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3D-slicer软件与三维动态磁共振血管成像技术探讨肾血管解剖变异

2024-08-27 78 上传者：管理员

摘要：目的：探讨以三维动态增强磁共振血管成像(3D-DCE-MRA)作为基础结合3D-Slicer软件在肾血管解剖变异中的应用价值。方法：回顾性分析2020年1月—2024年1月牡丹江市肿瘤医院收治的肾囊肿、肾上腺或肾肿瘤等疾病的222例患者的MR数据资料，采用3D-slicer软件进行重建后，根据模型，从腹腔镜根治性肾切除术和腹腔镜肾部分切除术角度对肾血管解剖情况进行深入分析。肾动脉变异主要包括多支肾动脉、肾动脉早发分支、混合型变异；肾静脉变异主要包括多支肾静脉、肾静脉晚期汇合、混合型变异。结果：本研究222例患者(共444个肾)，男性、女性的肾动脉变异比例分别为40.83%、40.20%，肾静脉变异比例为25.42%、31.86%，差异均无统计学意义。肾动脉和肾静脉存在变异分别为180个(40.54%)和127个(28.60%)，差异有统计学意义(P<0.05)。76个(17.11%)肾存在多支肾动脉，右肾35个(15.76%)，左肾41个(18.46%)；132个(27.73%)肾存在肾动脉早发分支，分别为右肾92个(41.44%)，左肾40个(18.02%)，差异有统计学意义(P<0.05)。127个(28.60%)肾存在多支肾静脉，右肾81个(36.47%)，左肾46个(20.72%)，差异有统计学意义(P<0.05)。结合“金标准”术中所见，3D-slicer软件结合三维动态增强磁共振血管成像技术的影像诊断222例患者符合手术指征阳性的有195例，阴性27例，漏诊3例，误诊5例。准确率、灵敏度、特异度分别为0.964、0.984、0.828。结论：3D-slicer软件对3D-DCE-MRA数据重建结果能够在手术前精准对患者肾血管解剖情况进行评估，发现患者的肾血管变异情况。

关键词：
3D-slicer
三维动态增强磁共振血管成像
手术成功
肾血管解剖变异
腹腔镜手术
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临床中肾血管解剖变异较常见，而且肾脏解位置深在，在腹腔镜手术之时视野受限，肾血管解剖变异会影响到手术结果[1]。因此，术前进行肿瘤定位，了解肾血管解剖变异，是规划手术入路，取得手术成功的重要因素之一。近些年，随着我国医学影像技术的不断发展，MR成像技术在临床广泛应用。3D Slicer软件具有医学图像分析、三维重建、可生成肾血管三维可视化模型等特点，能从多个角度观察血管的走行、分支和变异情况，为手术提供更为准确的信息[2]。从腹腔镜肾手术角度分析，通过三维可视化技术，医生可在术前对手术区域的组织器官进行了解，为其制定合理的手术方案提供依据，可降低术中风险，提高手术成功率。但是，当前临床关于肾血管解剖变异研究主要集中在肾动脉方面，对肾静脉变异分析相对较少，一般认为与肾静脉解剖结构复杂、变异类型多有关。基于此，本研究选取222例进行3D-DCE-MRA检查的患者数据资料，分析非对比增强磁共振血管成像(3D-DCE-MRA)作为基础结合3D Slicer软件在肾血管解剖变异中的应用价值，报道如下。

1、资料与方法

1.1一般资料

回顾性分析2020年1月—2024年1月牡丹江市肿瘤医院收治的肾囊肿、肾上腺或肾肿瘤等并行肾脏3D-DCE MRA检查的222例患者。其中男性患者120例，女性患者102例，年龄29～83岁，平均年龄(56.41±1.23)岁。其中有38例肾肿瘤患者、4例肾上腺肿瘤患者、120例肾囊肿患者、29例上尿路结石患者、8例肾盂肿瘤患者、6例膀胱癌患者、6例输尿管肿瘤患者、5例肾盂输尿管连接处梗阻患者、2例腹膜后肿瘤患者、2例腹膜后纤维化患者、2例下腔静脉后输尿管患者。纳入标准：(1)接受术前3D-DCE-MRA检查及手术治疗的患者，且资料完备；(2)年龄≥18岁。排除标准：(1)既往肾脏手术史；(2)存在肾缺如、肾萎缩等病变；(3)存在严重影响肾血管观察的病变，如钙化等。

1.2

方法本次入选222例患者均接受3D-DCE-MRA扫描，设备采用通用公司3.0T磁共振，配备8通道体部线圈，选择腹主动脉穿越膈肌裂孔层进行实时扫描，观察该位点注射对比剂前后的信号强度的变化情况并选择时间窗，三维小角度激发快速梯度回波(3D-Flash)序列分别采集两端段靶血管作为蒙片。采用双筒高压注射器，对比剂Gd-DTPA，剂量0.2 mL/kg(最大剂量不超过20 mL)；对比剂注射完毕用25 mL生理盐水冲洗，速率均为2.5 mL/s。参数：TR为2.5 ms，TE为1.0 ms，间隔1.5 mm，层厚3.0 mm，视野400 mm×400 mm，重建视野85%，反转角30°，重建矩阵400×512，加速因子2。将患者检查数据导入版本4.1的3D Slicer软件中，进入“Segment Editor”分割模块，采用“阈值分割法”初步分离动脉、静脉和肾脏区域，设置合适的阈值，基于造影剂浓度差异区分血管和肾脏与周围组织。使用“剪刀工具”逐一修剪和优化分割结果，保证可准确提取动脉、静脉和肾脏。完成分割后将血管和肾脏数据融合为一个整体的三维可视化模型。观察并测量三维可视化模型中肾动脉和肾静脉，利用3D Slicer软件的渲染和可视化工具通过旋转、缩放和平移等操作观察肾动脉和肾静脉的三维结构，了解其血管分布、走向以及与肾脏和其他周围器官的结构关系。使用测量工具精确量取肾动脉和肾静脉的血管长度、直径、分支角度等，测量血管之间的距离、夹角等空间关系参数，分析空间相对解剖关系。

1.3观察指标

肾动脉变异主要包括：(1)多支肾动脉：从腹主动脉或其分支直接向肾脏供血的动脉数量≥2支。(2)肾动脉早发分支：肾动脉在左侧距腹主动脉左侧缘2.0 cm内、在右侧下腔静脉右侧缘内发出分支。(3)混合型肾动脉变异：同时存在多支肾动脉和肾动脉早发分支两种变异类型。肾静脉变异主要包括：(1)多支肾静脉：从肾门直接汇入下腔静脉的肾静脉数量≥2支。(2)肾静脉晚期汇合：左肾静脉属支在距腹主动脉左侧缘1.5 cm以内汇合，右肾静脉属支在与下腔静脉汇合处1.5 cm以内汇合。(3)混合型肾静脉变异：同时存在多支肾静脉和肾静脉晚期汇合两种变异类型。

1.4统计学方法

采用SPSS 25.0统计软件处理数据。符合正态分布的计量资料以均数±标准差(±s)表示，采用t检验；计数资料以频数(n)、百分率(%)表示，采用χ2检验。以P<0.05代表差异有统计学意义。

2、结果

2.1男性、女性患者肾血管解剖变异比较

本研究222例患者(共444个肾)，男性、女性肾动脉变异比例分别为40.83%、40.20%，肾静脉变异比例为25.83%、31.86%，差异均无统计学意义(P>0.05)。见表1。表1男性、女性患者肾血管解剖变异比较[n(%)]项目男性女性 χ2 P例数120 102肾动脉变异98(40.83) 82(40.20) 0.058 0.809肾静脉变异62(25.83) 65(31.86) 3.275 0.070左肾动脉数量3.845 0.279 1支80(66.67) 63(61.76) 2支33(27.50) 29(28.43) 3支7(5.83) 7(6.86) 4支0(0.00) 3(2.94)左肾静脉数量4.031 0.258 1支92(76.67) 79(77.45) 2支25(20.83) 16(15.69) 3支3(2.50) 5(4.90) 4支0(0.00) 2(1.96)右肾动脉数量5.370 0.147 1支57(47.50) 54(52.94) 2支47(39.17) 32(31.37) 3支9(7.50) 14(13.73) 4支7(5.83) 2(1.96)右肾静脉数量4.503 0.212 1支81(67.50) 58(56.86) 2支32(26.67) 34(33.33) 3支7(5.83) 8(7.84) 4支0(0.00) 2(1.96)

2.2肾血管解剖变异情况

肾动脉和肾静脉存在变异分别为180个(40.54%)和127个(28.60%)，差异有统计学意义(P<0.05)。76个(17.11%)肾存在多支肾动脉，右肾35个(15.76%)，左肾41个(18.46%)；132个(27.73%)肾存在肾动脉早发分支，分别为右肾92个(41.44%)，左肾40个(18.02%)。127个(28.60%)肾存在多支肾静脉，右肾81个(36.47%)，左肾46个(20.72%)，差异有统计学意义(P<0.05)。见表2。

2.3肾血管解剖变异术中及诊断差异对比

从腹腔镜肾手术的角度出发，3D Slicer软件结合三维动态增强磁共振血管成像技术诊断：左肾有74例肾动脉需手术干预，46例肾静脉需手术干预；右肾有107例肾动脉需手术干预，81例肾静脉需手术干预。444个肾脏术中所见，其中左肾手术时有72例患者肾动脉、44例患者肾静脉术中处理，右肾有100例患者肾动脉、77例患者肾静脉术中处理。以手术结果为金标准，结合“金标准”术中所见，3D Slicer软件结合三维动态增强磁共振血管成像技术的影像诊断222例患者符合手术指征阳性的有195例，阴性27例，漏诊3例，误诊5例，见表3。准确率、灵敏度、特异度分别为0.964、0.975、0.880。

表2结合3D Slicer软件诊断肾血管解剖变异情况[n(%)]

表3肾血管解剖变异术中及诊断差异对比

3、讨论

近些年，关于肾血管变异的发生率，国内外文献报道有所差异，肾动脉变异范围约9%～76%，肾静脉变异范围约7%～30%，导致出现此种情况的主要原因可能与样本量、种族、判定标准、研究方法有一定关系[3]。随着腹腔镜技术的不断发展和广泛应用，腹腔镜下肾血管解剖逐渐受到重视。一般认为肾血管变异与腹腔镜肾手术并发症存在密切关联，所以术前准确评估患者肾血管解剖对于手术非常重要[4]。三维动态增强磁共振血管造影作为一种安全性及可靠性高，图像质量优良，并且非创伤性的血管技术被越来越广泛地应用于肾动脉狭窄的诊断[5]。而且能辨识肾肿瘤的毗邻血管，这对于术前辅助规划，增加肾脏复杂手术的安全性、手术效率与精准性，有极好的应用前景[6]。随着现代数字医学技术的不断进步，基于患者术前影像数据的三维可视化技术在临床实践中展现出重要的临床价值。3D Slicer软件可轻松处理各种医学影像数据，将MR影像的原始数据进行整合之后导入3D Slicer三维可视化软件进行重建，通过三维重建技术以三维图像将肾脏、肾血管、病变组织及其邻近器官以三维立体显示出来，清晰展示肾动脉和肾静脉的变异情况，为临床医师术前评估、手术规划和执行提供重要依据，可提供精准立体且直观的肾及血管三维重建模型。影像三维可视化通过运用原始影像数据，通过建模软件，可三维重建出实质器官的数字模型。随着影像技术的发展，可以为肾脏外科治疗实现微创、精准治疗，为进入精准外科时代提供有力支持[7-8]。本研究结果发现，肾动脉和肾静脉存在变异分别为180个(40.54%)和127个(28.60%)。76个(17.11%)肾存在多支肾动脉，右肾35个(15.76%)，左肾41个(18.46%)；132个(27.73%)肾存在肾动脉早发分支，分别为右肾92个(41.44%)，左肾40个(18.02%)。127个(28.60%)肾存在多支肾静脉，右肾81个(36.47%)，左肾46个(20.72%)。肾动脉变异较肾静脉变异的概率更高，既往研究结果与上述研究结果类似，提示肾动脉变异发生率高[9-10]。本研究中纳入的患者数较少，对于三维可视化肾血管解剖变异在腹腔镜肾脏手术中的具体应用效果，需要加大样本量，进一步评价其实际应用效果。综上所述，利用三维可视化技术，对肾血管解剖变异的类型提供了精准、可视化、全面完整的立体解剖信息，可发现不同个体间肾血管变异存在较大差异，基于3D Slicer软件结合三维动态增强磁共振血管成像技术可为临床提供直观、精确的数据评估结果，对于降低术中肾血管损伤的风险，具有重要的临床意义。

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文章来源:何大业,王星,唐懿刚,等.3D-slicer软件结合三维动态增强磁共振血管成像技术探讨肾血管解剖变异[J].影像研究与医学应用,2024,8(16):76-79.