Персонализированное 3D-моделирование артериального русла для выполнения сосудисто-ориентированной расширенной лимфодиссекции при колоректальном раке

Сосудисто-ориентированная лимфодиссекция предполагает выполнение операции с использованием четких анатомических ориентиров, которыми выступают ветви брыжеечных сосудов и/или их основание. Данные об индивидуальном строении артерий и вен пациента позволяют также применять сосудосберегающую методику, при которой, несмотря на расширенную лимфодиссекцию, становится возможным сохранить кровоснабжение кишки вне границ резекции удаляемого участка кишки с опухолью. Такая технология осуществима благодаря приему скелетизации – методике выделения сосудов из окружающей жировой клетчатки до адвентициального слоя нижней брыжеечной артерии (НБА) или верхней брыжеечной артерии (ВБА). Однако строение мезентериальных сосудов очень вариативно, а техника сосудисто-ориентированной лимфодиссекции отличается в зависимости от типа строения артерий. Для уменьшения поисковых и тракционных движений хирургов во время операции, важно еще на дооперационном этапе определить строение сосудов. На основании КТ-исследований с внутривенным контрастированием возможно построить 3D-реконструкции сосудов, изучение которых позволяет с высокой точностью идентифицировать строение артерий и вен каждого пациента в предоперационном периоде.

Материалы и методы

Исследование носит одноцентровой проспективный обсервационный характер. В исследование включены пациенты с аденокарциномой ободочной или прямой кишки, которым выполнялась компьютерная томография органов брюшной полости с внутривенным контрастированием в предоперационном периоде. Также критерием включения пациентов в исследование являлось запланированное резекционное вмешательство с сосудисто-ориентированной расширенной лимфодиссекцией с радикальными намерениями.

Из вошедших в исследование 146 пациентов из клиники факультетской хирургии № 2 им. Г.И. Лукомского Сеченовского университета, 90 пациентам рутинно проводилось построение трехмерных реконструкций сосудистого русла. Остальным 56 пациентам предоперационное моделирование сосудистого русла не выполнялось. В соответствии с этим критерием было сформировано две группы для изучения результатов лечения.

Каждому пациенту была произведена компьютерная томография органов брюшной полости (КТ ОБП) c внутривенным усилением в виде неионного мономерного йодсодержащего контрастного вещества препаратом Омнипак с содержанием 350 мг/мл йода (в форме йогексола) на компьютерном томографе Aquillion One (Toshiba, Япония). При планировании сосудисто-ориентированной лимфодиссекции на предоперационном этапе у пациентов из группы с 3D с помощью трехмерных реконструкций выполнялось персонализированное изучение строения брыжеечных сосудов. В построении трехмерной модели и изучении сосудистой анатомии одного пациента принимали участие два хирурга. Снимки КТ ОБП проанализированы с помощью программ Osirix Dicom Viewer (Pixmeo SARL, Женева, Швейцария) и Horos (GNU Lesser General Public License, Version 3). Для получения трехмерных изображений высокой точности использовалось приложение Volume Rendering 3D (трехмерное преобразование изображений) с целью определения сосудистой анатомии.

В зависимости от расположения опухоли изучалось строение верхних или нижних брыжеечных сосудов на построенных 3D-реконструкциях. Оценивались следующие параметры для бассейна нижней брыжеечной артерии: расстояние от основания НБА до отхождения левой ободочной артерии (ЛОА); тип ветвления НБА по предложенной ранее классификации [1]; расположение ЛОА относительно нижней брыжеечной вены (НБВ); наличие дополнительных сосудов.

Для бассейна верхней брыжеечной артерии изучалось: расстояние от основания средней ободочной артерии (СОА) до подвздошно-ободочной артерии (ПОА); наличие правой ободочной артерии (ПрОА); отсутствие СОА; расположение ПОА относительно верхней брыжеечной вены (ВБВ).

Информация, полученная при изучении сосудов на 3D-моделях в предоперационном периоде, вносилась хирургами в соответствующие бумажные формы. На них были отражены варианты строения ветвей НБА или ВБА, тип взаиморасположения артерии и вены, расстояния интересующих промежутков. Во время оперативного вмешательства, после выполнения этапа скелетизации сосудистого русла, производилась оценка соответствия строения сосудов с полученными ранее данными. В каждом случае проводилась фотофиксация сосудов до их пересечения.

Для статистической обработки данных производился подгрупповой анализ в соответствии с локализацией опухолевого процесса и использованием 3D-реконструкций на доопера-ционном этапе:

– группа А: рак нисходящей ободочной, сигмовидной или прямой кишки с построением 3D-моделей анатомии сосудов НБА на дооперационном этапе;

– группа Б: рак нисходящей ободочной, сигмовидной или прямой кишки без построения 3D-моделей анатомии сосудов НБА;

– группа В: рак слепой и восходящей ободочной кишки с построением 3D-моделей анатомии сосудов ВБА на доопера-ционном этапе;

– группа Г: рак слепой и восходящей ободочной кишки без построения 3D-моделей анатомии сосудов ВБА.

Было проведено сравнение продолжительности оперативного вмешательства и количества удаленных лимфоузлов между группами А и Б, а также между группами В и Г соответственно.

Соответствие изученных хирургами предоперационных трехмерных реконструкций сосудов с интраоперационными данными оценивали с помощью коэффициента внутриклассовой корреляции. Чувствительность и специфичность совпадения результатов подтверждена коэффициентом tau-b Кендалла, где 1 – полное совпадение. Для сравнения интраоперационных результатов и количества удаленных лимфоузлов между двумя группами использовался критерий Манна-Уитни для независимых выборок, p < 0,005.

Результаты

В период с мая 2022 по май 2023 г. было прооперировано 146 пациентов, из которых 44 пациента с локализацией опухоли в правых отделах и 102 пациента с локализацией опухоли в левых отделах ободочной кишки. Исследованные группы статистически значимо не отличались по полу, возрасту и частоте встречаемости стадий заболевания (табл.1).

Результаты дооперационного исследования мезентериальных сосудов с помощью 3D-моделей показали, что Е1-тип строения НБА встречается чаще всего, а правая ободочная артерия присутствует у малого количества пациентов (табл. 2).

Примеры построения 3D-реконструкций сосудов и соответствующие им интраоперационные снимки представлены на рисунках 1 и 2.

Рис. 1. Строение ВБА на 3D-реконструкциях и соответствующие интраоперационные фотографии: а, в – ВБВ располагается позади подвздошно-ободочной артерии, правая ободочная артерия отсутствует; б, г – ВБВ располагается спереди от подвздошно-ободочной артерии, правая ободочная артерия отсутствует

Fig. 1. Anatomy of the SMA on 3D-reconstructions and corresponding intraoperative images: a, c – SMV is located behind the ileocolic artery, the right colic artery is absent; b, d – SMV is located in front of the ileocolic artery, right colic artery is absent

Таблица 1

Сравнительная характеристика групп

Comparative characteristics of groups

Table 1

Характеристики пациентов/ Patient characteristics			Показатель/ Indicator
	3D-КТ на дооперационном этапе (n=90)/ 3D-CT at preoperative stage	Без 3D-КТ на дооперационном этапе (n=56)/ Without 3D-CT at preoperative stage	p value
Пол (Мужской/Женский)/ Gender (Male/Female)	54/36	29/27	0,949*
Возраст/ Age	63±11	65±12	0,487**
Опухоль правой половины ободочной кишки/левой половины ободочной и прямой кишки/ Tumor of the right colon/left colon and rectum	22/68	22/34	0,573**
Стадии по TNM для рака правой половины ободочной кишки n (%)/ TNM stages of cancer of the right colon n (%)
I–II	7 (31,8)	6 (27,2)	0,472***
III	13 (59,0)	11 (50,0)	0,488***
IV	2 (9,2)	5 (22,8)	0,488***
Стадии по TNM для рака левой половины ободочной и прямой кишки n (%)/ TNM stages of cancer of the left colon and rectum n (%)
I–II	14 (20,6)	6 (17,6)	0,484***
III	45 (66,2)	14 (41,2)	0,496***
IV	9 (13,2)	14 (41,2)	0,488***

*p – value рассчитан с помощью t-критерия Стьюдента для независимых величин;

**p – value рассчитан с помощью хи-квадрата для категориальных переменных;

***p – value рассчитан с помощью критерия Манна-Уитни

Таблица 2

Данные о строении сосудов, полученные при изучении 3D-реконструкций

Vessel’s anatomy data, obtained from the examination of 3D-reconstructions

Table 2

Исследуемая характеристика/ Examined characteristics	n	%
Тип нижней брыжеечной артерии/ Inferior mesenteric artery type
Е1-тип E1-type	28	41,1
Е2-тип E2-type	3	4,4
Е3-тип E3-type	6	8,8

Продолжение Таблицы 2

К-тип K-type	11	16,2
Н-тип H-type	20	29,5
Взаиморасположение артерии и вены/ Artery-vein relationship
Левая ободочная артерия вентрально относительно нижней брыжеечной артерии/ Left colic artery ventrally to the inferior mesenteric vein	48	70,6
Левая ободочная артерия дорсально относительно нижней брыжеечной вены/ Left colic artery dorsally to the inferior mesenteric vein	20	29,4
Наличие добавочных сосудов/ Presence of accessory vessels
Добавочная почечная артерия Accessory renal artery	3	4,4
Тип верхней брыжеечной артерии/ Superior mesenteric artery type
Наличие правой ободочной артерии/ Presence of the right colic artery	5	22,7
Отсутствие средней ободочной артерии Absence of the middle colic artery	1	5,5
Взаиморасположение артерии и вены/ Artery-vein relationship
Подвздошно-ободочная артерия вентрально относительно верхней брыжееной вены/ Ileocolic artery ventrally to the superior mesenteric vein	9	40,9
Подвздошно-ободочная артерия дорсально относительно верхней брыжееной вены/ Ileocolic artery dorsally to the superior mesenteric vein	13	59,1
Правая ободочная артерия вентрально относительно верхней брыжеечной вены/ Right colic artery ventrally to the superior mesenteric vein	3	60,0
Правая ободочная артерия дорсально относительно верхней брыжеечной вены/ Right colic artery dorsally to the superior mesenteric vein	2	40,0

Рис. 2. Типы строения НБА на 3D-реконструкциях и соответствующие интраоперационные фотографии: а, д – Н-тип; б, е – К-тип; в, ж – Е1-тип; г, з – Е2-тип

Fig. 2. Anatomy types of the IMA on 3D-reconstructions and corresponding intraoperative images: a, e – H-type; b, f – K-type; c, g – E1-type; d, h – E2-type

Среднее значение расстояния от основания НБА до ЛОА составило 4,1 ± 0,67 см. При локализации опухоли в правых отделах ободочной кишки были выполнены измерения расстояния между СОА и ПОА, среднее значение которого составило 3,8 ± 0,59 см. Полученные измерения были использованы хирургом для определения расстояния, на протяжении которого следовало скелетизировать артерию до отхождения первой сосудистой ветви, для выполнения сосудисто-ориентированной лимфодиссекции.

Было также выявлено и впоследствии подтверждено интраоперационно наличие у трех пациентов добавочной почечной артерии: левой (n=2) (рис. 3.) и правой (n=1).

Рис. 3. Наличие добавочной почечной артерии вблизи основания НБА на 3D-реконструкциях и на соответствующих интраоперационных изображениях:

а, в – 3D-модель наблюдения с добавочной левой почечной артерией;

б, г – интраоперационный снимок при лапароскопическом доступе

Fig. 3. Presence of the accessory renal artery near the root of the

IMA on 3D-reconstructions and on the corresponding intraoperative images: a, c – 3D-model of the left accessory renal artery; b, d – intraoperative image at laparoscopic approach

Внутриклассовый коэффициент корреляции показал высокий уровень соответствия предоперационных 3D-реконструкций сосудов, интерпретируемых хирургами, с интраоперационными данными (ICС = 0,97; p < 0,001). Коэффициент корреляции при этом был оценен с помощью критерия tau-b Кендалла. Он показал высокую степень соответствия результатов, полученных при построении предоперационных 3D-реконструкций русла ВБА и НБА, с интраоперационными данными (CC = 0,795; p < 0,001). Всего был 1 случай несоответствия при изучении трехмерных моделей ВБА и 3 случая несоответствия для НБА. Случаи несоответствия наблюдались при ошибочной интерпретации трехмерных изображений хирургами, которые могли быть связаны с низким качеством проведенных предоперационных исследований.

Как показали представленные нами данные, средняя продолжительность оперативного вмешательства по поводу рака левой половины ободочной и прямой кишки значительно не различалась (табл. 3.) в группах с применением 3D-КТ сосудов НБА и без применения 3D-КТ (260±92 и 247±78, p value = 0.36317). То же самое можно сказать и про время операции с расположением опухоли в правой половине ободочной кишки (245±88 и 226±48, p value = 0.32636). Однако при изучении препаратов на прижизненном патолого-анатомическом исследовании были получены статистически значимые результаты, где количество удаленных лимфатических узлов было больше в группах, где проводилось изучение трехмерных реконструкций сосудов (26±13 и 19±7, p value = 0.001 для рака левой половины, и 41±26 и 17±5, p value <0.001 для рака правой половины соответственно).

Решение о конверсии доступа в нижнесрединную лапаротомию было принято в 3-х случаях: 1 случай в группе Б, 1 случай в группе Г, и 1 случай в группе А, в связи с техническими трудностями, обусловленными выраженным висцеральным ожирением, приведшем к невозможности адекватно визуализировать мобилизацию прямой кишки.

Обсуждение

Применение 3D-КТ ангиографии на дооперационном этапе при хирургическом лечении колоректального рака отражено в более ранних работах по поводу изучения вариативной анатомии НБА [2] и ВБА [3]. Посредством построения 3D-реконструкций возможно выявление различных вариаций расположения сосудов с целью стандартизации их анатомии, что представляет значимость при правосторонних локализациях опухоли ободочной кишки, так как правая ободочная артерия может отсутствовать [4]. В нашем исследовании правая ободочная артерия была обнаружена лишь у 5 пациентов из 22 с правосторонней локализацией опухоли. В данных публикациях также зафиксировано, что верхняя брыжеечная вена чаще располагается спереди от подвздошно-ободочной артерии. Мы получили похожие результаты, где вена располагалась спереди от подвздошноободочной артерии в 59,1 % случаев.

Наши результаты показывают, что 3D-КТ можно применить в клинической практике для улучшения хирургического лечения колоректального рака. Рутинное изучение трехмерных моделей сосудистого русла в нашем случае привело к улучшению качества лимфодиссекции, а именно, увеличению количества лимфоузлов в препарате. Отсутствие разницы в длительности оперативных вмешательств между группами с применением 3D-КТ и без применения 3D-КТ может быть связано с высоким уровнем хирургических навыков у хирургов, выполняющих операции. Наши данные включают в себя персонализированное изучение русла ВБА и НБА, измерение межсосудистых расстояний, идентификацию добавочных сосудов при планировании дальнейшей лимфодиссекции, а также оценку степени соответствия полученных результатов с интраопера- ционными данными, что в совокупности в литературе еще не было отражено.

Таблица 3

Интра- и постоперационные результаты

Intra- and postoperative results

Table 3

Характеристика/ Characteristics	Группа А (3D-КТ)/ Group A (3D-CT)	Группа Б (без 3D-КТ)/ Group B (without 3D-CT)	p value	Группа В (3D-КТ)/ Group C (3D-CT)	Группа Г (без 3D-КТ)/ Group D (without 3D-CT)	p value
Среднее время операции (мин)/ Mean operation time (min)	260±92	247±78	0.36317	245±88	226±48	0.32636
Среднее количество удаленных лимфоузлов/ Mean number of harvested lymph nodes	26±13	19±7	0.00139	41±26	17±5	<0.00001
Несостоятельность анастомоза/ Anastomosis failure	1	1		0	0

Впервые использование анатомических трехмерных моделей упоминается еще в 1978 году [5], когда C. Alberti предложил идею воспроизведения пластиковых трехмерных срезов, отсканированных с помощью КТ исследования. В то время не было доступных систем быстрого прототипирования (RP) и 3D-печати, однако фрезерование было возможно.

Одним из прообразов применения трехмерных реконструкций был способ коррозионного литья, который применялся на трупном материале. С его помощью удалось изучить калибр, длину и положение желудочно-ободочного ствола Генле [6]. С тех пор трехмерные реконструкции стали активно использоваться в медицине, а первое применение данного метода на практике было зафиксировано в челюстно-лицевой хирургии и ортопедической стоматологии [7], тогда как в хирургии брюшной полости технологии 3D-реконструкций начали применяться значительно позже [8].

Сейчас, для того чтобы построить трехмерную модель, необходимо выполнение компьютерной томографии с внутривенным контрастированием, на основе которой и выполняется реконструкция посредством различных программ (zioM900 Version2, ZIO software; Hyper Accuracy 3D, MEDICS; AquariusNET thin-client viewer, TeraRecon).

Хирургам в повседневной практике приходится иметь дело с вариативной, порой редкой анатомией, что подчеркнул в своем исследовании T. Sueda [9], где при построении трехмерной реконструкции была выявлена редкая венозная мальформация – шунт Ретциуса от НБВ к нижней полой вене у пациента с раком прямой кишки. В дальнейшем была выполнена лапароскопическая передняя резекция прямой кишки с пересечением шунта и НБА. Определение такой анатомической аберрации необходимо до проведения оперативного вмешательства, так как позволяет предупредить непреднамеренное повреждение сосуда.

В литературе описаны и другие особенности мезентериального русла, которые встречались у пациентов с колоректальным раком, такие как: аневризма ВБВ, связанная с желудочно-ободочным стволом Генле, а также отхождение нижней брыжеечной артерии от верхней брыжеечной [10–11]. Среди проанализированных 3D-КТ исследований 90 пациентов в нашем случае были обнаружены следующие особенности мезентериального русла: 3 добавочные почечные артерии у трех разных пациентов, а также отсутствие средней ободочной артерии у одного пациента.

Определение строения сосудистого русла особенно важно, когда опухоль располагается в селезеночном изгибе ободочной кишки. В такой ситуации при планировании Д3 лимфодис-секции необходимо ориентироваться как на НБА, так и на ВБА, т.е. осуществлять двунаправленную лимфодиссекцию. Bjarte в своей публикации от 2022 года с помощью построения 3D-моделей брыжеечных сосудов измерил разницу в уровне отхождения СОА и НБА, называя данный параметр «брыжеечной межартериальной лестницей» [12]. По мнению авторов на это следует ориентироваться при резекции селезеночного изгиба и выполнении лимфодиссекции для уменьшения поисковых и тракционных движений во избежание повреждения брыжейки тонкой кишки.

Идентификация сосудов более успешна, когда хирурги используют трехмерные реконструкции сосудов в качестве «карты» во время оперативного вмешательства [13]. При этом, как показано в исследовании, значительно снижается частота интраоперационных кровотечений, связанных с диссекцион-ными маневрами, а также сокращается продолжительность оперативного вмешательства.

Точность построения 3D-изображений и 3D-печатных моделей продемонстрирована на примере бассейна ВБА и ВБВ с измерениями межсосудистых расстояний на дооперационном и интраоперационном этапах по поводу рака правых отделов ободочной кишки. Оценивались соответствия размеров ВБА и ВБВ между 3D-изображениями, 3D-стереолитографическими печатными моделями и интраоперационными измерениями. Измерения показали соответствие артериальных расстояний с трехмерными изображениями и печатными моделями. Однако при сравнении межвенозных расстояний не удалось определить соответствия, что по мнению авторов отражает изменчивый характер вен in situ [14].

Заключение

Метод дооперационного 3D-КТ моделирования мезентериального русла улучшает интраоперационную навигацию благодаря высокоточному определению строения ВБА и НБА, идентификации добавочных сосудов, реальному представлению о межсосудистых расстояниях. Также это позволяет улучшить качество выполняемой лимфодис-секции, повышая количество удаленных лимфатических узлов в препарате.