3D-визуализация при изучении вариантной анатомии почечных артерий

Новые методы визуализации с использованием 3D-моделирования являются значительным шагом в ангиологии. На основании сбора данных со спиральной компьютпрной томографии (КТ) с использованием контрастного вещества и специального программного обеспечения стала возможной очень точная реконструкция сосудистого русла [1].

Совершенствование технологии получения изображений (от рентгеновских снимков до томограммы) и лечения различных заболеваний почек и верхних мочевых путей требует более полной информации о топографии и вариантах ветвления почечных сосудов, так как нарушение кровообращения в почке — одна из причин развития в ней патологического процесса.

Изучение вариантной анатомии почечных сосудов человека представляет собой актуальное направление современной морфологии. Знание вариантной анатомии артерий и вен важно как для анатомов, врачей хирургических и диагностических специальностей, так и для студентов медицинских вузов. В связи с интенсивным развитием эндоваскулярной хирургии возникает потребность в высококвалифицированных специалистах, которые не только должны владеть алгоритмом выполнения операций, но и в совершенстве знать вариантную анатомию сосудов [2].

Во многих случаях для установления диагноза врач зрительно анализирует изображения отдельных сечений объекта, полученных при томографическом обследовании. Однако для некоторых клинических задач, таких как хирургическое планирование, необходимо понимать трехмерную структуру во всей ее сложности, видеть вариации ветвления сосудов, патологические очаги и т. д. В различных областях медицины, в том числе ангиологии, все более широкое распространение получают методы визуализации внутренних структур человека на основе данных томографических исследований: визуализация объема или воксельная графика, а также получение полигональной трехмерной модели [3]. Применяемый метод визуализации объема в медицине необходим для создания точных и реалистичных визуальных представлений объектов по медицинским данным.

Несмотря на большое количество работ, как с теоретической, так и с практической точки зрения, посвященных вариантам деления почечной артерии (ПА), количеству ее ветвей, их топографии и локализации, единое мнение по этим вопросам не сформировано. В большей степени важно не количество ветвей, которое имеет ПА, а что она образует впереди и позади лоханочные ветви.

Морфологии ПА и ее ветвей посвящены многие работы [4—12]. В специализированных источниках литературы приводятся противоречивые данные о вариантах ветвления почечных сосудов. Отсутствуют исследования, в которых вариантная анатомия почечных сосудов изучалась бы посредством построения трехмерных моделей.

Кроме того, повышению интереса к изучению органов забрюшинного пространства в последнее время способствовало внедрение в клиническую нефроурологию и онкологию новых хирургических технологий — малоинвазивных, эндоскопических методов оперирования [13—19]. Важную роль в изучении забрюшинного пространства и особенно почечных сосудов сыграло развитие трансплантации почки. Знание особенностей сосудистого русла ПА и почечных вен, вариантов их ветвления играет ключевую роль в проведении операции и дальнейшем функционировании трансплантата [20].

Цель исследования — расширить знания об особенностях строения ПА, их топографии, вариантной и возрастной анатомии с позиций виртуальных технологий в медицине с помощью методов компьютерного моделирования и объемной визуализации.

Современные диагностические методы — компьютерная томография (КТ) и ангиография играют важную роль в дифференциальной диагностике патологических состояний такого жизненно важного органа, как почка. Зачастую данные исследования помогают уточнить показания к операции, но не позволяют выбрать адекватный ее объем. Операции, сопряженные с вмешательством на почечных сосудах, могут выходить за рамки стандартных, требуют от хирурга творческих решений при определении оперативных доступов, а иногда и выполнения пластических элементов.

Клиническое исследование основано на анализе результатов мультиспиральной компьютерной томографии (МСКТ) с введением контрастного вещества, которая была выполнена на базе 32-срезового топографа Toshiba Aquilion 64 в клиниках Самарского государственного медицинского университета. При этом виде исследования используется несколько излучателей, движущихся по спирали, а полное круговое сканирование осуществляется в несколько раз быстрее, чем при обычной спиральной К.Т. Это значительно сокращает время исследования, дает возможность проводить исследование большой протяженности (более 1 м) и позволяет получать качественное объемное изображение органов с высоким разрешением (толщиной 1 мм и менее). Данные преимущества мультиспирального сканирования используют для проведения компьютерной ангиографии и диагностики урологических заболеваний (стриктур и клапанов лоханочно-мочеточникового сегмента, опухолей мочеточника, стриктур и опухолей уретры и т. д.). У 120 пациентов, которым была проведена МСКТ, в анамнезе отсутствовала патология почек и почечных сосудов. При обследовании каждого пациента было получено более 300 томографических срезов.

Полигональные модели выполнены с помощью компьютерной графики, для чего использованы программно-аппаратный комплекс «Луч-С» и программный комплекс «Автоплан», разработанные коллективом Самарского государственного медицинского университета.

Полигональные модели используются для интерактивного 3D-моделирования анатомических структур, которые могут отличаться друг от друга по плотности. Полученное цифровое изображение требует дальнейшей обработки (рендеринга) и ручной сегментации. Результатом этого типа моделирования являются облако точек и вектор конфигурации, который описывает форму анатомических структур и позволяет сделать 3D-изображение изучаемых объектов (рис. 1, 2). Таким образом, прямая трехмерная реконструкция или техника объемного рендеринга (VRT), основана на трассировке лучей воксельной сцены.

Обновление данных о вариантной анатомии, топографии и морфометрических характеристиках ПА представляет большой клинический интерес в связи с использованием новых диагностических методик, при реконструкции почечных сосудов, пересадке органа или коррекции врожденных аномалий.

В ходе исследования изучены такие параметры, как наличие добавочных артерий, длина, тип ветвления ПА, количество ветвей и др. Большая часть данных исследований стала возможна прижизненно благодаря 3D-визуализации.

В результате выявлено наличие простой (одиночные артерия и вена) и сложной (добавочные артерии) почечной ножки. Причем чаще встречались добавочные ветви с одной стороны. Простая почечная ножка выявлена в 71,6% случаев (86 пациентов), с добавочными артериями — в 28,4% (34 пациента), из которых у 22 пациентов добавочные артерии были только с одной стороны.

Длина простой почечной ножки справа и слева также различалась: справа диапазон в пределах 1,4—4,2 см, слева — 3,2—6,4 см. Вариации были вызваны такими параметрами, как пол, возраст и тип телосложения пациентов.

По отношению к воротам почки выделяют 2 топографических типа деления ПА: юкстареальный (вблизи почки) — 93% выявленных случаев и юкстааортальный (деление вблизи аорты) — 7% случаев.

Справа угол отхождения ПА колебался от 60 до 135°, в среднем составил 90°, слева — от 50 до 135° — в среднем 85°.

При исследовании выяснено, что диаметр ПА вблизи ворот почек в среднем составил 6,1±0,4 мм (от 4,4 до 7,8 мм), диаметр зональных ветвей почечной артерии — 4,0±0,2 мм, причем передней, более крупной ветви — 4,3±0,2 мм (от 3,1 до 5,7 мм), задней — 3,4±0,2 мм (от 2,2 до 5,3 мм).

Визуализация почки и ее сосудов имеет значение для фундаментальных морфологических исследований области забрюшинного пространства, поскольку исследователи вариантной анатомии ветвления сосудов почки в настоящее время не имеют однозначного мнения по данному вопросу.

ПА характеризуются широким диапазоном вариабельности по источникам происхождения, топографии, способу ветвления, пространственным взаимоотношениям ветвей, синтопии с другими анатомическими структурами, по числу и морфометрическим характеристикам [21, 22]. Это обусловливает комплексный подход в исследовании ПА с использованием современных методов визуализации.

В связи с клинической значимостью вопросы анатомии ПА постоянно привлекают внимание исследователей. Причем особое внимание уделяется экстраорганному отделу, так как это важно для хирургической практики и современных методов инструментальной диагностики.

3D-визуализация кровеносных сосудов почки существенно помогает врачу планировать хирургическое вмешательство и проводить индивидуальный анализ путей доступа с минимальным риском для больного.

В связи с тем что в клинической уронефрологии и онкологии активно внедряются новые хирургические технологии — малоинвазивные, эндоскопические методы оперативных вмешательств, которые требуют выбора правильного пути доступа к органам, проведенные исследования по визуализации объема особенно полезны, так как морфология области забрюшинного пространства сложна и недостаточно изучена.

Использование метода визуализации объема в хирургии почки и почечных сосудов путем создания точных и реалистичных визуальных представлений о ПА является полезным инструментом для планирования оптимальных хирургических подходов и ювелирных результатов вмешательства.

Исследование выполнялось в рамках государственного контракта с Минпромторгом Р.Ф. № 14411.2049999.19.013 07.04.2014.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.