原理决定了其只能进行横断面成像，要明确肾-肿瘤-血管三维解部关系还需借助三维重建软件。3DSlicer是一款免费的、开源的三维可视化软件，该软件能够以CT横断面图像为基础，进行测量、成像、计算及建模等操作，实现三维重建,在肾癌血管重建中也有应用。赵伟等4将肾脏强化CT数据导入3D Slicer软件，成功重建出肾血管三维可视化模型，并认为通过认知融合有利于术中肾J Mod Urol,Vol.29 No.4 Apr.2024血管的安全显露,增加手术安全性。刘小兵等5 通过术前3D打印建模指导腹腔镜肾部分切除术中超选择性肾动脉阻断。董子炎6 尝试通过3DSlicer软件处理肾脏薄层增强CT图像，建立深度学习模型，用于预测肾透明细胞癌病理分级。本研究着力于在肿瘤-肾脏接触面（肿瘤床)定位肿瘤动脉，探讨肿瘤动脉进入肿瘤床的位置，较前期他人的研究更加深入。本研究通过3D Slicer软件成功重建肾脏-肿瘤-值P值2条3条362171306http:/jmurology.xjtu.edu,cn;zgmnwk.cug.top血管三维解剖结构,同时发现肾肿瘤动脉数目与肿瘤31.929 50%且肿瘤肾脏接触面直径 7 cm)的肿瘤。其次，在肾部分切除术中，对肿瘤的切除都是从肿瘤边缘开始的，肿瘤边缘可以说是手术的定位面，因此我们分析肿瘤血管位置时把基准面定义为肿瘤床边缘层面。参考此基准面，本研究发现肿瘤血管主要分布在肿瘤床深部，肿瘤周边表层肾实质缺乏肿瘤血管，也就是说术中在沿肿瘤周边切开浅层肾实质或者切开肾皮质层时，一般不会切断肿瘤动脉。所以，肾部分切除术中这个阶段可以推迟阻断肾动脉，完成对肿瘤周边浅层肾皮质环形切开并适当游离后，再行肾动脉阻断，这一策略可称之为“迟阻断”。上述观点进一步延伸，既然肿瘤血管主要位于肿瘤床深部，肾部分切除术中完成肿瘤床深面部位的缝合就可以缝扎主要血管，这时候可提早开放肾动脉，剩余创面不会有难以控制的活动性出血。提早开放肾动脉,在无热缺血的情况下完成剩余创面的缝合亦应可行。开放肾动脉后，完成剩余创面缝合所需时间，也是缩短的热缺血时间，这一策略可称之为“早开放”。“迟阻断”联合“早开放”可在切除肿瘤和缝合创面2 个环节缩短热缺血时间，从而最大限度减少热缺血造成的肾损害。肾脏的热缺血对肾功能（尤其是短期肾功能)造成损害8-9，从保护肾功能的角度，理想的肾部分切除术应该是“零缺血”。“零缺血”这一概念最早由GILL等10 1在2 0 10 年提出，该技术基于肾动脉微解(编辑郭楚君）现代泌尿外科杂志剖的概念，试图通过对肾肿瘤供血动脉进行细致的微解来减少术中出血，后来“零缺血”进展为肾段动脉阻断1、超选择性肿瘤血管阻断等技术12 。然而，由于术中对供血动脉进行精细解剖费时费力，且增加潜在出血风险，难以广泛开展。近年来“零缺血”技术主要有电凝13、激光14、微波消融15 等能量设备在切除创面止血中的应用，能量凝闭血管的同时，在创面周围形成凝固层、坏死层、水肿层16，不可避免地造成周围正常肾组织的损伤。这些“零缺血”技术减少了肾脏热缺血损伤，却带来了热能损伤。理想的“零缺血”技术应达成肾部分切除术“三联胜”目标，即完整切除肿瘤确保切缘阴性、最大程度地保留正常肾单位功能及避免并发症发生。术前对肿瘤血管解剖的 3D精准定位,有望实现“零缺血”肿瘤与正常肾组织之间存在一个肿瘤假包膜边界。肾肿瘤假包膜为肾组织被肿瘤挤压后缺血、坏死、纤维化形成的一个结缔组织层，假包膜形成了肿瘤和正常肾组织的边界，这层肾脏-肿瘤边界可以理解为一个乏血管层面，肿瘤动脉则穿过这层边界进入肿瘤组织。通过现代影像技术，精准定位肾脏-肿瘤边界及肿瘤血管位置，术中有望在不阻断肾动脉的情况下沿此乏血管层面（肿瘤包膜外)切开，精准分离、结扎并切断肿瘤动脉，完整切除肿瘤，缝合创面。这一过程完全在无热缺血状态下完成，实现理想的“零缺血”。利用3D定位实现“零缺血”这一重要推论不只存在于理论层面，事实上已经有学者进行了前期尝试。吴小荣等17 利用虚拟手术规划技术平台进行三维重建，可以更精确、直观地了解肿瘤及周围脉管系统的解剖关系。刘东明等18 1通过重建患肾三维模型构建坐标轴，提出“四象限”肾肿瘤靶血管定位法，因操作复杂未能推广。理想的“零缺血”策略不阻断肾动脉，直接分离肾脏-肿瘤乏血管边界，出血风险极高。术前对肿瘤血管的精准定位和超高的手术技巧是这一策略的基本前提，同时术中及时的肾蒂控制是这一策略的安全保障。本团队前期设计制作的外控式肾蒂阻断带可随时在体外阻断或开放肾蒂，不失为一个合理的选择19。本研究通过3DSlicer软件在不同剖面中展示了肾脏-肿瘤-血管间的解剖关系,并分析发现局限性肾肿瘤供血动脉来自肾肿瘤床深部，肿瘤床浅表层鲜有肿瘤血管分布。这为肾部分切除术中“迟阻断、早开放”策略及理想的“零缺血”策略提供了解剖依据。参考文献：1J LJUNGBERG B,ALBIGES L,ABU-GHANEM Y,et al,Euro-2024年4月第2 9 卷第4期http:/jmurology.xjtu.edu,cn;zgmnwk.cug.top301.pean association of urology guidelines on renal cell carcinoma:the2022 updateLJJ.EurUrol,2022,82(4):399-410.2J SIEGEL RL,MILLER KD,FUCHS HE,et al.Cancer statistics,2022JI.CA Cancer J Clin,2022,72(1):7-33.3 SMALDONE MC,KUTIKOV A,EGLESTON BL,et al.Smallrenal masses progressing to metastases under active surveil-lance:a systematic review and pooled analysisJ.Cancer,2012,118(4):997-1006.4赵伟，曹龙滨，高辉，等.基于3DSlicer软件的三维重建技术在腹腔镜肾切除术处理肾血管中的应用J.现代泌尿外科杂志，2022,27(5):404-407.5刘小兵，吴天鹏，祝存海，等.3D打印技术在腹腔镜超选择性阻断保留肾单位手术中的应用J.武汉大学学报（医学版），2 0 19，40(6):936-941.6 董子炎.基于CT增强影像的不同神经网络在预测肾透明细胞癌病理分级中的研究D.广州：南方医科大学，2 0 2 2.7 SCHODEL J,GRAMPP S,MAHER ER,et al.Hypoxia,hypoxia-inducible transcription factors,and renal cancerJ.EurUrol,2016,69(4):646-657.8 THOMPSON RH,LANE BR,LOHSE CM,et al.Every minutecounts when the renal hilum is clamped during partialnephrectomyJJ.Eur Urol,2010,58(3):340-345.9J VOLPE A,BLUTE ML,FICARRA V,et al.Renal ischemia andfunction after partial nephrectomy:a collaborative review of theliteratureJJ.EurUrol,2015,68(1):61-74.1o GILL IS,EISENBERG MS,ARON M,et al.“Zero ischemiapartial nephrectomy:novel laparoscopic and robotic techniqueJJ.Eur Urol,2010,59(1):128-134.11J SHAO P,QIN C,YIN C,et al.Laparoscopic partial nephrectomywith segmental renal artery clamping:technique and clinicaloutcomesJ.Eur Urol,2011,59(5):849-855.12 GILL IS,PATIL MB,ABREU AL,et al.Zero ischemiaanatomical partial nephrectomy:a novel approachJJ.J Urol,2012,187(3):807-814,13】张鹏，杨倩，江克华，等.腹腔镜肾部分切除术中单极电凝免缝合技术与缝合技术应用于Tla外生性肾肿瘤的疗效比较J.实用医学杂志，2 0 19，35（11）：18 6 5-18 6 6.14梁磊，王毓斌，邵晋凯.激光在肾部分切除术中的研究进展J中国基层医药，2 0 2 0,2 7（11）：140 1-140 4.15洪保安，杜鑫，纪永鹏，等.经腹腔镜微波消融联合肾部分切除术治疗肾肿瘤的安全性和疗效J.中华医学杂志，2 0 2 1，10 1（46）：3794-3798.16徐元高，裴军，宋赏，等.单极电凝免缝合技术在猪零缺血肾部分切除术模型中的应用J.中华实验外科杂志，2 0 19,36（1）：10 7-10 917吴小荣，陈伟，蒋晨，等.三维重建虚拟手术规划技术在零缺血腹腔镜肾部分切除术治疗cT1b 期肾肿瘤中的应用J.微创泌尿外科杂志，2 0 2 2，115）：2 95-2 99.18刘东明，沈超，蒋晨，等.四象限肾肿瘤靶血管定位法在后腹腔镜零缺血保留肾单位手术中的安全性和可行性.中华泌尿外科杂志，2 0 18,39（3）：16 6-17 0.19付德来，李钊伦，张鹏，等.外控式肾蒂阻断带在腹腔镜保留肾单位手术中的应用J.现代泌尿外科杂志，2 0 17,2 2（12）：8 9 6-8 9 8，9 0 6.