影像融合技術(shù)在神經(jīng)外科復(fù)合手術(shù)中的應(yīng)用

高 鵬 胡 宙 何 俊 徐 強 王天佑 洪 泳

復(fù)合手術(shù)（hybrid operation）中的“復(fù)合”一詞源自拉丁語hibrida，有“雜交”的意思，故又稱為雜交手術(shù)。復(fù)合手術(shù)最早在20世紀(jì)60年代應(yīng)用于血管外科[1]，隨后在心臟外科得到長足發(fā)展，1996年Angelini等[2]首次提出復(fù)合手術(shù)概念并運用于多支血管病變的心臟搭橋術(shù)，相應(yīng)的復(fù)合手術(shù)室（hybrid operating room）概念也在2002年被提出。

復(fù)合手術(shù)室被定義為一個能同時開展血管腔內(nèi)及開放手術(shù)的手術(shù)中心[3]，在多種影像設(shè)備、臨床信息系統(tǒng)的有機整合中，為外科醫(yī)生提供復(fù)合手術(shù)操作平臺，最終達(dá)到1+1＞2的效果。

在神經(jīng)外科領(lǐng)域，隨著科技的進(jìn)步和理念的更新，疾病治療模式也由單一的外科手術(shù)向微創(chuàng)介入，進(jìn)而向融合外科和介入技術(shù)優(yōu)勢的復(fù)合手術(shù)轉(zhuǎn)變。目前，全國真正意義上的復(fù)合手術(shù)室已超過200家，包括北京天壇醫(yī)院、北京宣武醫(yī)院、上海華山醫(yī)院等全國頂級神經(jīng)特色醫(yī)院都已建立了神經(jīng)外科復(fù)合手術(shù)室。

隨著神經(jīng)外科的微創(chuàng)化、復(fù)雜血管疾病的增多，治療者對于影像信息的需求也愈發(fā)提高，可融合多個三維圖像及多類影像資料（如DSA、CT、MR等）的多模態(tài)影像融合技術(shù)應(yīng)運而生[4]。

方 法

1.一般資料

回顧分析2016年10月至2017年12月202例腦血管病相關(guān)介入手術(shù)，其中采用復(fù)合手術(shù)技術(shù)的132例。在這132例手術(shù)中，使用多模態(tài)影像融合技術(shù)輔助手術(shù)進(jìn)行的，有45例。其中動脈瘤19例（普通動脈瘤7例，復(fù)雜動脈瘤12例）；BAVM11例（Spetzler-Martin分級[5]Ⅱ級3例，Ⅲ級4例，Ⅳ級3例，Ⅴ級1 例）；DAVF 6例（脊髓3例，前顱底1例，枕大孔區(qū)1例，天幕1例）；富血供腫瘤5例（腦干或頸靜脈孔區(qū)實質(zhì)性血管母細(xì)胞瘤2例，頸靜脈球瘤1例，血管外皮瘤1例，血管瘤型腦膜瘤1例）；頸內(nèi)動脈重度狹窄或閉塞開通2例；BAVM+MCA動脈瘤+鞍膈腦膜瘤同期手術(shù)1例；顱內(nèi)異物取出1例。

2.設(shè)備及影像采集

2.1設(shè)備：復(fù)合手術(shù)室內(nèi)數(shù)字減影血管造影機（GE Healthcare IGS730），后處理工作站（GE Healthcare AW4.6）， 后 處 理 軟 件 包（Volume Viewer11.3），高壓注射器（Medrad Incorporated Mark Ⅴ& Libel-Flarsheim LF6000），對比劑用非離子型碘克沙醇。

2.2 影像采集方法

患者取仰臥位，暴露股動脈區(qū)，常規(guī)消毒鋪巾后Seldinger法穿刺股動脈，留置動脈鞘。從右側(cè)股動脈將 5F 造影導(dǎo)管分別放置于左右頸總動脈，頸內(nèi)動脈及椎動脈行正側(cè)位全腦血管造影，設(shè)置參數(shù)：注射速率4ml/s，總量5～6ml，壓力200psi，延遲曝光0.5s。隨后根據(jù)實際手術(shù)情況，采取以下操作：①對懷疑或確定的血管性病灶的具體位置行三維高清CBCT檢查，患者無需轉(zhuǎn)移，在控制臺主機選擇Innova CT High Resolution-3DCT程序協(xié)議，并設(shè)置參數(shù)：注射速率4ml/s，總量20～24ml，壓力200psi，延遲曝光1～1.5s，造影完成后的3D-ACQ圖像自動傳輸至AW后處理工作站進(jìn)行三維重建，可即刻與MR、CT、其他實時DSA影像資料融合，用以觀察病灶與其他解剖結(jié)構(gòu)的關(guān)系，或通過Two-Click、剪切等功能行三維導(dǎo)航或模擬手術(shù)入路；②選擇同上程序協(xié)議，使用生理鹽水1：10稀釋對比劑，并設(shè)置參數(shù)：FOV 16cm，C臂旋轉(zhuǎn)速率10o/s，注射速率4ml/s，總量60～64ml，壓力150psi，延遲曝光3s，三維重建后用以觀察支架貼壁情況及內(nèi)漏與否。

3.圖像制作及圖像評價

在AW后處理工作站進(jìn)行多模態(tài)重建融合，常用的操作有：①對于顱骨的三維圖像與減影三維血管圖像融合，使用剪切、模擬路徑等功能進(jìn)行手術(shù)模擬；②對含已栓塞的彈簧圈或支架的三維圖像，使用剪切功能把多余的顱骨去掉，只留下彈簧圈或支架影像圖；再把減影后血管圖像進(jìn)行容積重建，調(diào)整為空腔狀態(tài)，兩者行影像融合，這樣可清楚觀察彈簧圈或支架對載瘤動脈及周圍毗鄰血管的影響；③將減影后三維血管圖像通過Two-Click功能處理后，與實時DSA圖像融合，使用顱骨骨性標(biāo)志進(jìn)行配準(zhǔn)后，進(jìn)行實時三維導(dǎo)航；④將MR、CT圖像通過顱骨骨性標(biāo)志或腦組織形態(tài)等，與減影后的三維血管圖像融合，用以判斷腦功能區(qū)或出血缺血區(qū)與病灶的關(guān)系等臨床應(yīng)用。所有圖像制作過程至少由1名主管技師制作，由 2名放射診斷的副主任醫(yī)師及2名神經(jīng)介入醫(yī)師對最后的融合圖像進(jìn)行評價。

4.療效評價

所有手術(shù)患者按時隨訪，由術(shù)者根據(jù)隨訪結(jié)果判斷療效。隨訪時間9個月至1年。

結(jié) 果

所有45例手術(shù)患者均在全麻下順利完成手術(shù)，包括造影、彈簧圈或支架植入、注入栓塞藥物、開窗開顱等。術(shù)后未出現(xiàn)內(nèi)漏、動脈瘤再破、腦疝等嚴(yán)重并發(fā)癥，隨訪結(jié)果如下：32例（71.1%）術(shù)后隨訪一般情況好，癥狀改善，影像學(xué)復(fù)查無殘留復(fù)發(fā)或再狹窄。2例（4.4%）術(shù)后一般情況好，影像學(xué)復(fù)查無殊，但自覺癥狀改善不明顯。8例（17.8%）出現(xiàn)動眼神經(jīng)麻痹，或肢體活動障礙，或單側(cè)面部麻痹，或精細(xì)動作稍差，或單側(cè)肢體握持力減弱等癥狀，影像學(xué)復(fù)查無殊。3例（6.7%）富血供腫瘤患者出現(xiàn)精細(xì)動作稍差，或面部輕微麻木感等癥狀，CT示有少量殘留。無死亡及植物生存狀態(tài)患者。

在19例動脈瘤患者中，按Raymond分級[6]栓塞標(biāo)準(zhǔn)評估：完全栓塞 11例（57.9%）即1級栓塞，次全栓塞5例（26.3%）即2級栓塞，不全栓塞3例（15.8%）即3級栓塞；該19例手術(shù)（100%）皆在影像融合實時導(dǎo)航、球囊導(dǎo)管輔助下進(jìn)行，并在患者無需移動的情況下，術(shù)中使用CBCT實時評估支架或彈簧圈對載瘤動脈及周圍毗鄰血管的影響（圖1A），以便觀察支架形態(tài)，或及時發(fā)現(xiàn)內(nèi)漏，其中2例（10.5%）術(shù)中通過CBCT掃描發(fā)現(xiàn)可疑內(nèi)漏，及時修補完成；4例（21.1%）術(shù)中將DSA三維圖像與MR圖像融合（圖1B），以觀察腦功能區(qū)、病灶與治療區(qū)的三維關(guān)系；2例（10.5%）進(jìn)行了影像融合技術(shù)輔助手術(shù)模擬（圖1C、D）。

在11例BAVM患者中，9例（81.8%）在影像融合實時導(dǎo)航、球囊導(dǎo)管輔助下進(jìn)行（圖2A）；5例（45.5%）術(shù)中將DSA三維圖像與MR圖像融合，以觀察腦功能區(qū)與病灶的關(guān)系；3例（27.2%）接受了術(shù)中栓塞降級后手術(shù)切除（2例Spetzler-Martin IV級、1例V級），該3例手術(shù)全部進(jìn)行了影像融合技術(shù)輔助手術(shù)模擬。

圖1 A.35歲男性，術(shù)中CBCT實時評估支架形態(tài)和貼壁情況；B.65歲女性，右側(cè)M2段蛇形動脈瘤，術(shù)中將DSA三維圖像與MR圖像融合，以觀察腦功能區(qū)、病灶與治療區(qū)的三維關(guān)系；C、D.37歲女性，左側(cè)大腦中動脈M1段夾層動脈瘤，開顱及放置Bypass模擬輔助。

圖2 A.42歲男性，顱內(nèi)動靜脈畸形，影像融合實時導(dǎo)航輔助下進(jìn)行BAVM栓塞術(shù)；B.52歲男性，顱內(nèi)異物（自行車把手），使用影像融合技術(shù)判斷異物與雙側(cè)頸內(nèi)動脈、椎基底動脈相對位置；C.67歲女性，將DSA三維圖像與MR圖像融合，制訂手術(shù)計劃；D.術(shù)中所見。

其余15例患者中，12例使用影像融合實時導(dǎo)航、球囊導(dǎo)管輔助；2例頸內(nèi)動脈重度狹窄患者，使用CBCT實時評估支架形態(tài)及貼壁頂壁等情況；1例顱內(nèi)異物取出患者，使用影像融合技術(shù)判斷異物與顱內(nèi)血管相對位置（圖2B）；2例富血供腫瘤術(shù)前栓塞開顱患者，進(jìn)行了影像融合技術(shù)輔助手術(shù)模擬（圖2C、D）。

討 論

隨著更為先進(jìn)的數(shù)字減影血管造影（DSA）、CT血管造影（CTA）、磁共振血管造影（MRA）、高效的三維重建及融合等影像技術(shù)、介入材料和手術(shù)技術(shù)的的綜合發(fā)展，顱內(nèi)血管性疾病的診斷和治療手段得到了長足發(fā)展和明顯進(jìn)步。以顱內(nèi)動脈瘤為例，可以經(jīng)開顱夾閉或介入栓塞治療，ISAT和BRAT兩項臨床試驗比較了兩者的優(yōu)劣[7]?？梢哉f，越來越多的治療者選擇使用介入栓塞的方法。同時，一部分寬徑的動脈瘤、血管極為迂曲，以及部分特殊類型的動脈瘤[8]，例如假性動脈瘤、幼稚型動脈瘤等，單純的介入栓塞治療會面臨無法根治或術(shù)中破裂風(fēng)險高的問題。除了顱內(nèi)動脈瘤，其他復(fù)雜的顱內(nèi)血管疾病，例如高級別的BAVM、復(fù)雜的DAVF、富血供腫瘤、多種顱內(nèi)復(fù)合疾病等，既需要高精度的介入治療，也需要開顱手術(shù)技術(shù)。此時，復(fù)合手術(shù)室將兩個平臺的優(yōu)勢相結(jié)合，為治療這些復(fù)雜疾病提供了兩全其美的選擇。

圖像技術(shù)方面，至今為止，DSA是診斷顱內(nèi)血管疾病的“金標(biāo)準(zhǔn)”，而 3D-DSA則逐漸成為診斷顱內(nèi)血管疾病的“黃金標(biāo)準(zhǔn)”[9]。隨著手術(shù)難度、精度的提高，除了準(zhǔn)確診斷出病灶、顯示病灶的三維形態(tài)及空間關(guān)系的需要，治療者對于術(shù)前模擬手術(shù)入路（具體操作為：在三維數(shù)字模型上提取滋養(yǎng)血管路徑、剪切三維圖像模擬開顱等）、術(shù)中導(dǎo)航（具體操作為：配準(zhǔn)后三維自動匹配路徑圖）、實時檢查植入物情況（具體操作為：術(shù)中使用CBCT）、術(shù)中保護顱內(nèi)重要結(jié)構(gòu)（具體操作為：將多個3D-DSA數(shù)字模型融合，或于顱腦MR圖像融合）等多模態(tài)影像融合功能提出了新的需求。

舉例來說，在高級別的BAVM病例中，血管形態(tài)常表現(xiàn)極為復(fù)雜迂曲，同時栓塞藥物的投放位置又至關(guān)重要。使用Two-Click功能在三維數(shù)字模型上提取滋養(yǎng)血管路徑，模擬導(dǎo)絲進(jìn)入；利用此模擬路徑，術(shù)中行配準(zhǔn)后三維實時導(dǎo)航，輔助術(shù)者在迂曲的血管團中正確找到到達(dá)的路徑，減少對比劑和放射劑量的同時，提高了手術(shù)精度。

又以顱內(nèi)動脈瘤為例，行3D-DSA重建技術(shù)可以多方位、多角度觀察動脈瘤栓塞情況，同時可以觀察彈簧圈與載瘤動脈的關(guān)系及血流情況。但對于大型動脈瘤（直徑＞ 1.0 cm）栓塞后，由于彈簧圈體積大，密度大，掩蓋了對比劑的顯影，比如大腦中動脈分叉處動脈瘤，即可能導(dǎo)致：①瘤體的對比劑與彈簧圈重疊；②如瘤體出現(xiàn)對比劑顯影，很容易誤以為是附近血管分支的顯影。兩者都將導(dǎo)致不全栓塞，大大增加動脈瘤復(fù)發(fā)的概率。對于此類特殊類型特殊位置的動脈瘤，放置彈簧圈或支架等操作完成后，建議行以下兩種方法之一進(jìn)行手術(shù)效果驗證：①稀釋對比劑后行CBCT掃描并三維重建（具體方法參考上文“影像采集方法”部分），大幅減低對比劑的密度，以突出彈簧圈或支架的形態(tài)；②雙模態(tài)影像融合（具體方法參考上文“圖像制作及圖像評價”部分），將三維血管數(shù)字模型與彈簧圈或支架數(shù)字模型融合，清晰顯示瘤體及瘤頸的栓塞情況，并且可以對融合圖像進(jìn)行360o的旋轉(zhuǎn)以此來避開其他分支的干擾。運用3D-DSA及影像融合技術(shù)，進(jìn)行復(fù)雜顱內(nèi)動脈瘤等手術(shù)術(shù)中實時復(fù)查，減少術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生，保證手術(shù)安全性，提高手術(shù)成功率，已成為該類手術(shù)常規(guī)步驟。

MR圖像在表現(xiàn)腦組織解剖結(jié)構(gòu)及某些病變方面，有著無可比擬的優(yōu)勢[10]。運用影像融合技術(shù)，將術(shù)中采集的三維血管數(shù)字模型，通過配準(zhǔn)，與術(shù)前的二維MR圖像融合，可在開顱手術(shù)中給予術(shù)者位置參考，以避開腦重要結(jié)構(gòu)。以深部的富血供腫瘤或復(fù)雜動脈瘤為例，血管內(nèi)介入栓塞術(shù)完成后，將栓塞術(shù)后的3D-DSA與MR圖像融合，可指導(dǎo)后續(xù)開顱切除或夾閉手術(shù)，指引術(shù)者病灶的解剖位置及術(shù)中需注意保護的結(jié)構(gòu)[11]；也可與功能MR圖像融合，以保證術(shù)中錐體束等重要腦組織解剖結(jié)構(gòu)不被侵犯。

另外，在某些特殊類型的顱內(nèi)異物取出術(shù)中，需術(shù)前了解異物與顱內(nèi)多支重要血管的三維位置關(guān)系，方能安全取出異物。單一的正側(cè)位二維顱內(nèi)血管造影，已無法滿足手術(shù)需要。需運用3D-DSA與影像融合技術(shù)，將可疑受累的顱內(nèi)血管（例如雙側(cè)頸內(nèi)動脈、單側(cè)錐基底動脈等）的三維數(shù)字模型融合，再與異物模型融合，判斷異物與顱內(nèi)血管相對位置，以確定相對安全的手術(shù)方案及入路。

本研究的不足之處在于，樣本資料病例數(shù)較少，缺乏單一疾病的病例對照及定量數(shù)據(jù)。本研究基于新的影像技術(shù)于臨床、于影像學(xué)上的指導(dǎo)意義進(jìn)行探索。在融合圖像輔助下進(jìn)一步治療，其帶來的更多定量研究還有待于更多的術(shù)后隨訪、嚴(yán)格的統(tǒng)計學(xué)分析等進(jìn)一步驗證?？傊?，隨著神經(jīng)外科的微創(chuàng)化、復(fù)合化、以及復(fù)雜顱內(nèi)血管疾病的增多，治療者對于影像信息的需求也愈發(fā)提高。影像融合技術(shù)越來越多地運用于神經(jīng)外科復(fù)合手術(shù)，起到了術(shù)前模擬、術(shù)中實時復(fù)查、術(shù)中保護、輔助導(dǎo)航等作用，具有重要應(yīng)用價值。