СПОСОБ ПЛАНИРОВАНИЯ АНАТОМИЧЕСКИХ СУБЛОБАРНЫХ РЕЗЕКЦИЙ ЛЕГКИХ У БОЛЬНЫХ С ПЕРИФЕРИЧЕСКИМИ ОБЪЕМНЫМИ ОБРАЗОВАНИЯМИ НА ОСНОВЕ КТ-АНГИОПУЛЬМОНОГРАФИИ Российский патент 2016 года по МПК A61B6/03 G06T15/00 

Изобретение относится к медицине, а именно к лучевой диагностике, и может применяться в рамках персонализации в планировании хирургического приема у больных с периферическими объемными образованиями легких.

В настоящее время одной из приоритетных задач современной хирургической онкологии является выполнение функционально щадящих и органосохраняющих оперативных вмешательств. При метастатическом процессе с экстрапульмональным первичным очагом, а также при периферическом немелкоклеточном раке легкого в стадии ΙΑ объем оперативного вмешательства может ограничиваться анатомической сегментарной резекцией. В случае проведения данного типа оперативного вмешательства на легком хирургу необходимо предоставить наиболее информативные и приближенные к классическим анатомическим пособиям данные об индивидуальном строении регионарных бронхососудистых структур. Данные классических постконтрастных аксиальных томограмм, мультипланарных реконструкций в режиме проекций максимальной интенсивности в ортогональных и искривленных плоскостях, а также техники объемного рендеринга значительно уступают трехмерной компьютерной модели с цветовым картированием бронхососудистых структур и легочного узла.

Полученные при проведении стандартного протокола двухфазной КТ-ангиопульмонографии данные не обладают необходимыми характеристиками для полуавтоматического цветового картирования, а именно:

- отсутствует достаточная разница между интервалами ослаблений рентгеновского излучения от просветов артерий и вен легкого, что не дает возможности полноценно раздельно, даже полуавтоматически, картировать данные структуры за ограниченный временной промежуток;

- коэффициенты ослабления рентгеновского излучения законтрастированной крови в просветах артерий и вен при стандартном протоколе сканирования с напряжением тока, подаваемого на рентгеновскую трубку, равным 120 кВ, ниже, чем при низкодозовом протоколе с напряжением, равным 100 кВ, что затрудняет моделирование дистальных ветвей сосудистого русла.

Известен метод динамического сканирования при помощи 320-рядной детекторной системы с зоной единовременного покрытия в 16 см через заданные промежутки времени от начала внутривенного введения контрастного вещества - на 10, 15, 20 и 25 секундах (Moriya 3DCTA for Pulmonary Artery/Vein Separation - Simulation Prior to Lung Lobectomy by Thoracoscopic Surgery http://dx.doi.org/10.1594/ecr2013/C-1211).

Недостатком данной методики главным образом является использование системы с 320 рядами детекторов, что затрудняет ее применение в рутинной практике большинства многопрофильных стационаров в связи с высокой стоимостью данной категории сканеров. Также ограничение протяженности зоны динамического сканирования шириной рабочей зоны детекторов в 16 см не позволяет одновременно получать данные от всей зоны интереса, если объекты интереса расположены вне вышеуказанного интервала.

Наиболее близкой является методика предварительного расчета индивидуального времени задержки 2-фазного спирального сканирования путем построения TDC (time density curve - кривая зависимости плотности от времени) по данным тестовой внутривенной инъекции контрастного препарата (Н. Nishiyama, K. Omoto, Y. Nishiyama, Т. Matsuda, Т. Kido, Н. Tagashira, М. Yoshimoto, Т. Mochizuki; Toon/JP Separation of Pulmonary Artery and Pulmonary Vein Using 2-Phase Chest CT for Video-Assisted Thoracic Lobectomy http://dx.doi.org/10.1594/ecr2013/C-1396).

Ограничительным моментом использования данной методики является необходимость проведения предварительного тест-болюса для подбора индивидуальных временных значений задержек сканирования, что увеличивает время процедуры и снижает ее пропускную способность.

Задачей изобретения является получение диагностических изображений с большой разницей интервалов ослаблений рентгеновского излучения от просветов артерий и вен легкого и высококачественных трехмерных реконструкций с цветовым картированием легочных артерий, вен, бронхов и легочных узлов, а также получение данных от всей области интереса вне зависимости от расстояния между объектами и без проведения предварительного тест-болюса.

Указанная задача решается тем, что скан болюс-трекинга устанавливают на уровне, соответствующем нижнему контуру дуги аорты, выделяют фрагмент аксиальной томограммы (ROI), на котором будут отслеживать плотность в режиме реального времени, в области просвета верхней полой вены, на уровне ее максимального диаметра, с сохранением автоматического старта сканирования во время первой фазы при достижении внутри ROI значений коэффициента ослабления рентгеновского излучения +140HU, при локализации объемного образования в верхних отделах легких сканирование производят в краниокаудальном направлении, при локализации в нижних отделах - в каудокраниальном, при этом получают максимальную разницу диапазонов коэффициентов ослабления рентгеновского излучения просветов легочных артерий и вен, вторую фазу сканирования начинают через 10 с после окончания первой, направление сканирования - обратное предыдущей фазе, полученные для каждой фазы данные в виде первой и второй постконтрастных серий аксиальных томограмм реконструируют с толщиной реконструкции 1 мм и инкрементом 0,8 с использованием гибридного фильтра реконструкции, далее производят анатомическую синхронизацию данных обеих постконтрастных серий, в окне первой серии создают маску порогового значения, включающую в себя легочные артерии, легочные вены, бронхи и объемные образования легких, с использованием верхнего и нижнего порогов диапазона коэффициентов ослабления рентгеновского излучения, соответствующих законтрастированной крови в просветах легочных артерий, с последующим трехмерным заполнением области, соответствующей легочным артериям, после чего процедуру создания маски повторяют для второй серии томограмм с использованием верхнего и нижнего порогов диапазона коэффициентов ослабления рентгеновского излучения, соответствующих законтрастированной крови в просветах легочных вен, с заполнением области, соответствующей легочным венам, далее область, соответствующую легочным артериям, переносят в окно второй серии и осуществляют трехмерное заполнение бронхиального дерева и объемного образования легкого, в завершение постпроцессорной обработки с учетом сегментарного строения производят присуждение цветов для ветвей легочной артерии, легочных вен, бронхиального дерева, объемного образования легкого с представлением полученных результатов в виде трехмерной модели.

Изобретение поясняется подробным описанием, клиническими примерами и иллюстрациями, на которых изображено:

Фиг. 1 - на изображении представлены картированные бронхососудистые структуры и узел объемного образования в легких. Желтый цвет присвоен бронхиальному дереву, синий цвет - легочным венам, красный цвет - легочным артериям, зеленый цвет - объемному образованию, фиолетовый - сегментарной артерии А1+2, розовый - сегментарной артерии A3. Объемное образование располагается в зоне вентиляции и перфузии, соответствующей переднему сегменту верхней доли левого легкого.

Фиг. 2 - на изображении представлены картированные бронхососудистые структуры и узел объемного образования в легких. Желтый цвет присвоен бронхиальному дереву, синий цвет - легочным венам, красный цвет - легочным артериям, зеленый цвет -

объемному образованию, фиолетовый - сегментарной артерии А8, розовый - сегментарной артерии А9, темно-лиловый - сегментарной артерии А10. Объемное образование располагается в зоне вентиляции и перфузии, соответствующей медиабазальному сегменту нижней доли левого легкого.

Для реализации предлагаемой методики был использован КТ-сканнер Aquilion Prime (80-рядная детекторная система Quantum IV с толщиной одного ряда 0,5 мм) фирмы Toshiba (Япония) с автоматическим инжектором контрастного препарата Stellant фирмы MedRad (США). В качестве контрастных агентов использовали неионные йодсодержащие рентгенконтрастные препараты с концентрацией йода от 350 до 400 мг/мл в дозировке 50 мл и физиологический раствор NaCl 0.9% объемом 40 мл. Для постпроцессорной обработки полученных данных применялся программный пакет Myrian компании Intrasense (Франция).

Этапы подготовки пациента и инжекторной системы

1. Контрастный агент и физиологический раствор набираются в две стандартные колбы для автоматического инжектора объемом 150 мл, которые соединяются друг с другом и с витой магистралью посредством системы с Y-образным тюбингом. Производится удаление воздуха из системы путем стравливания контрастного агента до уровня слияния проводников Y-образного тюбинга с последующей подачей физиологического раствора и заполнением просвета витой магистрали на всем протяжении.

2. Производится обработка кожных покровов спиртовым раствором в области планируемой венопункции в локтевой ямке с предпочтением правой руки. Далее, производится сама венопункция кубитальной вены с установкой гибкого катетера (G18) с последующим подключением последнего к витой магистрали.

3. На мониторе контроллера инжектора задается скорость введения контрастного препарата и физиологического раствора, используемого в качестве агента для тест-инъекции для проверки изоляции проводящей системы, а также болюс-преследователя для последующей очистки системы от контрастного агента. Скорость введения составляет 5 мл/с, объем контрастного агента - 50 мл, объем физиологического раствора 30 мл.

Способ планирования анатомических сублобарных резекций легких у больных с периферическими объемными образованиями на основе КТ-ангиопульмонографии выполняется следующим образом.

При планировании исследования применяется разработанный протокол, обеспечивающий получение достаточной для полуавтоматической постпроцессорной обработки разницы интервалов ослаблений рентгеновского излучения от просветов легочных артерий и вен.

Для оптимизации качества изображений было решено отказаться от стандартной методики автоматического отслеживания болюса контрастного препарата на уровне легочного ствола.

Скан болюс-трекинга устанавливается по данным двух предварительных сканограмм на уровне, соответствующем нижнему контуру дуги аорты, ROI (region of interest) на просвет верхней полой вены, на уровне ее максимального диаметра, с сохранением автоматического старта сканирования при достижении внутри ROI значений коэффициента ослабления рентгеновского излучения +140HU. Время начала сканирования смещается к более ранней точке (т.е. раньше, чем при обычном сканировании), когда артериальное русло уже достаточно законтрастировано, а в просветы легочных вен контрастированная кровь только начинает поступать.

Чтобы уменьшить время подготовки аппарата к сканированию, используется заданное время задержки голосовой команды (Voice Timing), равное 3 с. По истечении данного времени, суммируемого с временным интервалом, приходящимся на голосовую команду, у подавляющего большинства пациентов коэффициент ослабления рентгеновского излучения внутри установленной ROI достигает предустановленного значения в +140HU, происходит транспортировка деки стола с пациентом до указанного начального уровня и начинается сканирование, занимающее в среднем около 2,5 с, при использовании стандартного для исследования органов грудной полости PF (pitch factor), равного 1,3, а также времени одного полного оборота рентгеновской трубки, равного 0,35 с.

В зависимости от локализации процесса выбирается оптимальное направление сканирования для получения максимальной разности диапазонов коэффициентов ослабления рентгеновского излучения просветов легочных артерий и вен: при локализации в верхних отделах легких сканирование производят в краниокаудальном направлении, при локализации в нижних отделах - в каудокраниальном направлении.

Вторую фазу начинается через 10 с после окончания предыдущей, направление сканирования - обратное предыдущей фазе.

Данные, полученные с применением вышеописанного оптимизированного протокола, реконструируют в серии аксиальных томограмм с толщиной реконструкции 1 мм и инкрементом 0,8 с использованием гибридного фильтра реконструкции. Далее с помощью программного пакета Myrian производится анатомическая синхронизация данных обеих постконтрастных серий, в окне первой серии создается маска порогового значения, включающая в себя предполагаемые структуры для дальнейшего картирования, а также верхний и нижний пороги интервала коэффициентов ослабления рентгеновского излучения, соответствующие законтрастированной крови в просветах легочных артерий, получаемые путем точечной оценки данных коэффициентов с последующим использованием инструмента трехмерного заполнения заданной области интереса.

Вышеописанная процедура повторяется для второй серии полученных данных с использованием порогов, соответствующих законтрастированной крови в просветах легочных вен.

Далее область интереса, соответствующая легочным артериям, переносится в окно второй серии. Осуществляется полуавтоматическое картирование бронхиального дерева и легочного узла путем применения инструмента трехмерного заполнения. В завершение постпроцессорной обработки производится цветовое картирование созданных областей интересов с назначением отдельных цветов для ветвей легочной артерии, в соответствии с их анатомическим сегментарным строением, легочных вен и легочного узла и представление полученных результатов в виде трехмерной модели. Временной интервал, затраченный на постпроцессорную обработку, в среднем составил 15-20 минут.

У 100% пациентов данные, представленные путем полуавтоматического цветового картирования сосудов легких, бронхиального дерева и интрапаренхиматозных объемных образований с последующим построением трехмерной компьютерной модели на этапе предоперационной подготовки, совпали с интраоперационными данными.

Цветовое картирование сосудов легких, бронхиального дерева и интрапаренхиматозных узловых образований с последующим представлением в виде трехмерной компьютерной модели, выполненное путем полуавтоматической постпроцессорной обработки данных оптимизированной двухфазной КТ-ангиопульмонографии, наиболее информативно для навигации и планирования оперативного приема на этапе предоперационной подготовки у пациентов с периферическими объемными образованиями легких в сравнении с остальными ныне существующими вариантами цифровой объемной визуализации бронхососудистых структур.

Клинические примеры выполнения способа

Пример 1. Пациент К., 42 года, в анамнезе нефрэктомия по поводу рака почки. При плановом прохождении процедуры КТ органов грудной полости в верхней доле левого легкого выявлено солитарное узловое образование. Проведена биопсия с забором материала для гистологического исследования - заключение: метастаз светлоклеточного рака почки. Проведена двухфазная КТ-ангиопульмонография с применением предложенной методики. На основании полученных данных построена 3D-модель (Фиг.1). В соответствии с анатомическим строением сегментарным ветвям легочной артерии, а именно А1+2 (фиолетовый) и A3 (розовый) присвоены отдельные цвета. Данные были предоставлены хирургам в виде 3D-pdf отчета. Оперативное вмешательство было выполнено в планируемом объеме: анатомической сегментэктомии переднего сегмента верхней доли левого легкого.

Пример 2. Пациент К., 58 лет, диагноз: рак восходящей ободочной кишки. Ранее было проведено оперативное вмешательство на толстой кишке (гемиколэктомия).

При плановом прохождении процедуры КТ органов брюшной полости на уровне проксимальной границы зоны сканирования в нижней доле левого легкого выявлено узловое образование. Объем исследования был дополнен КТ органов грудной полости, при которой других очаговых образований выявлено не было. Проведена биопсия с забором материала для гистологического исследования - заключение: метастаз рака толстой кишки. Проведена двухфазная КТ-ангиопульмонография с применением предложенной методики. На основании полученных данных построена 3D-модель (Фиг. 2). Данные были предоставлены хирургам в виде 3D-pdf отчета. Оперативное вмешательство было выполнено в планируемом объеме: анатомической сегментэктомии медиабазального сегмента нижней доли левого легкого.

Таким образом, предложенная методика имеет следующие преимущества:

- простота выполнения;

- не требует использования дорогостоящих КТ-систем с большим количеством детекторных рядов;

- не требует проведения предварительного тест-болюса;

- позволяет получать данные от всей области интереса вне зависимости от расстояния между объектами интереса;

- не требует большого времени на подготовку и постпроцессорную обработку;

- позволяет получить диагностические изображения с большой разницей интервалов ослаблений рентгеновского излучения от просветов артерий и вен легкого и высококачественные трехмерные реконструкции с анатомическим сегментарным цветовым картированием легочных артерий.

Использование заявляемого способа позволило оптимизировать стандартный протокол двухфазной КТ-ангиопульмонографии и получить наиболее информативные данные для навигации и планирования оперативного приема на этапе предоперационной подготовки у пациентов с периферическими объемными образованиями легких.

Изобретение относится к медицине, лучевой диагностике и может применяться в рамках персонализации в планировании хирургического приема у больных с периферическими объемными образованиями легких (ООЛ). Способ трехмерной реконструкции бронхососудистых структур у больных с ООЛ на основе КТ-ангиопульмонографии включает проведение КТ в режиме двухфазного спирального сканирования. Скан болюс-трекинга устанавливают на уровне, соответствующем нижнему контуру дуги аорты. Выделяют фрагмент аксиальной томограммы (ROI), где будут отслеживать плотность в режиме реального времени, в области просвета верхней полой вены, на уровне ее максимального диаметра, с сохранением автоматического старта сканирования во время первой фазы при достижении внутри ROI значений коэффициента ослабления рентгеновского излучения (КО) +140HU. При локализации ООЛ в верхних отделах легких сканирование производят в краниокаудальном направлении, при локализации в нижних отделах - в каудокраниальном. При этом получают максимальную разницу диапазонов КО просветов легочных артерий (ЛА) и вен (ЛВ). Вторую фазу сканирования начинают через 10 с после окончания первой, направление сканирования - обратное предыдущей фазе. Полученные для каждой фазы данные в виде первой и второй постконтрастных серий аксиальных томограмм реконструируют с толщиной реконструкции 1 мм и инкрементом 0,8 с использованием гибридного фильтра реконструкции. Далее производят анатомическую синхронизацию данных обеих постконтрастных серий, в окне первой серии создают маску порогового значения, включающую в себя ЛА, ЛВ, бронхи и ООЛ, с использованием верхнего и нижнего порогов диапазона КО, соответствующих законтрастированной крови в просветах ЛА, с последующим трехмерным заполнением области, соответствующей ЛА. Затем процедуру создания маски повторяют для второй серии томограмм с использованием верхнего и нижнего порогов диапазона КО, соответствующих законтрастированной крови в просветах ЛВ, с заполнением области, соответствующей ЛВ. Далее область, соответствующую ЛА, переносят в окно второй серии и осуществляют трехмерное заполнение бронхиального дерева и ООЛ. В завершение постпроцессорной обработки с учетом сегментарного строения производят присуждение цветов для ветвей ЛА, ЛВ, бронхиального дерева, ООЛ с представлением полученных результатов в виде трехмерной модели. Способ обеспечивает получение диагностических изображений с большой разницей интервалов ослаблений рентгеновского излучения от просветов ЛА и ЛВ и высококачественных трехмерных реконструкций с цветовым картированием ЛА, ЛВ, бронхов и ООЛ, получение данных от всей области интереса вне зависимости от расстояния между объектами и без проведения предварительного тест-болюса, что ускоряет процедуру. 2 ил.

Способ трехмерной реконструкции бронхососудистых структур у больных с периферическими объемными образованиями легких на основе КТ-ангиопульмонографии, включающий подготовку пациента и инжекторной системы к исследованию, проведение КТ в режиме двухфазного спирального сканирования, отличающийся тем, что скан болюс-трекинга устанавливают на уровне, соответствующем нижнему контуру дуги аорты, выделяют фрагмент аксиальной томограммы (ROI), на котором будут отслеживать плотность в режиме реального времени, в области просвета верхней полой вены, на уровне ее максимального диаметра, с сохранением автоматического старта сканирования во время первой фазы при достижении внутри ROI значений коэффициента ослабления рентгеновского излучения +140HU, при локализации объемного образования в верхних отделах легких сканирование производят в краниокаудальном направлении, при локализации в нижних отделах - в каудокраниальном, при этом получают максимальную разницу диапазонов коэффициентов ослабления рентгеновского излучения просветов легочных артерий и вен, вторую фазу сканирования начинают через 10 с после окончания первой, направление сканирования - обратное предыдущей фазе, полученные для каждой фазы данные в виде первой и второй постконтрастных серий аксиальных томограмм реконструируют с толщиной реконструкции 1 мм и инкрементом 0,8 с использованием гибридного фильтра реконструкции, далее производят анатомическую синхронизацию данных обеих постконтрастных серий, в окне первой серии создают маску порогового значения, включающую в себя легочные артерии, легочные вены, бронхи и объемные образования легких, с использованием верхнего и нижнего порогов диапазона коэффициентов ослабления рентгеновского излучения, соответствующих законтрастированной крови в просветах легочных артерий, с последующим трехмерным заполнением области, соответствующей легочным артериям, после чего процедуру создания маски повторяют для второй серии томограмм с использованием верхнего и нижнего порогов диапазона коэффициентов ослабления рентгеновского излучения, соответствующих законтрастированной крови в просветах легочных вен, с заполнением области, соответствующей легочным венам, далее область, соответствующую легочным артериям, переносят в окно второй серии и осуществляют трехмерное заполнение бронхиального дерева и объемного образования легкого, в завершение постпроцессорной обработки с учетом сегментарного строения производят присуждение цветов для ветвей легочной артерии, легочных вен, бронхиального дерева, объемного образования легкого с представлением полученных результатов в виде трехмерной модели.