颈伸位下头颈三维重建在甲状腺手术中的应用

朱章添，姚家鑫，谭举婷，张银丽，黎志超，陈 飞，李 强，王柏烨

南方医科大学珠江医院1甲状腺外科，2影像科，广东 广州510280

辅助技术的日益发展，使越来越多的甲状腺疾病得到早期诊断，同时也促进了多种多样外科治疗方法的形成，包括手术切除、射频消融等［1］。其中手术切除甲状腺以治疗甲状腺疾病占有重要的地位，而许多因素影响着手术决策，比如甲状腺的整体大小、甲状腺结节的位置、患者的美容需求等等。通过现代影像学、计算机成像学等数字医学，将术前检查结果转化成更实用的临床数据，有助形成更有利于医患双方的手术决策。国内外数字医学蓬勃发展，在甲状腺疾病的三维重建也应用了在术前评估和手术指导等中［2-4］，但是对术式评估及巨大甲状腺肿的诊治方面尚无相关研究。现行甲状腺三维重建均是在平卧位的CT图像中加以构建的，而甲状腺的常用手术体位是肩、背部垫高，头部后仰，颈部后伸的体位［5-6］，在此体位下，甲状腺整体以及结节的空间位置改变会使术前评估造成偏差，从而可能形成不利的手术决策。本研究通过在颈伸位的手术体位下获取CT图像，对头颈胸的重要结构进行三维重建显示空间关系，创新建立了腔镜甲状腺手术路径、巨大甲状腺肿的评估模型及指标，同时较当前常规评估方法减少了体位改变导致的差异，为外科医生对甲状腺疾病的评估及手术方案提供更实用、形象的数据支持。

1.1 一般资料

收集2019年12月～2020年1月经术后病理证实为甲状腺疾病（甲状腺癌9例、甲状腺腺瘤2例、结节性甲状腺肿4例、弥漫性毒性甲状腺肿1例、肉芽肿性甲状腺炎1例、残余良性甲状腺3例）患者的原始CT扫描图像共20例。纳入标准：术前诊断为甲状腺疾病，术后病理证实为甲状腺疾病；
术前以颈伸位完成颈部CT检查。排除标准：甲状腺成像不清或扫描不完整；
患有脊椎病如颈椎强直、胸椎后凸等无法达到颈部过伸位的。20例患者中，男8 例，女12 例，年龄22～68 岁，中位年龄42岁。本研究已通过南方医科大学珠江医院医学伦理委员会审查。

1.2 扫描方法

入组患者采用飞利浦128排CT扫描仪进行颈部或颈胸部CT平扫（层厚约为1 mm）。患者仰卧于CT检查床上，用材料垫高肩部约8 cm，调整肩背垫使患者头部后仰，颈部过伸，尽量将下颌、气管、胸骨保持在同一直线上以充分暴露颈前术区［5-6］。保持颈伸位进行CT平扫，扫描范围至少从下唇到胸廓入口（如查体和胸片提示胸骨后甲状腺可能，扫描下界扫描至少到达第四肋间隙）。

1.3 图像处理

扫描数据以医学数字成像和通信图像DI-COM格式刻录DVD 光盘的形式输出，使用软件操作系统Windows 7 Ultimate 64bit导入图像数据至三维医学影像数据处理平台3DVWorks进行数据后处理，三维重建出甲状腺、甲状腺结节、甲状软骨、下颌骨、锁骨、皮肤等，同时对不同的组织进行优化、调节透明度等。

1.4 观察指标

1.4.1 甲状腺结节 利用CT对考虑恶性的甲状腺结节进行T分期：测量双侧可疑甲状腺结节的最大径，评估是否浸润、突破甲状腺包膜。对无论良恶性的甲状腺腺结节均详细观察并描述其在甲状腺腺体内的位置（左侧叶或者右侧叶、上极或者中部或者下极以及靠近体侧或者靠近背侧），观察甲状腺结节与气管、食管相对关系（有无侵犯征象）［7］。

1.4.2 腔镜甲状腺手术 本中心均以术者操作优势手为右手为前提设置评估指标。以下段气管所在的矢状面为平面，分别测量该平面与甲状腺结节和口腔前庭右侧尖牙外侧相对的下颌骨边缘连线的交角X、甲状腺结节和右侧甲状软骨板下缘连线的交角Y；
以下段气管所在的冠状面为平面，测量该平面与甲状腺下极最低点和左侧锁骨胸骨端最高点连线的交角Z［8-9］。交角X为经口腔镜甲状腺手术的常规入路之一，交角Y为经口腔镜甲状腺手术中如需切除至甲状腺结节内侧缘需腔镜器械在交角X的状态下外展的情况，本中心术者经验若两交角相差＞10°，即经口腔镜甲状腺对该结节切除困难。交角Z为经胸乳腔镜甲状腺手术的常规入路之一，本中心术者经验若Z角＞50°，则实施该术式切除甲状腺困难。

1.4.3 巨大甲状腺 测量双侧甲状腺下极最低点相对胸廓入口（胸骨柄上缘、第1肋上缘、第1胸椎椎体上缘）的最短距离和超过胸骨入口的甲状腺体积，评估巨大甲状腺肿的严重程度［10-11］。

2.1 甲状腺结节及腔镜甲状腺手术评估

收集到因甲状腺结节考虑高危结节（＜3 cm）入院的病例11例，所有患者在术前的颈伸位平扫CT三维重建上均可清晰辨别甲状腺结节并可测量出最大径，快速、准确地观察结节位于甲状腺整个腺体中的空间位置，评估结节与气管、食管等的相邻情况。评估结果为所有病例的交角X大小为153.16°～174.37°（162.11°±7.55°），交角Z大小为26.21°～106.12°（68.33°±20.05°）。其中3例患者交角X较交角Y大10°、位于左侧的结节受阻挡等，不推荐行经口腔镜术式，其他腔镜术式等可施行；
3例患者除了经口指标不合适外，其交角Z较大，故不推荐经胸乳腔镜术式及经腋窝腔镜术式等需要跨越锁骨的术式。1例患者虽各角度无限制，但因考虑结节突破甲状腺被膜，考虑仅适合传统开刀。另外4例患者各种术式均可进行。另外4例患者各种术式均可进行。选一例患者展示，其甲状腺结节大小11 mm×10 mm×10 mm，位于甲状腺上极靠后内侧，评估属于cT1期，超声分级TI-RADS 5级，与气管、食管关系尚可（图1）。对此患者进行上述的X（即棒a与下段气管矢状面）、Y（即棒b与下段气管矢状面）、Z（即棒c与下段气管冠状面）3个角度进行测量可见该患者三维模型中的交角Y大于交角X，相差约15°，交角Z约为26°。

图1 患者女性，22岁，术前颈伸位下多维度的术式评估三维模型Fig.1 Female,22 years old,a 3D model of operative methods evaluation with head and neck extension.

2.2 巨大甲状腺评估

收集到因巨大甲状腺（结节＞3 cm）入院的病例6例，在头颈胸三维重建模型中均可见甲状腺下极超过胸廓入口（即图2B红色边缘的截面），评估后所有患者的垂直长度为0～21.9 mm（12.8±9.4 mm），甲状腺三维模型总体积为11.78～182.97 cm3（80.20±69.42 cm3），胸廓入口以上体积为11.78～158.68 cm3（64.73±60.61 cm3），胸廓入口以下体积为0～49.51 cm3（20.71±18.17 cm3），均未达经颈胸联合切除甲状腺指标，故6例患者均可单纯经颈切口完整切除甲状腺。选取一例患者展示，测量得垂直长度约11 mm，位于胸廓入口以下的甲状腺（紫色部分）体积约21.6 cm3（占整体的28.7%），位于胸廓入口以上的甲状腺（绿色部分）体积约53.5 cm3。角度Z约85°（图2）。

图2 男性，45岁，术前颈伸位下多维度的术式评估三维模型Fig.2 Male,45 years old,a 3D model of operative methods evaluation with head and neck extension.

二维B超能对甲状腺及结节清晰辨别，但是不能在甲状腺外空间定位，同样三维B超也较难显示甲状腺及结节在颈部空间位置［12］。二维CT虽然能清楚显示各种组织的断层影像，但是在对结构进行空间评估比如角度测量的时候却非常困难而且不准确［13］。因此在颈部的甲状腺等软组织和包括甲状软骨在内的骨骼在三维重建下均能清晰显示的前提下［14］，对颈部二维CT影像进行三维重建，有助于外科医生准确定位病灶及识别病变范围［2,15］，同时可对气管压迫等进行评估［16-17］。

当代腔镜技术的发展为甲状腺切除术创造了越来越多的手术方式，包括经口腔镜、经胸乳腔镜、经腋窝腔镜等术式。对内镜治疗甲状腺疾病的适应症中，多有学者把体积＜25 mL，腺体直径＜9 cm，结节大小＜5 cm作为腔镜治疗的限制［18-19］，但是并未考虑甲状腺结节以及整体甲状腺在颈部的空间位置。若甲状腺整体贴近于甲状软骨、甲状腺结节位于甲状腺上极靠后内侧或者变异的甲状腺上角较大时［20-21］，通过伸颈等体位改变可能仍然难以将藏在深处的甲状腺结节暴露而出现角度Y＞角度X的情况，该类患者行经口腔镜手术时切除甲状腺结节困难，若评估结节未突破包膜，可以通过在术中用抓钳将甲状腺上极抓起暴露甲状腺后被膜，从而切除甲状腺。目前的超声及二维CT均不能显示出这种暴露困难的特征，只是统一归纳为上极的甲状腺结节为经口腔镜的禁忌证；
而本研究中的三维重建模型能够更进一步将上极的肿瘤更详细、直观地体现出上极结节是否在进口腔镜入路是否存在操作受限等，有助于明确术式更贴切的适应症及禁忌证。而若此甲状腺结节为恶性且突破被膜侵犯腺外组织时，经口腔镜手术可能难以完整切除甲状腺，在本研究中的模型中可以体现出由于操作空间无法外展15°对肿瘤的内侧缘操作受限而极易残留肿瘤。如术前通过甲状腺三维重建明确结节T分期及空间位置情况，可避免对该类患者实施经口腔镜甲状腺手术，以减少这种困境。同样，对于经典的经胸乳入路腔镜手术中，医师仅能根据超声及二维CT结合自身操作经验，评估是否能够在该术式下完成甲状腺切除术，不能提供患者的三维腔镜路径角度，而本研究中的角度Z正是能够提供一种可以评估参考的路径指标，有利于提升术者的手术把握度，减少中转开放的风险。此外，笔者团队的经验认为当Z＜50°（经验丰富的医师该角可增大）时可评估能在经胸乳入路或经腋窝入路完整分离甲状腺下极及切除甲状腺，但是如果在颈伸位下的甲状腺仍然整体靠下、甲状腺结节位于下极靠后时，即角度Z过大，该类患者行经胸乳或经腋窝腔镜甲状腺手术时可因皮肤限制腔镜器械提拉导致切除甲状腺下极困难或者清扫中央区淋巴结困难，可建议患者选用经口腔镜或开放等其他手术方式。

巨大甲状腺肿的典型疾病包括胸骨后甲状腺肿，而其诊断的主要依靠CT影像［22］。目前胸骨后甲状腺肿定义不明，多数人认可的定义为甲状腺超过胸廓入口或者50%的甲状腺肿位于胸廓入口下，但是这是平卧位下的二维影像数据评估的［23-24］。有文献提示提示在CT影像上出现下列征象时倾向于经颈外途径切除甲状腺：甲状腺下极延伸至主动脉弓以下或后纵膈；
甲状腺呈哑铃状；
甲状腺胸腔部分较胸廓入口宽；
甲状腺位于气管后方［25-27］。在二维CT中，评估甲状腺下极超过胸廓入口是较为主观的。人体脊柱的颈曲和胸曲的生理弯曲角度相差较大，胸廓入口不恒定，加上平躺时生理弯曲会较立位时展平，此时单纯从与检查床水平面垂直的横断面的二维CT平面来看，即使在CT影像中评估甲状腺下极超过颈静脉切迹，此时也不能准确评估甲状腺下极进入胸腔的程度。另外，由于二维数据的限制，甲状腺外科医师仅能根据二维CT的层数乘以横切面中测量的甲状腺长宽进行体积粗略测算，再根据传统解剖位置在脑中拼接形成三维结构。通过这种方式评估后行手术时，医师可能会在切开颈部后才发现甲状腺术前定位的情况、甲状腺大小与自己在脑中拼构形成的位置和大小等大不相同，此类现象在临床上并不少见，由此带来的手术不确定性及风险性也会增加。利用三维重建出来的模型及指标为巨大甲状腺疾病进行评估能很好地补充现在二维检查的缺陷。本研究可以利用二维CT影像重建出个体化的三维模型，快速完成巨大甲状腺肿的分型，显示突入胸廓入口的程度，能够弥补现有二维CT未能构建胸廓入口的缺陷，同时用较准确的自动重建算出的体积较二维CT仅能通过层数目测估算体积的方法更客观，明确了胸骨后甲状腺部分的严重程度及与主动脉弓、气管的相关关系。在完成颈部、上胸部的主要结构重建后，医师可以结合自身的手术经验，据此模型评估经颈部切除甲状腺是否可能，切除时需要如何剥离动脉，完成甲状腺的分离等。

此外，通过Harris的测量结果可知同一患者从平卧位变成颈伸位时的甲状软骨板下缘到锁骨胸骨端的距离可以增加约2.6 cm［28］。结合解剖，甲状腺整体是通过后被膜紧密贴附甲状软骨、气管、食管等组织上的，因此张卫国等的研究提示头颈部伸展可以使甲状腺发生约1.25 cm位移［29］，这对于轻型的胸骨后甲状腺肿患者是很有意义的。如果术前就以手术体位的颈过伸位行CT检查，平卧位下轻型的胸骨甲状腺肿可经过颈伸位调整后评估为不是胸骨后甲状腺肿，平卧下被评估成难以经颈切除的胸骨后甲状腺肿也可能在经过颈伸位调整后评估为可以经颈部低领式切口开放切除甚至是在经胸乳腔镜手术等，这也可能是既往综述中2426名胸骨后甲状腺肿患者能达到71.9%的单纯经颈切除率的原因，由此可见颈伸位评估甲状腺可为更多巨大甲状腺肿患者创造可行创伤性小的手术方式的机会［26］。既往文献均是在平卧位获取数据进行讨论研究巨大甲状腺肿，仍然有所不足；
本研究中，将研究体位调整到颈伸位，对头颈胸结构进行三维重建后再运用测量手段对巨大甲状腺进行评估，可以修正因为术前体位的变化巨大甲状腺随之变化的情况，能更精确、更直观地评估手术可行性、风险。

在人体中甲状腺具有柔软可变形的特性，上述指标的评估可因为术中对组织提拉、推挤等利于手术的操作发生变化，例如在术前评估不能使用经口腔镜切除的甲状腺结节可能在术中可以通过提拉结节附近的甲状腺达到切除的目的。因此将颈伸位下CT三维重建评估的结果与术者的经验相结合更有助实际手术决策形成。此外，颈伸位下头颈胸的三维重建还有望运用于：显露头臂干动脉从而利于评估VI、VⅡ区淋巴结切除；
对侧颈淋巴结重建，利用临近结构对想要切除的淋巴结进行定位，这对侧颈区淋巴结清扫尤其是再次手术粘连明显难以分辨疤痕组织和淋巴结时非常有帮助［30］。

因此，术前预先设置手术体位进行术前检查，通过在颈伸位下三维重建头颈胸结构，再结合甲状腺整体及结节的局部和空间评估，对腔镜手术方式选择、巨大甲状腺肿诊治、残余甲状腺定位有独特优势，有助于形成良好的手术策略。