3D-Slicer的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在神經(jīng)內(nèi)鏡下經(jīng)鼻蝶入路垂體瘤手術(shù)中的運(yùn)用*

彭逸龍， 伍益， 陳少靄， 李智斌， 董家軍， 馮子澤， 古機(jī)泳， 鐘鳴谷

江門市中心醫(yī)院神經(jīng)外科(廣東江門 529000)

垂體腺瘤是顱內(nèi)第三大原發(fā)性腫瘤，尸檢中發(fā)現(xiàn)率為20%～30%[1-3]，其中有臨床癥狀的垂體腺瘤比率為77.6/10萬。目前神經(jīng)內(nèi)鏡下經(jīng)鼻蝶入路已逐漸成為垂體瘤治療的首選術(shù)式[4-5]。由于鼻蝶竇內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性及個(gè)體間變異大，術(shù)前對內(nèi)鏡下手術(shù)入路的熟悉及了解可以提高手術(shù)的安全性及手術(shù)效率。我科運(yùn)用3D-Slicer軟件對神經(jīng)內(nèi)鏡經(jīng)鼻蝶入路手術(shù)的患者術(shù)前進(jìn)行鼻蝶竇內(nèi)的虛擬三維重建，模擬內(nèi)鏡經(jīng)鼻蝶入路，制定個(gè)體化的手術(shù)方案及手術(shù)計(jì)劃，取得較滿意效果，現(xiàn)將應(yīng)用的方法及初步的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 2016年10月至2018年3月術(shù)前診斷為垂體瘤并進(jìn)行神經(jīng)內(nèi)鏡下經(jīng)鼻蝶入路手術(shù)的患者30例，其中男16例，女14例，年齡30～71歲，平均(43±5)歲；垂體瘤微腺瘤3例，大腺瘤23例，巨大腺瘤(≥4 cm)4例；術(shù)后病理報(bào)告為生長激素瘤3例，促腎上腺皮質(zhì)激素瘤1例，泌乳素瘤1例，無功能腺瘤25例。

1.2 CT、MR的數(shù)據(jù)采集 頭顱影像原始數(shù)據(jù)(日本東芝64排螺旋CT機(jī)、飛利浦3.0磁共振機(jī))通過院內(nèi)網(wǎng)PACS軟件系統(tǒng)獲取。CT平掃層厚1 mm，CTA數(shù)據(jù)層厚0.5 mm，MR數(shù)據(jù)層厚0.6～7 mm，格式為醫(yī)學(xué)數(shù)字影像和通訊(Digital Imaging and Communications in Medicine，DICOM)。

1.3 3D-Slicer軟件對鼻蝶竇內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維重建及術(shù)前計(jì)劃的制定 所有病例均由同一位副主任醫(yī)師使用3D-Slicer軟件進(jìn)行重建。在電腦中運(yùn)行3D-Slicer軟件(3D-Slicer4.8.2)，將CT及MR數(shù)據(jù)以DICOM格式導(dǎo)入。運(yùn)行Registration模塊對CT、MR融合、匹配[6]，成功后再用Segment Editor模塊對MR數(shù)據(jù)進(jìn)行頸內(nèi)動脈、腫瘤及視神經(jīng)的重建，之后導(dǎo)出為Models。CT數(shù)據(jù)采用Volume Rendering模塊進(jìn)行重建，并用 Display ROI調(diào)整至鞍底鞍內(nèi)范圍，通過Shift滾動條調(diào)整透明度，顯示內(nèi)部的蝶竇中隔、斜坡、鞍底、頸內(nèi)動脈隆突、視神經(jīng)頸內(nèi)動脈隆突、腫瘤、血管等重要解剖結(jié)構(gòu)，還可以對模型進(jìn)行隨意旋轉(zhuǎn)、放大縮小以及鞍底骨質(zhì)磨除范圍的測量，從不同角度、不同方向觀察蝶竇內(nèi)的骨質(zhì)解剖結(jié)構(gòu)以及腫瘤與頸內(nèi)動脈、視神經(jīng)的關(guān)系；還可以通過對中、下鼻甲的模擬切除，了解蝶竇開口的位置，對手術(shù)入路進(jìn)行模擬，對個(gè)體差異大的蝶竇內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)可以通過術(shù)前的重建進(jìn)行清楚了解，并指導(dǎo)術(shù)中定位鞍底及鞍底骨窗的形成。

1.4 術(shù)中圖像的獲取 所有患者都在手術(shù)室氣管內(nèi)全麻下行神經(jīng)內(nèi)鏡下經(jīng)鼻蝶竇入路腫瘤切除術(shù)。術(shù)中應(yīng)用德國蛇牌(AESCULAP)內(nèi)鏡系統(tǒng)，使用STORZ0°及30°蝶竇觀察鏡。對手術(shù)中相關(guān)解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察及圖像保存。

1.5 手術(shù)方法 大部分患者行單鼻孔經(jīng)鼻蝶竇入路，部分腫瘤較大者行雙側(cè)鼻孔入路。常規(guī)麻醉消毒后，腎上腺素棉片收縮鼻腔黏膜，一般從右側(cè)鼻腔入路，在蝶篩隱窩內(nèi)找到蝶竇開口后用高速氣磨鉆擴(kuò)大蝶竇開口(如沒有找到蝶竇開口，就在后鼻孔上1.5 cm處開始磨除)，打開蝶竇前壁后，磨除蝶竇內(nèi)分隔，顯露鞍底。磨鉆磨開鞍底下部骨質(zhì)約1 cm，顯露鞍底硬膜，十字形切開硬膜，顯露腫瘤。切除腫瘤后，腦膜補(bǔ)片修補(bǔ)硬膜，生物蛋白膠封閉鞍底。如出現(xiàn)腦脊液漏，視漏口大小用大腿肌肉及脂肪填塞鞍底或帶蒂鼻中隔黏膜瓣修補(bǔ)鞍底。

2 結(jié)果

30例手術(shù)患者均成功進(jìn)行了術(shù)前手術(shù)入路的重建及模擬手術(shù)操作。重建的虛擬圖像與手術(shù)中真實(shí)圖像有很好的相似性，見圖1～3。本組病例所有患者均按計(jì)劃順利完成手術(shù)。在沒有任何定位設(shè)備的情況下，術(shù)中準(zhǔn)確定位鞍底，根據(jù)術(shù)前計(jì)劃磨開鞍底骨窗切除腫瘤。本組病例無死亡，無腦脊液漏二次修補(bǔ)，未出現(xiàn)腦膜炎、視力下降等并發(fā)癥。術(shù)后患者的內(nèi)分泌癥狀較術(shù)前好轉(zhuǎn)。所有患者術(shù)后第1天復(fù)查CT見鞍底骨窗位置良好。

A：術(shù)中內(nèi)鏡圖片；B：Slicer重建圖片；黑色箭頭代表蝶竇開口，藍(lán)色箭頭代表鼻中隔，黃色箭頭代表上鼻甲

圖1鼻甲的重建虛擬圖像與手術(shù)中真實(shí)圖像

A：術(shù)中內(nèi)鏡圖片；B：Slicer重建圖片

A：通過調(diào)整Shift滾動條模擬鞍底骨窗的形成(藍(lán)色虛線)；B：通過MR重建的神經(jīng)、血管及腫瘤(黃色的為視神經(jīng)、綠色的為腫瘤，紅色的為頸內(nèi)動脈)

圖3鞍底骨窗的重建虛擬圖像與MR重建

3 討論

隨著神經(jīng)內(nèi)鏡的照明和配套器械的不斷改進(jìn)，加上術(shù)者手術(shù)技術(shù)的提高，內(nèi)鏡技術(shù)在神經(jīng)外科的作用日益突出，目前大多數(shù)垂體瘤以及部分鞍區(qū)、鞍旁病變也都可以通過內(nèi)鏡經(jīng)鼻蝶竇入路進(jìn)行手術(shù)治療，此項(xiàng)技術(shù)已被國內(nèi)神經(jīng)外科醫(yī)生認(rèn)可并推崇[7-9]。但是由于內(nèi)鏡有限的視野，缺乏立體感的的二維圖像，部分患者鼻竇內(nèi)復(fù)雜的個(gè)體解剖結(jié)構(gòu)，還有在狹窄的腔道內(nèi)進(jìn)行操作的不協(xié)調(diào)性，使得神經(jīng)外科醫(yī)生首先要熟悉鼻腔、鼻竇、顱底的解剖結(jié)構(gòu)。此外，經(jīng)驗(yàn)、特殊訓(xùn)練和術(shù)前計(jì)劃是安全使用這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵。

該區(qū)域解剖結(jié)構(gòu)的資料目前以尸體解剖資料為主[10]。由于蝶竇及鞍底的個(gè)體化差異較大[11]，有限的尸體解剖資料不能滿足臨床需要。除此之外，可以通過術(shù)前的CT、MR來了解鼻蝶竇內(nèi)的相關(guān)解剖結(jié)構(gòu)及指導(dǎo)術(shù)中的定位。術(shù)者只能結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)，通過這些影像資料“主觀”地構(gòu)造出其三維解剖關(guān)系。對于的蝶竇結(jié)構(gòu)復(fù)雜的患者或經(jīng)蝶竇手術(shù)的初學(xué)者而言，常常需要通過神經(jīng)導(dǎo)航等設(shè)備輔助來確定鞍底、頸內(nèi)動脈、視神經(jīng)及腫瘤的位置[12]，增加了費(fèi)用、手術(shù)時(shí)間及感染的概率。

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸廣泛，越來越多的單位運(yùn)用該技術(shù)來進(jìn)行臨床教學(xué)或者術(shù)前計(jì)劃模擬[13-14]。國外學(xué)者Han等[15]利用CT仿真內(nèi)鏡技術(shù)(CT virtual endoscopy，CTVE)將患者CT數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建，個(gè)體化研究患者鼻蝶解剖結(jié)構(gòu)，并與術(shù)中對比，認(rèn)為CTVE能在術(shù)前了解患者鼻腔解剖結(jié)構(gòu)并模擬內(nèi)鏡操作，為手術(shù)安全提供了保障。鑒于CTVE均需要借助相應(yīng)的CT工作站或?qū)Ш杰浖拍軐?shí)現(xiàn)，由于硬件的限制，大大降低了該技術(shù)的普及性，國內(nèi)也是只有少數(shù)單位對該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行研究報(bào)道?，F(xiàn)在利用免費(fèi)開源軟件3D-Slicer除了可以實(shí)現(xiàn)CTVE對患者鼻腔、蝶竇的三維解剖的術(shù)前評估外，還可以匹配MR數(shù)據(jù)，運(yùn)用MR對軟組織結(jié)構(gòu)高分辨力的特點(diǎn)，對蝶竇內(nèi)相關(guān)的血管、神經(jīng)進(jìn)行重建，制定出更加安全、完善的手術(shù)方案。該軟件操作相對簡單，而且支持功能擴(kuò)展和改進(jìn)[16]，降低了該技術(shù)的門檻，并且擁有更好的交互性和便捷性，近年來在國內(nèi)被廣大臨床醫(yī)生所應(yīng)用[6，17-19]。

在本組病例中，我們首先對MR及CT進(jìn)行配準(zhǔn)融合，然后用Volume Rendering模塊對薄層CT進(jìn)行頭顱重建，觀看鼻外觀及鼻腔的通道，通過Display ROI的調(diào)整，逐步觀察鼻中隔、下鼻甲、中鼻甲至蝶竇內(nèi)。蝶竇開口被作為打開蝶竇前壁的定位，有時(shí)會因黏膜肥厚、蝶竇開口不暢或者被上鼻甲遮蓋。因?yàn)閟licer無法模擬牽拉，如果需要觀察蝶竇開口，可以通過模擬切除中下鼻甲及部分上鼻甲來顯示，避免在手術(shù)中花費(fèi)過多時(shí)間來尋找，提高了手術(shù)效率(圖1)。通過虛擬圖像了解到鼻道的大小，以此來選擇通道大的一側(cè)為手術(shù)入路，減少了在術(shù)中反復(fù)進(jìn)出器械所致的鼻腔黏膜損傷。進(jìn)入蝶竇后通過調(diào)整Shift滾動條，可以使閾值較低的黏膜及薄層骨質(zhì)等結(jié)構(gòu)消失，在類似內(nèi)鏡視野下觀察到蝶竇中隔，斜坡及鞍底骨性結(jié)構(gòu)(圖2)，蝶竇結(jié)構(gòu)不復(fù)雜的患者還可以看到典型的鞍底骨質(zhì)球形隆起，另外還有頸內(nèi)動脈隆突、視神經(jīng)頸內(nèi)動脈隆突。此時(shí)，進(jìn)一步調(diào)整滾動條，蝶竇中隔骨質(zhì)逐漸消失，顯示出鞍底的全貌，類似術(shù)中磨除中隔，顯露鞍底。大多數(shù)鞍底骨質(zhì)因腫瘤壓迫而變薄，通過調(diào)整滾動條可使變薄那部分骨質(zhì)消失而周圍的骨質(zhì)完整，類似模擬鞍底骨窗形成，顯示出經(jīng)MR數(shù)據(jù)重建的腫瘤、頸內(nèi)動脈及視神經(jīng)，從而可以根據(jù)腫瘤-頸內(nèi)動脈、視神經(jīng)-頸內(nèi)動脈、頸內(nèi)動脈-鞍底的關(guān)系來進(jìn)一步確定出骨窗大小，防止手術(shù)時(shí)損傷頸內(nèi)動脈及周圍其他結(jié)構(gòu)(圖3)。該過程模擬術(shù)中經(jīng)鼻蝶入路的視野，具有較高的還原度。對于沒有導(dǎo)航的單位，甲介型、鞍前型的蝶竇及有些復(fù)雜的蝶竇分隔會增加手術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)及難度，借助3D-Slicer重建出來的虛擬三維圖像，使術(shù)者可以在術(shù)前反復(fù)觀察相關(guān)的解剖結(jié)構(gòu)，測量并重復(fù)模擬骨質(zhì)磨除的情況，在手術(shù)過程中術(shù)者對此結(jié)構(gòu)有熟悉的感覺，方向感更好，避免了盲目手術(shù)帶來的危險(xiǎn)。本組30例患者，術(shù)中均快速準(zhǔn)確打開蝶竇前壁，定位鞍底，未采用任何輔助設(shè)備。

然而，我們也發(fā)現(xiàn)了一些問題，比如腫瘤在重建的時(shí)候不能與壓薄的垂體明確分開，不能更真實(shí)地模擬手術(shù)中對腫瘤進(jìn)行切除等操作。但不可否認(rèn)的是，3D-Slicer軟件對經(jīng)鼻蝶入路垂體瘤手術(shù)的術(shù)前重建具有無創(chuàng)性，操作簡單(每例患者20～30 min)，能高度模擬內(nèi)鏡下視野，使術(shù)者在術(shù)前就可以反復(fù)了解內(nèi)鏡下個(gè)性化的解剖結(jié)構(gòu)，制定手術(shù)計(jì)劃，模擬手術(shù)操作，提高手術(shù)效率及安全性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)目前已成為醫(yī)療界中不可或缺的一種輔助技術(shù)，基于3D-Slicer軟件的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在神經(jīng)外科的運(yùn)用越來越廣泛。隨著科技的發(fā)展，未來AR(augmented reality)、MR(mixed reality)技術(shù)將會逐漸進(jìn)入我們的醫(yī)療行業(yè)，給我們帶來全新的視野，在手術(shù)計(jì)劃、術(shù)前討論、醫(yī)患溝通、術(shù)中指導(dǎo)及醫(yī)學(xué)教育方面發(fā)揮更大的作用。