三维可视化技术在复杂腹壁缺损修复重建术前规划中的作用

吴巨钢 韩 甫 董文培 杨董超 宋致成 杨建军 顾 岩

复杂腹壁缺损(complex abdominal wall defect,CAWD)的修复与重建是困扰腹壁外科医师的难题[1-2]。术前精准地判断腹壁的缺损类型、缺损面积,以及缺损与周围脏器、血管的毗邻关系是手术成功的关键。腹壁缺损术前评估主要依赖于CT检查等的二维图像,存在直观性不强、无法有效进行术前规划等缺点。三维可视化(three dimensional visualization, 3DV)技术是一种将来自于CT、MRI 检查等影像数据转换成医学数字成像和通信(digital imaging and communications in medicine, DICOM)格式文件,在图形工作站上对相关图像数据进行计算机分析、分割融合、渲染,对目标的形态、空间分布等进行描述和解释,通过对二维医学图像进行边界识别,重新还原出被检组织和器官的三维解剖图像,以获得精细、直观与准确信息的过程[3-4]。因此,3DV可将CT图像转化为三维模型,清楚显现腹壁各层结构,精准呈现病变部位与周围组织器官的空间位置关系[5]。本研究旨在评价3DV在CAWD修复重建术前规划中的准确性,以及在临床应用中的可行性和安全性。

1 对象与方法

1.1 研究对象 选择2017年1月—2021年12月在上海交通大学医学院附属第九人民医院普外二科因CAWD行手术治疗的患者210例,其中男86例、女124例;年龄范围25～75岁,年龄为(49.77±15.32)岁;其中疝致腹壁缺损46例、腹壁原发性肿瘤致腹壁缺损106例、腹壁继发性肿瘤致腹壁缺损58例,均经充分评估,可耐受全身麻醉手术。CAWD的诊断符合以下4种情况之一:①缺损宽度≥10 cm,疝与腹腔容积比≥15,腹壁功能不全,缺损发生在耻骨上或肋缘下等特殊部位;②伴有缺损腹壁组织感染或污染、腹壁多次手术后、植皮术后、伴有溃疡及肠造口或肠瘘;③伴有肥胖、糖尿病、COPD、使用类固醇激素及全身营养状况差等;④需同时行肠切除、需行补片取出或多发疝[2,6]。排除标准:①妊娠、哺乳期女性及计划怀孕的患者;②正在进行放射治疗(简称放疗)或化学治疗(简称化疗)的患者;③合并严重内分泌代谢性疾病、系统性免疫疾病、血液或呼吸系统疾病、肝肾功能不全或心脑血管疾病未控制,不能耐受手术者;④全身有未控制的感染者;⑤不能耐受增强CT检查的患者;⑥人类免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus,HIV)抗体初筛阳性、酗酒、吸毒或其他药物成瘾者。本研究经医院伦理委员会审核并批准(批准号为SH9H-2020-T376-1),所有患者术前均签署知情同意书。

1.2 分组 将210例患者分为两组,分别应用CT影像(CT影像组)或3DV技术(3DV技术组)进行术前规划,每组各105例,两组中分别包括疝致腹壁缺损患者23例、腹壁原发性肿瘤致腹壁缺损患者53例、腹壁继发性肿瘤致腹壁缺损患者29例。

1.3 术前CT检查、三维重建及手术规划 所有患者均行全腹部1 mm薄层增强CT检查。CT影像组根据增强CT二维影像结果行术前规划。3DV技术组将增强CT检查影像数据转换成DICOM格式文件,并导入Medraw软件[中国影为医疗科技(上海)有限公司]行三维重建(图1)。

A 腹部CT扫描横断位图 B 腹部CT扫描矢状位图 C 三维重建图 D 3DV技术模拟补片放置后的效果图

临床医师和放射科医师共同构建包括骨、肌肉、血管、泌尿系统和腹壁肿瘤病变的三维模型。通过组合、拆卸、旋转等方法显示腹壁肿瘤与周围重要器官的解剖关系,为制订个性化手术方案提供理论支持。结合腹壁的分型、分区确定腹壁缺损类型[1-2],模拟腹壁肿瘤切除后腹壁缺损面积,根据腹壁肿瘤与毗邻组织器官的解剖关系、切口情况及肿瘤有无转移,完成精准的术前评估并制订个性化的手术方案(图2)。

A 腹部CT扫描横断位图 B 三维选择性重建图(上下观) C 腹壁继发性肿瘤的立体位置及大小 D 3DV技术模拟肿瘤切除后的腹壁缺损图

1.4 精准的腹壁缺损分型、分区及个性化手术方案 根据腹壁缺损修复与重建中国专家共识[1-2],将腹壁缺损程度分为3种类型:Ⅰ型,仅涉及皮肤及部分皮下组织缺失;Ⅱ型,以腹壁肌筋膜层组织缺失为主,但腹壁皮肤完整性依然存在;Ⅲ型,全层腹壁缺失。将腹壁缺损部位分为3个区域: M区(即正中区),前腹壁中央区域的腹壁缺损,上界为剑突,下界为耻骨联合,外侧界为二侧腹直肌外缘,分别以M1、M2、M3区代表上1/3、中1/3、下1/3的M区缺损; U区(即外上象限区),M区以外侧腹壁外上象限范围的腹壁缺损;L区(即外下象限区),M区以外侧腹壁外下象限范围的腹壁缺损。U区与L区的分界为经脐水平线。

CAWD的手术修复重建方式根据腹壁缺损的类型而定[7-10]。本研究采用加强修复技术和补片桥接修复技术修复腹壁缺损[1-2]。加强修复技术的核心是关闭腹壁缺损,包括基于补片和(或)组织结构分离技术的加强修复技术、补片和自体组织移植的联合修复技术。补片桥接修复技术则适用于肌筋膜层无法闭合的患者,要求补片覆盖范围至缺损边缘外3 cm。

腹壁肿瘤患者先行肿瘤切除,根据肿瘤切除后产生的腹壁缺损类型,选择相应的修复方式。肿瘤切除手术分为根治性扩大切除(R0切除)和姑息性手术(R2切除)。R0切除的目的是根治肿瘤,并要求切除范围超过肿瘤边缘肉眼可见正常组织3 cm,且术中快速病理学检查示切缘阴性。R2切除的目的是处理腹壁肿瘤破溃、出血、感染等并发症,其切缘肉眼或病理学检查可见残留病灶。手术遵循肿瘤减灭术原则,尽量去除肿瘤负荷,改善患者的生存质量,为其接受进一步治疗提供条件,以延长其生存时间[11-12]。

1.5 观察指标 记录患者的一般情况(年龄、性别构成),腹壁缺损的面积、分型、分区,以及缺损修复重建方式、肿瘤切除情况。记录患者的手术时间(次要疗效评估指标)。所有患者均于术后随访1年,行体格检查、腹部CT检查。体格检查未见原发病复发,以及腹部CT检查未见原发病变与腹腔相通则判定为腹壁缺损临床治愈,计算患者腹壁缺损的临床治愈率(主要疗效评估指标)。

2 结 果

2.1 患者一般情况和腹壁缺损情况 两组间患者的性别构成、年龄、腹壁缺损面积,以及缺损分型、缺损分区构成的差异均无统计学意义(P值均>0.05)。两组间各腹壁缺损患者的性别构成、年龄,以及缺损面积、缺损分型、缺损分区情况见表1。

表1 两组一般情况和腹壁缺损情况

2.2 患者腹壁缺损修复重建方式 CT影像组中疝致腹壁缺损患者的缺损重建方式分别为单层或双层补片10例、组织分离技术+补片7例、“补片+大网膜瓣+补片”三层桥接4例、补片+组织瓣移植2例;腹壁原发性肿瘤致腹壁缺损患者的缺损重建方式分别为单层或双层补片12例、单层或双层补片+负压封闭引流术(VSD)2例、组织分离技术+补片16例、“补片+大网膜瓣+补片”三层桥接13例、组织分离技术+补片+“补片+大网膜瓣+补片”三层桥接5例、组织分离技术+补片+大网膜瓣3例、补片+组织瓣移植2例;腹壁继发性肿瘤致腹壁缺损患者的缺损重建方式分别为单层或双层补片3例、单层或双层补片+VSD 2例、组织分离技术+补片8例、“补片+大网膜瓣+补片”三层桥接8例、组织分离技术+补片+大网膜瓣3例、补片+组织瓣移植5例。

3DV技术组中疝致腹壁缺损患者的缺损重建方式分别为单层或双层补片14例、单层或双层补片+VSD 1例、组织分离技术+补片4例、“补片+大网膜瓣+补片”三层桥接2例、补片+组织瓣移植2例;腹壁原发性肿瘤致腹壁缺损患者的缺损重建方式分别为单层或双层补片17例、组织分离技术+补片16例、“补片+大网膜瓣+补片”三层桥接12例、组织分离技术+补片+“补片+大网膜瓣+补片”三层桥接5例、组织分离技术+补片+大网膜瓣1例、补片+组织瓣移植2例;腹壁继发性肿瘤致腹壁缺损患者的缺损重建方式分别为单层或双层补片6例、单层或双层补片+VSD 1例、组织分离技术+补片5例、“补片+大网膜瓣+补片”三层桥接6例、“补片+大网膜瓣+补片”三层桥接+VSD 1例、组织分离技术+补片+大网膜瓣4例、补片+组织瓣移植6例。

2.3 肿瘤患者肿瘤切除情况 CT影像组腹壁原发性肿瘤患者R0切除44例、R2切除9例;腹壁继发性肿瘤患者R0切除21例、R2切除8例。3DV技术组腹壁原发性肿瘤患者R0切除46例、R2切除7例;腹壁继发性肿瘤患者R0切除24例、R2切除5例。

2.4 患者疗效评估 CT影像组疝致腹壁缺损患者与3DV技术组疝致腹壁缺损患者腹壁缺损临床治愈率的差异无统计学意义(P>0.05)。3DV技术组腹壁原发性肿瘤、腹壁继发性肿瘤致腹壁缺损患者的腹壁缺损临床治愈率分别显著高于CT影像组腹壁原发性肿瘤、腹壁继发性肿瘤致腹壁缺损患者(P值均<0.05)。3DV技术组疝、腹壁原发性肿瘤、腹壁继发性肿瘤致腹壁缺损患者的手术时间分别有短于CT影像组疝、腹壁原发性肿瘤、腹壁继发性肿瘤致腹壁缺损患者的趋势,但差异均无统计学意义(P值均>0.05)。见表2。

表2 患者疗效评估指标的比较

3 讨 论

CAWD的修复重建耗时费力,在外科操作技术上仍存挑战。因此,合理精准的术前评估和手术规划尤为重要。传统腹壁缺损的术前评估主要依靠CT或MRI等影像学检查,结合术者的空间想象和临床经验。但是,这种术前评估方法不能反映患者真实的腹腔内情况,特别对于累及重要组织、脏器的复杂病例,甚至影响手术方式的选择。3DV是一种新的技术手段,在术前评估和手术规划中发挥着重要作用,已广泛应用于肝脏外科和胰腺外科[13-14]。然而,3DV技术应用于腹壁缺损修复的相关研究很少,本研究基于目前的临床现状,探索3DV技术对CAWD的准确评估和术前规划的指导作用。

三维重建技术具有以下优势:①通过对CT数据的三维重建和分析,临床医师可以立体、全面地观察病灶的位置、形状和大小,增强了对病灶空间立体感的认知;②通过精确的计算和模拟,可以准确地计算出腹壁缺损的面积、分类和分区;③可将腹部网格化,确定腹壁肿瘤与周围组织或器官的距离,绘制出最合适的网格尺寸,并模拟出手术切除的范围;④术前结合局部切口及患者全身情况,制订个性化的手术方案;⑤可呈现出患者三维动态的腹壁缺损模型,方便医患之间的沟通交流,促进患者对CAWD复杂性的认知。

造成腹壁缺损的原因很多,本研究根据是否存在腹壁肿瘤及腹壁肿瘤的性质,将其分为疝致腹壁缺损、腹壁原发性肿瘤和腹壁继发性肿瘤致腹壁缺损。疝致腹壁缺损患者入组时已存在腹壁缺损,无腹壁肿瘤,仅需单纯修补腹壁缺损,腹壁原发性肿瘤和腹壁继发性肿瘤致腹壁缺损患者则需先行腹壁肿瘤切除,再行腹壁缺损修补。本研究中,最常见的腹壁原发性肿瘤是侵袭性纤维瘤病,此外,还有软组织肉瘤、皮肤鳞癌、恶性淋巴瘤和恶性间皮瘤。不规范的手术治疗可刺激肿瘤细胞快速增殖,导致术后复发率非常高,患者预后差[15-16]。本研究中多例患者即因“肿瘤术后复发”就诊。根据长期的临床经验,本研究团队对于能根治性切除肿瘤的患者,要求切除范围超过肿瘤边缘正常组织3 cm。腹壁肿瘤的物质成分和密度与腹壁软组织差别较大,CT或MRI影像能很好地区分。 而3DV技术具有以下优点:①能更加准确地计算出肿瘤的大小、位置;②更加精确地测量出肿瘤边缘3 cm的立体空间位置,设计出精准的手术切除范围并模拟主要手术过程;③更准确地评估肿瘤切除后腹壁缺损的类型和分区;④更好地了解切缘与邻近器官、血管、神经等的关系,做好相应组织器官切除的准备工作;⑤使手术方式的设计更加合理,对可能的手术风险评估更加精确。上述优点对于提高手术成功率,提高手术医师和患者的满意度,减少术后并发症发生具有重要意义。本研究中,3DV技术组腹壁原发性肿瘤致腹壁缺损患者的临床治愈率为96.23%(51/53),显著高于CT影像组腹壁原发性肿瘤患者的84.91%(45/53),且手术时间较短。

本研究腹壁继发性肿瘤的原发灶包括胃癌、结直肠癌、胆管癌、宫颈癌、子宫内膜癌,转移途径主要为切口种植和肿瘤直接侵犯腹壁。目前,腹壁恶性转移瘤的治疗主要为化疗、放疗、靶向治疗、免疫治疗等,但效果均不佳,患者预后差[17]。本研究团队的前期研究[11-12]发现,结直肠癌腹壁转移行扩大切除可延长患者的生存时间,减少腹壁肿瘤相关并发症发生,提高患者的生存质量。扩大切除术的切除范围应超出肿瘤边缘3 cm,并配合术中快速病理学检查,确保切缘阴性。

继发性腹壁肿瘤常累及附近组织、器官,包括血管、神经、肠管、膀胱、子宫、肋骨、髂骨、骶骨、耻骨等,增加了手术的复杂性。手术前需要考虑腹壁肿瘤局部情况及患者的全身情况两大因素[1]。腹壁肿瘤局部情况包括肿瘤的位置、肿瘤周围软组织的情况、有无感染或污染、腹腔脏器或邻近脏器受到侵犯的程度等。患者的全身情况是另一个重要因素,肿瘤是否有广泛转移或患者能否耐受手术是关键。对于巨大的腹壁肿瘤或特殊部位的肿瘤,扩大切除后常引起巨大腹壁缺损,术者将面临严峻的挑战。采用传统术前评估方法不能直观、准确地呈现缺损的类型和分区,无法模拟操作过程。3DV技术可对腹壁肿瘤进行三维重建,将二维图像转化为立体图像,全方位、多角度、透明地显示腹壁肿瘤与周围组织或器官的相邻关系。可选择并有针对性地观察特定病变,尤其是腹壁肿瘤对邻近组织或器官的侵袭,可旋转观察病变与肠管、血管或输尿管在三维平面上多角度的距离,实现术前准确的预判。因此,3DV技术的优势在继发性腹壁肿瘤患者术前规划中更能体现。本研究中,3DV技术组腹壁继发性肿瘤致腹壁缺损患者的临床治愈率为89.66%(26/29),显著高于CT影像组腹壁继发性肿瘤患者的68.97%(20/29),且手术时间较短。

综上所述,3DV技术可创建一个安全的手术切除范围,准确评估腹壁缺损的类型和分区,指导手术方案的制订,避免术中操作对重要器官造成损伤。3DV技术作为一种新的临床疾病诊疗模式,为临床医师提供三维、直观、全面的图像信息,明确腹壁肿瘤与邻近组织或器官间的关系,为高难度腹壁手术提供更可靠的保护。然而,由于技术的限制,三维重建仍存在一些不足,如基于图像信息,神经与周围软组织的边界无法准确区分;诊断不能由计算机自动完成;需要放射科医师和外科医师的参与等。