三维影像学分析在妇科的应用进展

张晶晶，曹冬焱，沈 铿

(1.中山大学附属第一医院妇科，广州 510080；2.中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院妇产科，北京 100730)

女性骨盆腔呈漏斗状，生殖系统处于盆腔中心位置，上生殖道包括宫颈、宫体、输卵管和卵巢，下生殖道包括外阴和阴道，前后有毗邻紧密的泌尿和消化两大系统器官，并被血管、神经和淋巴系统包绕，形成错综复杂的解剖关系。当女性生殖系统发生疾病，可能会使毗邻组织器官移位或受累，如巨大子宫肌瘤压迫膀胱直肠，胎盘前置伴植入侵及膀胱，局部晚期宫颈癌累及宫旁阴道等。

传统解剖学是基于人造防腐剂处理后的尸体，且尸体多为老年女性。尸体解剖为认识女性生殖系统及盆腔结构提供了丰富的信息，但存在防腐剂导致组织扭曲、多数标本高龄化、无法观察和测量活体解剖结构等限制[1-2]。医学影像学技术使观察活体生理或病理组织器官成为现实。目前最常见的影像学方法,如核磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)、计算机断层扫描(computed tomography,CT)、X线平片、超声，均局限于二维平面观察组织器官的解剖结构，在显示女性盆腔脏器毗邻关系方面不够具体生动，在进行病灶组织的立体精细测量方面则完全无能为力。随着"精准医疗计划"逐渐成为全球医疗的发展方向，精准的诊断及鉴别诊断疾病是实现以人为本的个体化医疗模式的基础。影像学作为辅助诊断的重要检查方法，需向着更精准的方向发展[3]。

MRI、CT图像均为灰度图像信号，依靠图像亮度的明暗程度即灰度差来传递信息。人眼分辨的灰度差能力有限，而细微的灰度差包含着大量信息，因此人眼阅片在客观上遗漏疾病细节。使用计算机识别图像灰度差较人眼会获取更加丰富的信息，精准区分病灶、组织、器官的分界，并可对二维图像信号进行三维渲染，创建立体定向信号即三维重建模型。这种从MRI和(或)CT图像中提取数据转换为三维重建模型的技术实质为一种影像学后处理技术，是对MRI和(或)CT数据的二次分析。实现这一过程的软件有3D Slicer、O siriX、Mimics、Vitaworks等。无需患者进行额外的影像学检查，利用患者已有的MRI和(或)CT即可在较短时间内创建对应部位的三维重建模型，并可从各个角度进行观察和测量，甚至在三维重建模型上进行仿真手术[4]。该技术暂无统一命名，有人称其为三维重建及可视化分析、三维成像技术、三维MRI或三维CT、三维影像学分析等，本文采用基于MRI和(或)CT的三维影像学分析这一名称。

三维影像学分析在外科临床工作和科学研究中具有很好的应用前景，该技术在各个外科专科中发展程度不一，虽然其在妇科中的应用仍处于早期阶段，但正在成为一种颇具前景的影像学检查方法。本文将对该技术应用于女性盆腔解剖结构的重建、妇科疾病的诊断和鉴别诊断、手术方案的制定和选择做一综述。

1 三维影像学分析展示女性盆腔解剖结构

女性盆腔解剖不仅是解剖学的研究重点，也是妇科领域的研究重点，其中对盆腔血管的精确解剖尤为重要。人体各个部位的血管都有个体差异和不同程度的变异，并且女性的盆腔血管在不同生育和年龄情况下存在差异[5]。髂总动脉、髂内外动脉以及各级分支构成了庞大复杂的女性盆腔动脉系统，同时向生殖、消化及泌尿系统供血，盆腔静脉则与同名动脉伴行。血管和盆腔其他管道之间存在紧密联系，如子宫动脉于子宫颈外侧2cm处跨过输尿管末端至子宫侧缘，行子宫切除术离断子宫动脉时可能损伤输尿管，尤其当出现盆腔肿物挤压、肿瘤浸润、子宫内膜异位症或盆腔炎症导致解剖关系变化时，易发生血管和输尿管副损伤[6]。通过基于CT的三维影像学分析可清晰、直观地看到盆腔动静脉的走形、分支以及与供血器官组织的关系，从而减少血管相关副损伤。国内高成杰等[7]最先研究根据多层螺旋CT重建女性盆腔血管系统，同时提出将项技术应用于严重盆腔淤血、盆腔肿瘤周围血管网的研究等。

除了对盆腔血管进行三维重建及分析外，还有很多学者利用三维影像学分析对女性盆腔的其他解剖结构进行分析。Michel等[8]及Balleyguier等[9]分别开展了基于MRI、CT的三维影像学分析以观察女性骨盆并测量各径线。Ramanah等[10]运用该技术观察了活体主韧带和宫骶韧带的解剖结构，填补了活体妇女主韧带的附着结构细节及其与宫骶韧带关系的空白。Li等[11]发现该技术可提供详细的盆腔神经三维解剖信息。姜文轩等[12]则使用该技术揭示了广泛性子宫切除术后盆腔器官位置的改变。值得一提的是，该技术应用于阴道分娩相关损伤的研究更有优势。d'Aulignac等[13]对盆底的提肛肌进行三维重建，并模拟其在承受压力和收缩时的情况，旨在模拟分娩后可能发生的盆底损伤。Hoyte等[14]通过基于MRI的三维影像学分析发现，很多阴道分娩妇女的提肛肌附着处被破坏，而这种情况在未经历过阴道分娩的妇女中很少见。Otcenasek等[15]则通过基于MRI的三维影像学分析展示了正常妇女和经历阴道分娩后发生双侧耻骨直肠肌撕脱的妇女的盆腔解剖结构的不同，并发现双侧耻骨直肠肌撕脱改变了整个盆腔内筋膜的支撑力，破坏了阴道前壁和后壁的稳定性。

三维影像学分析使得女性盆腔解剖变得可视化，不仅能为临床及科研工作提供支持，也能应用于对医学生的女性盆腔解剖教学实践。

2 三维影像学分析辅助妇科疾病的诊断及鉴别诊断

众所周知，肿瘤良恶性质需病理学金标准判断，但并非所有肿瘤都能获得病理证据。基于刘萍等前期工作成果显示，三维重建技术可清晰完整重建肿瘤供血情况。刘萍等[16]进一步提出根据肿瘤供血情况判断肿瘤性质，良性肿瘤一般只有来自生长部位器官的1～2条供血动脉，血管网简单且血流不丰富；而恶性肿瘤则与之相反，可有多个器官或动脉供血，血管网复杂且血流丰富。但该假设尚需更多病例验证，且存在难以鉴别交界性肿瘤及早期恶性肿瘤的局限。

目前影像学上对病灶大小的测量多局限于扫描平面的最大直径，而三维影像学分析则能在各个角度观察及测量病灶的多种径线，如测量三维立体形态下病灶的真实最大直径、病灶最小无瘤边界等，以及计算病灶体积。有研究发现，子宫内膜癌的病灶体积与预后相关。Todo等[17-18]在MRI上测量子宫内膜癌病灶体积并发现该参数能预测淋巴结转移及反应疾病进展状态。随后Tanase等[19]在基于MRI的三维影像上更精确地测量早期子宫内膜癌的病灶体积，并再次证实病灶体积与淋巴结转移相关。关于宫颈癌病灶体积的相关研究质量低且少。Chen等[20]通过MRI计算了30例宫颈癌患者的病灶体积并发现病灶体积在评估预后方面明显优于单一病灶径线，从而证实了测量宫颈癌病灶体积的必要性。朱洪磊等[21]使用更精细的亚毫米CT并基于此进行三维模型重建，发现对中晚期的宫颈癌分期有重要帮助。对宫颈癌病灶体积的研究亟待开展，其与宫颈癌的关系将被逐步发现，或有可能影响宫颈癌分期系统。

此外，利用三维影像学分析能精确地展示疾病的形态细节这一优势，可尝试使用其来评估与异常解剖或组织形态相关的妇科疾病，如早期子宫内膜癌浅肌层侵犯、深部子宫内膜异位症直肠侵犯、可疑瘢痕妊娠胎囊种植部位、生殖道畸形、宫腔粘连等。有研究显示，利用剖宫产瘢痕妊娠术前MRI及适当的三维重建软件可清晰构建在体女性剖宫产瘢痕妊娠病灶范围、供血动脉、病灶同周围组织之间的关系,对剖宫产瘢痕妊娠的个体化治疗提供影像学评估依据[22]。有学者利用基于薄层MRI的三维影像学技术并打印制作了1例女性生殖道畸形的模型，成功地无创诊断了该患者的生殖道畸形类型[23]。将三维影像学分析与日臻成熟的三维打印技术结合，制成实体三维重建模型，丰富了诊断及鉴别诊断的方法。使用三维影像学分析以实现更精确的近距离放疗也有报道[24]。三维影像学分析在更多妇科疾病诊断及鉴别诊断的应用还需探索，期待相关研究尽快开展。

3 三维影像学分析指导妇科手术方案规划

手术是治疗外科疾病的一种重要手段。外科医生通过二维图像来了解病灶及周围组织器官的毗邻关系，根据个人经验在大脑中对目标部位进行三维重建，这需外科医生具有扎实的解剖学知识和出色的空间想象能力。在这个过程中，一方面可能存在医生阅片时遗漏信息，另一方面可能存在大脑中重建三维模型时发生偏差。使用三维影像学分析使这一过程更加简单直观，尤其是在处理复杂病例时和对经验较少的外科医生具有更大的帮助。从而使外科医生在术前进行更加精准的手术可行性评估和手术方案规划，降低手术风险、缩短手术时间、减轻工作压力。有一项研究证实，三维影像学分析可提高外科医生对腹膜后肿瘤手术解剖的认识[25]。该技术在许多外科专业的应用正在迅速扩展，有外科专业学者将该技术应用于肝、肺、胃、心脑血管等的术前评估上，结果显示该技术能提高多种外科手术的成功率[26-31]。

三维影像学分析在妇科手术的应用首先在宫颈癌根治术开展。Chen等[32]使用该技术评估广泛性子宫切除术对经膀胱吊带通路的影响，Li等[11]成功运用该技术指导保留神经的广泛性子宫切除术。宫颈癌是最常见的妇科恶性肿瘤，早期宫颈癌以手术治疗为主。广泛性子宫切除术是子宫切除类型中切除范围最大者，也是标准的宫颈癌根治术中子宫切除类型，尽管可满意治疗肿瘤，但由于该手术范围过大，易出现术中术后并发症，患者不适症状明显，严重影响患者生活质量。近年有研究发现，低风险早期宫颈癌，即病灶最大直径<2cm的早期宫颈癌，行次广泛性子宫切除术者较行广泛性子宫切除术者术后生存率无明显差异，而前者手术相关副损伤更少[33]。因此精确测量宫颈癌病灶的最大直径对选择恰当的子宫切除类型至关重要。而三维影像学分析可提供宫颈癌病灶大小、边界和形状的精确信息，因此在宫颈癌子宫切除类型的选择中极具应用价值。恰当的手术决策也可降低术后不良病理因素的发生率、减少不必要的广泛性子宫切除，最终改善患者的术后生存结局和生活质量。此外，卵巢癌肿瘤细胞减灭术可行性的术前评估、女性生殖道畸形的模拟切除等解剖结构复杂的病例，均为该技术可尝试应用的方向。

患者通过外科医生的解释、看病灶及其周围结构的手绘图、看影像学检查结果，很难真正了解自己的病情。向患者展示其病灶的三维重建模型可帮助患者更好地了解自己的病灶所在位置、累及范围及将要接受的手术。有病例报告1例年轻早期宫颈癌患者强烈要求行保留生育功能的宫颈癌根治术，但三维影像学分析发现该患者并不符合该手术的适应证，应行根治性子宫切除术及淋巴结清扫术。手术医生通过展示该患者宫颈癌病灶三维重建的打印模型，向患者更加直观地描述了宫颈、病灶和周围结构的关系，更容易解释两个手术治疗方案的适应证及不同之处。患者最终决定放弃保留生育功能，接受根治性子宫切除术及淋巴结清扫术[34]。

综上所述，三维影像学分析可重建复杂的解剖结构，展示病灶及周围组织器官及血管的解剖关系，测量病灶的多项二维、三维参数。这项新兴技术能帮助医生理解女性生殖系统结构损伤的发生机制、诊断和鉴别诊断某些妇科疾病以及规划某些妇科复杂手术方案。该技术还能作为医患沟通的桥梁，降低了手术医生向患者解释病情的难度。此外，还能帮助医学生更加直观的学习复杂的解剖结构。在可预见的未来，该技术有可能从根本上改善医学教学和医疗实践。