使用虚拟现实技术对多灶性下腹乳腺肿瘤进行部分乳房切...

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使用虚拟现实技术对多灶性下腹乳腺肿瘤进行部分乳房切除术
摘要
肿瘤整形手术可以增加保守乳腺癌治疗的适应症数量。然而，在某些情况下，例如多中心或多灶性病变，即使在乳房体积可以容纳它的情况下，是否可以执行它仍然存在不确定性。在虚拟现实软件 DIVA 的帮助下，可以完全基于患者的 MRI 精确显示肿瘤和乳房体积，我们报告了在 31 年中快速确认和确保多个病变部分手术适应症的能力-老病人。使用所描述的方法，患者不必在不影响安全性的情况下因癌性乳房手术而严重毁容。案例展示一名 31 岁的患者在法国巴黎居里研究所医院中心因自摸右乳结节而入院。她没有恶性肿瘤或重大医疗问题的个人或家族史。入院前 3 个月，她已停止母乳喂养她 16 个月大的孩子。患者身高 159 厘米，体重 57 公斤，穿着 E 罩杯文胸。临床乳房检查显示右侧乳房下内象限有一个 50 mm 的主要肿块，第二个肿块位于乳房下皱襞下方 25 mm。乳房 X 线摄影在左乳房被分类为美国放射学会 (ACR) 2 类，在右乳房被分类为 ACR 5 类。在右乳房，乳房 X 光检查显示存在四个不规则肿块：下内象限有一个双叶肿块，下象限结合处有三个肿块。没有钙化的证据。右乳超声检查发现单叶双叶病灶位于下内象限，4点钟方位，距乳头9 cm，尺寸32×26×21 mm。其他肿瘤肿块由下象限结合处3个相邻的病灶组成，在6点钟方位，距乳头4厘米，延伸45×29毫米，距下腹单叶病灶内缘36毫米。内象限。上象限和下外象限均未发现病变。病变的总面积超过 8 厘米宽、45 毫米高和 6 厘米前后。右侧腋窝淋巴结肿大也存在。对右乳房的两个主要病变进行了两次针头活检：

• 在下内象限，活检发现浸润性导管癌 EE II 级雌激素受体 (ER) 0%、孕激素受体 (PR) 0%、人表皮生长因子受体 2 (HER2) 评分 0 和 Ki-67 90% (组织病理学图像如图1所示)。
• 在内象限结合处，活检发现浸润性导管癌 EE II 级 ER 0%、PR 0%、HER2 评分 0 和 Ki-67 60%。
• 腋窝细针穿刺活检对癌细胞呈阳性。
  

图1
（左）下内象限中 45 毫米肿块的乳腺微活检，分类为 ACR 5（组织病理学图像，苏木精-伊红-番红 (HES) 着色）：无特殊类型的浸润性癌，具有由肿瘤细胞组成的小梁结构纤维基质内有中度细胞核异型性，淋巴细胞很少（黑条对应于 100 µm）。（中）手术标本的宏观图像表明纤维性疤痕（方格对应于 1 厘米）。（右）手术标本/肿块切除术（组织病理学图像，HES 着色）：完整的组织学反应，伴有致密纤维重组，与已识别病变部位的化疗相关的多形性炎症浸润相关，无残留肿瘤细胞（黑条对应于 100微米）。ACR，美国放射学院。

进行了核磁共振检查，证实了右乳房的多灶性 (MF) 病变，包括三个大的坏死性非界限肿块，沿着下象限的结合处有卫星结节，并伴有腋窝淋巴结受累。
还进行了正电子发射断层扫描，显示右下象限的高代谢病变：下内和下外象限以及同侧右腋窝和右内乳淋巴结受累。没有远处的内脏或骨骼损伤。
在这种情况下，开始了新辅助化疗（NAC）。将线圈放置在最上面的病灶中作为未来手术的指南。
患者首先接受了高剂量的阿霉素 60 mg 和环磷酰胺 600 mg 四个周期的治疗。
在中间的乳房 X 光检查和超声检查中，观察到右侧乳房肿块的部分反应（根据实体瘤中的反应评估标准，-30%）。腋窝和内乳淋巴结肿大已正常化。
化疗继续使用每周 12 个周期的紫杉醇联合卡铂。在化疗结束时，肿块在临床上不再可触及。
超声检查证实下内象限肿块完全消失，除了一个病灶的大小从最初的 26×11×21 mm 减小到 21×4×8 mm。
在 T1 加权对比增强 MRI 上，肿瘤反应是部分的，两个病灶持续存在，而不是最初在下象限中描述的病变。节点被标准化。
鉴于最初在下象限存在 MF 病变，因此认为有必要进行根治性治疗。然而，鉴于乳房体积（E 罩杯），我们的团队想看看是否可以考虑保守治疗。因此，我们决定使用我们新颖的软件平台 DIVA 来指导和限制手术切除。
调查
DIVA 是一个先前报道的软件平台，它允许基于患者的 CT 或 MRI 医学图像（即医学中的本机数字成像和通信或 DICOM 图像格式）对按比例的患者体积表示或“化身”进行可视化和交互。沉浸式虚拟现实 (VR) 环境。 VR 让用户沉浸在完全由计算机生成的环境中，通过立体视觉和运动跟踪的集成，使 3D (3D) 感知变得自然。
DIVA 软件包括两种使用模式。第一种是桌面模式，其中可以使用 3D 查找表或传递函数界面实时可视化和修改患者的体积表示以适应用户的偏好。体积患者表示是通过体积射线投射方法生成的，该方法根据渲染方程将每个体素映射到不透明度和颜色。该过程不需要对医学图像进行分割或预处理；它只需要从医院的图片存档和通信系统中提取的原始 DICOM 图像。
DIVA 的第二种使用模式利用 VR 让医生在沉浸式环境中探索患者的化身，有助于快速直观地理解 3D 几何图形。借助手持式 VR 控制器，用户可以在各个方向上抓取和移动虚拟化身，从任意角度穿过患者并在虚拟患者内部流畅地导航（参见视频 1）。DICOM 采样器工具允许同时可视化原始成像数据（此处为 MRI）并与 VR 中的体积数据相关联。此外，可以在虚拟环境中添加各种注释（例如，地标和距离测量）。在这项研究中，我们使用了 HTC Vive VR 耳机及其随附的控制器。

视频 1
使用 DIVA 和 T1 加权对比增强 MRI，可以直接定位和了解与乳房整体体积相关的初始病变。传递函数的调整允许肿瘤边界的有效可视化。在这里，掌握和自由定位患者化身的能力以及重要的是切穿体积有助于在其环境中提供肿瘤的几何洞察力（参见视频 1）。沉浸式效果与患者的准确按比例的体积表示相结合，同时能够从字面上切入数据，增强了在其局部和全球环境中可视化肿瘤的能力。病变被确定为严格位于下象限，如图2所示，有足够的剩余体积进行保守治疗。
图 2
T1 加权对比增强 MRI 化疗前和化疗后的可视化。（左上）化疗前轴向 MRI 的最大强度投影。在右乳房观察到四个多灶性下腹病变；(1) 对应于下内象限中的单个双叶肿块，(2)、(3) 和 (4) 对应于下象限结合处的三个连续肿块。（右上）使用 DIVA 软件在虚拟现实中可视化相同的 MRI，揭示 MRI 上确定的下乳房病变的三维范围和定位。（左下）化疗后轴向 MRI 的最大强度投影。以前的病变大大减少。（右下）同一 MRI 的 DIVA 可视化表明由于治疗反应而丢失的病灶。
获得患者的知情同意，接受了上蒂乳房成形术的部分乳房切除术。患者意识到该手术的益处和风险，特别是在边缘不健康的情况下二次翻修的风险和美学后遗症的风险。术前，我们在乳房中放置了两根导线：一根在超声检查发现的残留病灶中，另一根沿着最初放置的线圈，显示切除区的上限。
此外，DIVA 软件再次用于在术前即刻可视化病变，以使外科医生能够精确确定切除区域（见视频 1）。
治疗
在全身麻醉下，使用DIVA软件平台，在术前VR可视化引导下进行乳房部分切除术和上蒂乳房成形术。我们能够以足够的安全范围切除包括化疗前后检测到的癌性病变的乳腺组织。这种有限的切除允许成功的上蒂乳房成形术。术中无并发症。从麻醉中恢复很顺利。
结果和后续行动
患者没有出现任何术后并发症，并于手术当天出院。在切除病灶的最终病理学检查中，乳腺实质存在纤维性瘢痕，表明对新辅助治疗有完全反应（残余癌症负担为 0）。图 1显示了其中一个已识别病变处的手术标本的宏观和组织病理学图像，表明与化疗治疗相关的多形性炎症浸润相关的纤维重组。13 个腋窝淋巴结被切除，无肿瘤侵袭，无纤维瘢痕（国际抗癌联盟肿瘤-淋巴结-转移阶段第 8 版：ypT0N0）。图 3显示患者保乳手术前后的照片。

图 3
患者保乳手术前后的照片。
讨论
单灶性乳腺癌病变的治疗是公认的，如果乳房体积足够大，可以包括部分乳房切除术，然后进行放射治疗。
在多个乳腺癌病变的情况下，MF 病变与多中心 (MC) 病变区分开来。MF 癌症已被定义为同一乳房象限内的不止一种癌症，而 MC 癌症则广泛分布在不同的象限中。多发性乳腺癌病变的发生率从 20% 到 25% 不等，并且近年来随着 MRI 使用的增加可能有所增加。
对于 MC 病变，目前推荐的治疗方法是根治性乳房切除术，主要基于回顾性系列显示保守治疗复发率增加。最近，研究表明对这类病变进行保守治疗的可行性和安全性，尤其是肿瘤整形手术。
NAC，即在乳腺癌手术前开始的化学疗法，最初用于允许对无法手术的局部晚期乳腺癌进行手术。它后来扩展到患有可手术乳腺癌但无法通过保乳手术来保护乳房的患者。此类患者群体中的 NAC 允许进行保乳手术。使用辅助和新辅助策略管理的患者之间的生存率没有差异。然而，新辅助策略可以增加保乳手术的前景，并证明特定化疗方案的疗效。
自 CREATE-X 研究以来，NAC 已成为三阴性肿瘤的一线治疗药物，在对 NAC 部分反应的情况下，可以使用卡培他滨进行新辅助治疗，从而获得生存益处。
在该患者中，NAC 被更多地考虑到新辅助治疗的可能性，而不是获得保守治疗，因为最初的病变很广泛，可能需要根治性乳房切除术。然而，鉴于良好的临床和放射学反应以及乳房体积，提出了保乳手术进行保守治疗的问题。
在具有多个病变的复杂病例中，通过常见的放射二维可视化对患者的 MRI 进行可视化，对于许多外科医生来说，不能很好地了解实际的乳房体积和病变的精确定位。使用 DIVA 软件生成的患者头像提供了对乳房内肿瘤位置和与乳腺组织相关的 3D 几何形状的完整体积理解，并允许通过交互式 VR 切割工具在肿瘤内导航以更好地了解其边界. 从体积射线投射生成患者表示不需要预定义组织边界。因此，在处理边界不明确的肿瘤时，通常是乳房 MRI 的情况，VR 表示允许以无偏的方式分析边界区域。我们在虚拟界面中执行了各种图像捕获以用于指导，如图所示图 2。
在这种情况下，使用 DIVA 对 MRI 进行 VR 可视化使我们能够确认切除体积和住院体积之间的比率将允许进行肿瘤整形手术。此外，外科医生（即，用于手术的可视化和准备）和放射科医师（即，用于图像准备和结果讨论）之间的多学科使用 DIVA 导致了明确的治疗共识。
在此应用程序中，DIVA 的主要限制是化身的位置对应于 MRI 上看到的位置（俯卧位的乳房向下），而不是手术仰卧位。因此，由于不同位置而导致的预期的乳房机械修改并未在患者的化身中建模。然而，仍然可以在手术仰卧位移动虚拟化身，以便在手术前获得对癌性病变结构的良好印象。
总之，使用 VR（此处为 DIVA）作为手术计划工具可以在手术切除恶性肿瘤期间更多地保护乳房组织。这增加了在不影响患者安全的情况下实施肿瘤整形手术的可能性。
学习点

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