JHE 医疗保健工程 2040 - 2309 2040 - 2295 Hindawi 10.1155 / 2021/3066930 3066930 研究文章 计算机断层扫描图像在三维重建算法的诊断和腹膜后腹腔镜肾肿瘤部分切除 https://orcid.org/0000 - 0003 - 3398 - 8409 Haijie 1 2 https://orcid.org/0000 - 0003 - 1631 - 4509 3 https://orcid.org/0000 - 0002 - 5548 - 6939 李阳 1 https://orcid.org/0000 - 0003 - 0424 - 9404 Anqi 1 https://orcid.org/0000 - 0002 - 4446 - 1963 胖子 1 https://orcid.org/0000 - 0002 - 1939 - 755 x 姗姗 1 https://orcid.org/0000 - 0002 - 7717 - 0142 通用电气 1 Abdulhay Enas 1 成像系 南方医院 南方医科大学 广州510515 中国 fimmu.com 2 PET / CT中心 核医学部门 深圳大学第一附属医院 深圳518000年 中国 szu.edu.cn 3 信息工程学院 深圳大学 深圳518000年 中国 szu.edu.cn 2021年 6 10 2021年 2021年 29日 6 2021年 28 8 2021年 31日 8 2021年 6 10 2021年 2021年 版权©2021 Haijie Zhang et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

本研究旨在探讨计算机断层扫描(CT)的临床应用价值,基于图像三维(3 d)重建算法腹腔镜部分切除(LPN)患者肾肿瘤。30例肾细胞癌(RCC)住院的患者为研究对象,被滚使用随机表法分为两组。下的病人PLN三维重建和腹腔镜技术包括在实验组(A组),和病人LPN使用CT图像仅包含在对照组(B组)。此外,两组患者的治疗结果进行比较和分析。 结果。建立模型的有效率为93.3%;A组的总肾动静脉变异(13.3%)高于B组(6.7%),和操作时间(131.5±32.1分钟)远远低于B组(158.7±36.2分钟),显示统计学意义( P < 0.05)。 结论。基于3 d CT图像重建算法有很高的临床应用价值LPN患者的肾肿瘤,这可能提高LPN的效率和安全性。

1。介绍

早期肾细胞癌(RCC),尤其是小RCC的肿瘤直径小于4厘米,LPN和腹腔镜根治性肾切除术的治疗效果(LRN)基本上是相同的 1]。因为LPN只移除肿瘤,肾组织的一部分,整个手术后肾功能比LRN [ 2]。现有研究认为LPN应该选择隔离患者或其他疾病的患者对侧的肾脏。与传统开腹手术相比,LPN不仅大大缩短了病人的预后和住院时间,还降低了治疗病人的经济负担,缓解疼痛的患者因手术预后大大( 3, 4]。LPN有两种方法,即结论和腹膜后。手术器械的不断更新和腹腔镜手术技术的发展近年来,腹膜后的方法已逐渐成为学者的一个热点。过去,传统的腹腔镜检查显示在二维(2 d),这是很难达到理想的诊断和治疗效果。此外,在传统的医学成像检查,医生主要使用的层析图像的某一部分人体,通常呈现二维图像的成像结果,如电影或显示屏。这种方法的结果是,判断图像结果只是通过个人主观经验的医生。医生只能用肉眼观察图像的微妙之处和缺乏客观证据来支持它,这可能会延误病人的条件( 5]。

随着科学技术的不断发展,医学成像技术也被同时更新,从而能够弥补传统成像的缺陷。近年来,报告三维(3 d)重建医学成像技术并不少见,这吸引了广泛的关注( 6]。它使用可视化技术来提供更大的援助优化的成像效果,和由此产生的图像有一个强烈的现实,允许医生从多个角度观察和分析图像和水平。研究发现,CT设备的使用内置的软件可以生成三维重建图像,如CT血管造影(CTA)和CT尿路造影术(反恐组),并获得一些参考信息的三维解剖结构与肾肿瘤和肾蒂血管(RPBV) [ 7]。然而,这种方法不使用3 d图像分割技术,所以它是不可能获得器官结构的透明和清晰显示图像。此外,该方法不使用图像融合技术,所以它无法重建模型数据融合信息的多个阶段。获得的图像信息相对分散。虽然它可以为疾病的诊断提供有价值的参考信息,它不能为手术计划提供援助,所以这种方法获得的图像不能被称为一个真正的三维重建图像( 8]。

因此,这项研究旨在探索临床应用价值的基于CT图像三维重建算法LPN肾肿瘤患者的肾脏的构造三维重建模型,以提高LPN的效率和安全性。

2。材料和方法 2.1。研究对象

30例肾细胞癌(RCC)住院的患者从2018年9月到2019年9月被选为研究对象和卷使用随机表法分为两组。下的病人PLN三维重建和腹腔镜技术包括在实验组(A组),和病人LPN使用CT图像仅包含在对照组(B组)。此外,两组患者的治疗结果进行比较和分析。在A组有15例,其中包括8 7男性和女性,他们26∼69岁(平均年龄52.40±11.8年)。在B组有15例,其中包括9雄性和雌性6,他们24∼70岁(平均年龄50.5±10.2年)。没有选择外科手术禁忌症的患者先前病史,并没有人有任何过敏造影剂。本研究经医院伦理委员会批准,所有选定的患者签署知情同意。

2.2。类型的变体RPBV

肾动脉的分类标准定义如下:多个肾动脉:还有其他肾动脉分支除了主肾动脉;不成熟的肾动脉分支:肾动脉分支位于距离≤20毫米的开放肾动脉;和混合类型:以上条件的组合。

肾静脉的分类标准定义如下:多个肾静脉:肾静脉的主要分支不能合并成一个分支在进入肾脏,但仍作为分支机构;肾静脉异常:左肾静脉运行背后的左肾动脉、右肾动脉在下腔静脉前运行,还有2下腔静脉;肾静脉异常:肾静脉与生殖网状静脉和腰椎静脉,分别;其他:肾肿瘤压缩肾静脉,导致变形,等等。

2.3。CT扫描

64片的螺旋CT(飞利浦、辉煌64年,荷兰)是用于CT扫描。在扫描之前,病人被要求禁食3小时喝500毫升的水来填补胃肠道,以增强与肾组织。此外,病人的呼吸练习必须训练最小化工件造成的呼吸练习CT扫描,以确保收集的数据的可靠性。肾脏CT扫描的标准参数被设置为以下:管电压120 kv,管电流300毫安,每旋转时间是0.5秒,螺距为0.984,层厚度5毫米,管旋转周期的时间是0.5秒。

初的扫描,病人被要求保持仰卧位和执行与普通CT扫描和增强扫描顺序从剑突软骨的平面耻骨联合。在扫描期间,病人要求呼气并保持充分的身体。对比剂时不注射,一个普通的扫描。然后,MEDRAD双管的高压注射器(美国)采用注入对比剂(在高浓度iopamidol溶剂370)静脉注射注射5毫升/秒的速度,和注射剂量为1.5毫升/公斤。毕竟造影剂注射,注射管与适量的盐水,刷新和增强扫描就开始了。动脉期扫描设置是设置如下:触发器阈值被设置为200,注入造影剂,扫描是由以腹主动脉部分为感兴趣的区域(ROI)。在静脉期扫描从静脉注入造影剂,直到65年代延迟。排泄的扫描阶段是开始从静脉注射造影剂,直到600年代延迟。扫描后在上面的四个阶段都完成后,原始图像用5毫米厚度变薄,然后所有图像数据导入到MxView工作站配备CT。最后,所有图像数据记录到DVD光盘。

2.4。建筑三维重建模型的肾脏

三维重建的关键步骤是使用RGM图像分割。RGM收集类似的特征像素组成一个ROI。给出了具体的操作方法如下:将数据从动脉和静脉期扫描阶段获得进入模拟17.0(出现、比利时),和上、下阈值范围设置为210 - 1615。肾肿瘤、肾动脉和肾静脉与RGM组织结构被分割,和其他肾动脉和肾静脉分支以外的ROI消除了人工辅助软件。最后,一个理想的三维重建模型构建了肾脏。医学图像的三维重建的流程图如图 1

医学图像的三维重建的流程图。

x射线通过物质后,输出强度和输入强度之间的关系表示为如下方程: (1) b = 一个 e μ d , 在Δd称为x射线的传播距离和 μ是物质的x射线的衰减系数。 b 指输出强度, 一个 代表输入强度 e 指的是输入参数。

当x射线穿过不同的人体组织结构,给出了输入输出强度和强度之间的关系如下: (2) b = 一个 e μ 1 d 1 e μ 2 d 2 e μ 3 d 3

上述方程可以转化为积分形式如下: (3) b = 一个 e μ d x , 在哪里 x 指的是传播距离。

CT是Wratten转换的基础上开发的,这是如下的方程。

这是知道某一函数的积分 x , y = f ^ r , θ 沿直线 Z是如下: (4) p = + f x , y d z = + f ^ r , θ d z , = + f ^ l 2 + z 2 , + 棕褐色 1 z l d z

然后,Wratten方程可以转化成负相关 f ^ r , θ = 1 / 2 π 2 0 π + 1 / r 因为 θ l p / l d l d

图像的像素颜色值收集从回到前面,,从后往前和合成算法给出了如下: (5) C b = C 一个 1 α + C α , α b = α 一个 1 α + α , 在哪里 C 一个代表了最初的颜色, C b代表最终颜色, α 指的是不透明。

由前往后合成算法给出了如下: (6) C b α b = C 一个 α 一个 + C α 1 α 一个 , α b = α 1 α 一个 + α 一个

在图像合成, α可能继续增加,阈值是1,图片的透明度是接近于零。

2.5。图像质量评价的三维重建模型肾脏

三维重建图像的质量评价一位泌尿科医生和一名高级成像医生。在评估之前,三维重建CT图像质量评分标准是根据开发萨哈尼肾动脉评分标准等。 9),记录详细的肾动脉和肾静脉分支。评估必须严格按照此标准执行。如果单个图像不同的分数,最后得分可以由研究相关的信息和讨论的两个医生。具体标准有如下:1点意味着主肾动脉(肾静脉)和一级分行显示血管边缘模糊,有或没有呼吸运动构件;2点意味着主肾动脉和第一或第二级分支可以清晰可见,血管边缘光滑和无呼吸运动工件,和二级分支是少于4;3点意味着主肾动脉及其第一、二级,三级分支和清晰可见,血管边缘光滑,无呼吸运动工件,和第三部门是小于5;4分代表主肾动脉及其第一,二级、三级分支可以清楚的看到,与血管边缘光滑,无呼吸运动工件,和第三分支是大于或等于5;,5分代表肾动脉主干及其第一,第二,第三,和分支可以清楚表明,血管边缘光滑,没有呼吸运动的工件。

在这项研究中,三维重建CT图像的标准的肾脏是如下:肾静脉是大于或等于4分,这意味着3到4的肾动脉重建的图像;肾静脉得分大于或等于2分,这意味着1∼2肾静脉可以基于重建的图像识别。

2.6。准备LPN

LPN执行使用2 d腹腔镜设备(德国卡尔STORZ)。首先,肾肿瘤的三维重建模型准备高于17.0被纳入模拟软件,模拟手术采用观察操作的函数模型的各个方向,实现手术示范,制定科学有效的手术计划。在手术中,外科医生负责模型放大和旋转,和助理的具体操作。在此期间,肾皮质的形象被适度重建透明处理,这样医生可以清楚地观察到的结构RPBV并协助完成操作。

2.7。应用三维重建模型LRN的肾脏

LRN中的3 d模型的实际应用是通过人工指导操作的图像融合方法;即三维重建模型图像融合和叠加在二维腹腔镜形象,和融合图像是一个单独的屏幕上显示。基于图像融合的结果,LRN进行同步。整个过程是由外科医生和外科助理执行实际的操作。肾动脉和肾静脉可以明确区分由于不同的血管脉动强度,和操作相应采用结扎和切断等。在A组中,三维重建模型和人工图像融合方法应用于术前指导和术中RPBV定位和结扎。血管和输尿管后分离,减少,病人的肾脏被释放和肾脏损伤是小心地删除,然后一个引流管放置在腹膜后腹壁和腹内的筋膜。在B组,CTA结合CTU图像应用于指导操作和定位和结扎肾动脉和肾静脉。血管和输尿管后分离,减少,病人的肾脏被释放和肾损伤组织小心地删除。引流管放置在腹膜和腹内的筋膜后壁的腹部。 All patients underwent the surgery successfully without any accidental interruption.

2.8。统计方法

被处理的数据用SPSS 20.0软件进行统计分析。测量数据被表示为平均值±标准偏差( x ¯ ± 年代),以及一个独立的样本 t以及使用;统计数据显示为一个百分比(%),和X2测试被用于分析。所有数据被认为是具有统计学意义 P < 0.05,无统计差异 P > 0.05。

3所示。结果 3.1。基本信息

在A组有8 7男性和女性,平均年龄为52.40±11.8年;有9个雄性和雌性6 B组平均年龄为50.5±10.2岁。如图 2,没有明显的区别等指标两组患者年龄、性别、肿瘤分布、身体质量指数(BMI)、肿瘤最大直径(TMD),血红蛋白值,肾上腺动脉分支的数量( P > 0.05)。所有选定的病人没有撤回由于意外事件。

两组病人的基本信息。

3.2。三维重建模型的可视化结果的肾脏

三维重建模型的15组患者的肾脏是成功建造。这个模型可以清楚地显示主肾动脉及其分支和主肾静脉和第四层的二级分支机构。通过这个模型肾可以直观地观察到。肿瘤的轮廓更客观有效地反映肾肿瘤的大小及其空间分布与其他组织结构;肾脏收集系统显示一个清晰的结构和自然连接;整个肾脏系统结构显然是与解剖细节显示。图 3显示图像的图像基于2 d的肾肿瘤的CT和三维重建模型更好的比较。

肾肿瘤的图像(48岁男性病人;右肾肿瘤的大小为4.7厘米)。(一)二维CT图像的肾肿瘤。(b)肾肿瘤的CT图像三维重建算法。

使用三维重建模型的肾脏可以清楚地反映RPBV的解剖特点。在图 4,观察肾动脉变异的特点从腹侧和背侧,所以肾动脉的变化可以直观的理解。

肾动脉的三维重建模型图像。变异类型是不成熟的肾动脉分支A和B指腹侧肾动脉背侧肾动脉,分别。

3.3。三维重建模型的图像质量结果的肾脏

15肾三维重建模型的准备在这项研究中,14例符合标准,并建立模型的有效率为93.3%(如图) 5)。一种情况是不合格的,因为病人的肾不够充满造影剂,导致更少的主要分支的肾动脉三维重建模型和不完整显示肾肾盏的肾集合系统。虽然三维重建模型的肾脏在这种情况下是不完整的,它仍然可以显示肾动脉和肾静脉的解剖细节,所以它对LPN没有影响。

三维重建模型的图像质量的肾脏。(一)横坐标显示肾动脉图像的质量评价得分;(b)横坐标显示肾静脉图像的质量评价得分。

3.4。在各种各样的RPBV分类

数据 6 7显示肾动脉血管的比较上的变化和变化在两组肾静脉血管,分别。大多数情况下在两组患有肾动脉变异混合,6例在A组和b组7例肾静脉变异的类型在A组肾静脉异常进程和其他类型,并只有多个容器类型肾静脉变异在b组两组之间没有显著差异的总速率和肾静脉肾动脉变异总变异率( P > 0.05)。

两组肾动脉血管的变化。

两组肾静脉血管的变化。“其他”是指肾静脉的变形和变异影响一侧肾脏由于压缩的一个更大的肿瘤。

3.5。LPN结果

所有登记患者手术前诊断为RCC,其次是LPN,没有严重的并发症如转换为开放手术和主要出血发生在手术。三维重建模型用于A组的肾脏可以客观地反映肾脏的结构特点,RPBV变异的类型,和肾肿瘤的空间位置关系。所构造的三维重建模型采用术前科学规划,并融合和叠加2 d图像腹腔镜手术。A组患者的手术是成功的。如图 8,RPBV变体类型是左肾静脉运行背后的左肾动脉。三维模型显示,这是更安全、更有效的结扎和切断肾动脉向前运行。

RPBV腹腔镜的图像和三维重建模型的肾脏。

扫描数据获得CTA结合CTU图像被应用于B组术前计划。在B组患者手术成功。

3.6。分析有效性

操作时间,估计失血,术中输血数字/率、并发症发生率、术后血红蛋白值,肿瘤复发/数量,和其他索引值为两组患者进行了分析。结果在图 9显示,A组的手术时间明显低于B组,差异是在统计数据( P < 0.05),而其他指标没有极端的差异( P > 0.05)。此外,没有肿瘤复发的两组。

比较两组患者的疗效。∗表明,A组与B组显著地不同( P < 0.05);不代表了操作时间,EBL代表估计失血,COIBT代表术中输血的情况下,国际奥委会代表并发症的发病率,PHL代表术后血红蛋白值。

4所示。讨论

的临床应用价值基于3 d CT图像重建算法LPN肾肿瘤患者在这项研究中,探讨了以提高LPN的效率和安全性。肾脏的三维重建模型,图像质量评估,RPBV突变的病人分类根据肾突变分类标准。然后,肾脏的三维重建模型应用于LPN,两组患者的疗效进行了分析和比较。结果显示,肾脏的构造的三维重建模型能客观地反映肾脏的结构特点,RPBV的变异类型,和空间位置关系的肾肿瘤,这是有利于LPN手术前的合理的规划和设计。应用三维重建模型的肾脏LPN可以大大缩短操作时间没有并发症。这样的结果与其他学者的研究结果基本上是一致的。

恶性肾肿瘤主要发生在肾实质,占80%以上,包括RCC,肾肉瘤,肾转移,肿瘤,发生在肾盂移行细胞癌,花萼( 10]。成人肾肿瘤发病率最高的碾压混凝土,其次是移行细胞癌起源于肾脏收集系统,所以肾肿瘤也被称为碾压混凝土。人体是最有可能发展碾压混凝土在50岁时( 11]。与腹膜腔的方法相比,外科医生可以达到通过腹膜后腹腔镜肾脏更快的方法,不干扰其他器官的腹腔。此外,肾动脉主要在肾静脉和腹膜后途径促进肾动脉的直接接触和治疗( 12]。然而,由于目标肾脏与邻近器官紧密连接在腹膜后的操作方法,操作空间狭窄,操作不当会引起其他器官损伤的病人。如何定位RPBV快速、准确、有效地处理它为许多学者已成为一个困难的话题,和一个全面、准确的理解的解剖特点RPBV手术前已成为关键( 13]。

黄等。 14)使用的三维重建模型肾脏成功实现“零缺血部分切除,这不仅有效地减少了缺血性损害正常肾脏手术期间也促进了研发超选择性肾动脉阻塞的部分切除。夏et al。 15)的数字3 d模型重建肾脏和清晰的血管结构和强烈的立体感知基于术前患者的CT扫描数据和制定更合理的手术计划的帮助下模拟手术;发现实际操作是高度一致的三维重建;在此基础上3 d模型、临床活体肾移植成功实施,预后良好,没有明显的手术并发症。

5。结论

总结了本研究的结论如下:基于CT图像三维重建算法有很高的临床应用价值LPN肾肿瘤患者,可能提高LPN的效率和安全性。有必要进一步促进应用程序。然而,这项研究仍有许多不足之处。例如,研究对象的数量很小,由于时间和条件和数据结果必须进一步的研究。在未来的研究中,样本的数量必须扩大增加数据的说服力,从而为临床应用提供可靠的参考信息。这项研究的结果提供了可靠的研究依据3 d技术的临床应用和进一步展示了良好的发展前景的三维重建技术在医学领域。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

傅Haijie张和尹同样这项工作。

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