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数字化虚拟三维重建及全乳大切片对人乳腺癌浸润生长特征的研究

作　者: 张毅
导　师: 姜军
学　校: 第三军医大学
专　业: 外科学
关键词: 乳腺癌保留乳房手术三维重建数字虚拟技术可视化薄层断面解剖铣切多层螺旋CT 全乳大切片次连续切片新辅助化疗
分类号: R737.9
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

乳腺癌是危害妇女健康的最严重的恶性肿瘤之一,并且逐年呈上升趋势,目前针对乳腺癌的治疗仍然是以手术治疗为首选的治疗方式。由于对乳腺癌的认识进一步的深入,手术方式也发生巨大变化,对大部分临床Ⅰ～Ⅱ期乳腺癌的手术已从以全乳切除向保留乳房手术过渡,在一些发达国家或地区,乳腺癌保留乳房手术占常规手术已超过50%。但是保留乳房手术依然存在一些问题,如术后局部复发、由于切除范围过大导致乳房形态不美观、因担心局部复发而所有保乳病人均术后进行全乳放疗而增加病人经济负担等等。这一系列问题均归根于对肿瘤在乳腺内空间结构缺乏深入研究,如何准确掌握保乳手术的切除范围目前临床研究尚没有很好解决,存在切除范围过广或不足等问题。新辅助化疗可对乳腺癌有降低临床病理分期的作用,可提高保乳手术率,但化疗后肿瘤及浸润特征变化特点尚缺乏研究。随着可视化人体计划实施并取得了一些列进展,数字化虚拟技术在现代医学中的应用越来越广泛,虚拟模拟外科手术、导航外科手术、遥控手术等虚拟现实技术逐渐应用于临床科研及实践,外科手术操作日渐精细。在乳腺外科方面,针对乳腺癌保留乳房手术存在的不足,有必要将三维可视化技术与乳腺癌研究结合起来,将数字化虚拟技术应用在乳腺癌术前评估、手术设计及术中导航等方面的研究,将有助于使保留乳房手术技术更加完善,切除范围更加准确。本研究中首次采用薄层断面三维重建技术,对人乳腺癌全乳标本进行三维重建,观察乳腺癌三维空间生长特点,将人体器官可视化应用在肿瘤形态学及生长、浸润研究中,期望通过对肿瘤空间结构特征的全面了解,使乳腺癌保留乳房手术切缘选择更加合理;导航外科的开展是建立在精确的影像学虚拟技术之上,我们通过与CT图像三维重建进行对比研究,为影像学检查进一步提高准确性提供依据;同时将全乳大切片技术应用在肿瘤的浸润特征研究方面,更全面地观察肿瘤在完整乳房中的浸润特征,以及针对新辅助化疗在保乳手术中的作用,通过全乳大切片全面观察化疗后肿瘤浸润特征的变化,为保留乳房手术切除范围的判定提供实验依据。研究方法与主要结果1.薄层断面数字化虚拟三维重建人乳腺癌的形态结构及生长特征取术前穿刺病理诊断明确的乳腺癌全乳切除标本,经修剪后10%福尔马林固定、明胶溶液包埋、冷冻,在相对密闭的-20～-25℃恒温低温实验室中,采用TK-T6350型数控卧式铣床进行铣切,铣切厚度为0.2mm,数码相机摄像。数码相机获取连续、清晰的薄层断面解剖图像,图像数据格式为.RAW,经格式转换为无数据压缩的TIFF图像格式后,再由.TIFF转换为.BMP格式。图像经对位后转换为JPG格式,导入3DDOCTOR1.0软件,经过对乳房边缘、皮肤、腺体、肿瘤及肿瘤周围血管等结构的边界勾画、分割后将边界数据集保存为.prj格式文件。运行3D Rendering simple surface,进行数据三维显示。共获取乳腺连续薄层断面数据集17套,首次利用薄层断面三维重建技术将乳腺癌全乳标本进行三维重建,通过对乳房解剖特点详细观察,主要有以下发现:首先通过对图像放大可以清晰观察到乳房的各个连续薄层断面,各个断面结构保留了乳房标本的基本色泽,三维重建可清楚显示各个结构的空间分布状况及结构特征;通过对肿瘤连续断面观察可清楚观察到肿瘤与周围正常组织的大致界限,在薄层断面中可以观察到肿瘤组织与正常腺体相比,色泽偏于灰暗,肿瘤组织与周围组织之间无明显包膜,表明乳腺癌向正常组织呈逐渐的浸润生长,与良性肿瘤呈压迫性或挤压性生长不同。在断面上还可以看到肿瘤实质中密度并不一致,肿瘤直径越大,密度差异表现越明显,可能是肿瘤迅速生长的同时由于肿块中央血供不足而发生中央区域性坏死。我们通过数字化虚拟技术首次清楚地展示了乳腺癌的三维空间形态特征;发现乳腺癌病灶在某些断面中表现为较为规则的形态,但其整体三维形态却呈现明显不规则生长,表明肿瘤在各个空间方向生长是无序的。通过对肿瘤周围血管的三维重建,发现围绕肿瘤周围有较丰富的血管网,在较大的肿瘤,肿瘤周围血流更丰富,而且肿瘤周边血供明显较肿瘤内部血运丰富,可以解释肿瘤向周围迅速浸润需要丰富的营养供应。因为解剖学是宏观观察研究,对于肿瘤对周围组织的微观浸润情况难以进行细致观察,但通过对肿瘤在乳房中的大体形态学研究,有助于了解乳腺癌的浸润性生长方式,对保留乳房手术肿块切除范围界定提供参照依据。2.人乳腺癌薄层断面三维重建与CT三维图像的对比研究将2004年至2006年术前穿刺明确病理诊断的乳腺癌病人15例,术前行16排螺旋CT扫描进行三维重建与术后离体标本进行薄层断面三维重建后进行对比研究。CT扫描层厚为1mm,扫描后数据传输到SYNGO工作站进行多平面重建和三维重建。手术切除全乳标本薄层铣切,层厚为0.2mm,铣切后数码摄像,获得连续薄层断面数据,在3DDOCTOR软件进行三维重建。经对比观察,薄层断面解剖特征较CT断层扫描更丰富,可清晰观察到更多的解剖结构。可以较清楚分辨肿瘤与正常腺体的大致界限,可观察到肿瘤内部结构特征,更充分了解肿瘤特征,还可观察到肿瘤血流分布,在肿瘤周围可见丰富血管分布。薄层断面三维重建后观察肿瘤形态特征及浸润情况与CT三维重建图像基本一致,CT增强扫描后可更充分显示肿瘤边缘形态特征。通过数字化虚拟技术三维重建后对肿瘤边缘的观察更加细致,CT图像上不能显示、无法辨认的肿瘤内部结构特征、边缘状况及血流分布等均可较清楚的显示。对比测量两种重建方法肿瘤大小,发现CT三维重建后肿瘤最长径均小于薄层断面三维重建肿瘤大小,说明CT图像有可能并不能完全显示肿瘤全貌,目前影像学对乳腺癌的肿瘤判定与真实状况仍存在偏差。两种重建方法的对比研究,反映目前影像学存在的不足,对今后进一步改进影像学对肿瘤精确性判定方面有促进作用。3.全乳大切片技术对肿瘤的浸润特征研究收集我院2004年6月至2006年8月乳腺癌手术全乳标本,术前均行空芯针穿刺活检获得准确病理结果,其中行新辅助化疗93例,未作化疗31例,制作次连续全乳大切片,进行全乳大切片观察,主要观察肿瘤的组织形态学特征、对大导管浸润特征、对周围皮肤、皮下浸润特征、对微血管的浸润等,并对新辅助化疗病例与未行化疗者进行浸润性特征对比。利用全乳大切片可以更清晰显示肿瘤在完整乳房的浸润特征,对两实验组进行对比观察发现,未化疗组肿瘤细胞分布密集,浸润性特征明显,肿瘤细胞浸润距离与肿瘤大小有关,肿瘤越大,浸润距离越远。而新辅助化疗后肿瘤浸润特征相应减弱,包括肿瘤细胞浸润距离明显减小,肿瘤中央出现大量坏死组织;化疗后肿瘤对皮肤皮下浸润减轻,主要表现为对皮肤皮下浸润阳性病例数减少;对乳头乳晕大导管浸润阳性例数明显减少。通过HE及CD34染色观察,未化疗时存在较多的微血管浸润,化疗后显著减少。肿瘤微血管密度也在化疗后显著减少。表明新辅助化疗可通过缩小肿瘤、缓解肿瘤对周围组织的浸润而增加保乳机会。主要结论:1.乳腺癌标本经固定、冷冻、铣切后能较好地保持乳腺大体结构特征,包括肿瘤在内的各个结构均能在薄层断面中连续清晰显示,适合进行三维重建。2.将薄层断面三维重建技术应用在乳腺癌形态结构及浸润生长研究中,可以良好再现肿瘤与周围结构的解剖特点,充分显示了乳腺癌生长的不规则性特点,表明肿瘤在各个空间方向生长的无序性,提示保留乳房手术时仅根据肿瘤表面估计切缘可能并不可靠;肿瘤周围丰富的血供特点,为肿瘤向周围浸润生长提供营养来源。3.针对CT下三维重建可能存在一定的偏差,薄层断面三维重建真实反映了乳房各结构特征,精细的乳腺癌薄层断面三维重建对CT下三维重建形态、结构特征判定有指导作用,为今后CT导航下保留乳房手术的开展提供了实验依据。4.全乳大切片能够更完整地观察乳腺癌组织学全貌,更直观地观察肿瘤的浸润特征,包括对组织形态学特征,对皮肤皮下、大导管及血管的浸润等,同时观察到不同大小的肿瘤向周围浸润距离不同,提示在保留乳房手术时应根据肿瘤大小适当选择切除范围。5.新辅助化疗可缓解肿瘤对周围组织的浸润,并能够增加保留乳房的机会及减少术后局部癌组织的残留。6.数字化虚拟三维重建在乳腺癌临床研究中是可行的,本研究结果提示如果具备精确的乳腺及肿瘤影像学虚拟技术,乳腺癌保留乳房导航外科手术有望实现。

全文目录

英文缩写一览表  5-6
英文摘要  6-11
中文摘要  11-15
论文正文数字化虚拟三维重建及全乳大切片对人乳腺癌浸润生长特征的研究  15-76
  前言  15-18
  第一部分薄层断面数字化虚拟三维重建人乳腺癌形态结构及生长特征  18-38
    材料与方法  18-24
    结果  24-26
    讨论  26-30
    第一部分图片  30-38
  第二部分人乳腺癌薄层断面三维重建与 CT三维图像的对比研究  38-55
    材料与方法  38-40
    结果  40-42
    讨论  42-45
    第二部分图片  45-55
  第三部分全乳大切片技术对肿瘤的浸润特征研究  55-69
    材料与方法  55-57
    结果  57-60
    讨论  60-62
    第三部分图片  62-69
  全文结论  69-70
  致谢  70-71
  参考文献  71-76
文献综述人体三维可视化及三维重建研究进展  76-94
  参考文献  89-94
读书期间发表的文章及参编专著  94

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