3D Slicer在高血壓腦出血外科治療中的應(yīng)用①

夏學(xué)巍

(桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院,廣西 桂林 541001)

高血壓腦出血常伴有高血壓病史,與缺血性中風(fēng)相比,其發(fā)病率和病死率更高,占中風(fēng)病死總數(shù)的一半或更多[1]。在我國(guó),≥20歲的人群中,因卒中死亡的人數(shù)高達(dá)112萬(wàn),約占全球卒中死亡率的17.5%,其中農(nóng)村地區(qū)仍然是我國(guó)卒中死亡的“重災(zāi)區(qū)”[2]。高血壓腦出血的發(fā)病人群有逐年上升的趨勢(shì)且趨向年輕化,早期干預(yù)更有利于腦出血患者日常生活能力改善[3]。因此,既往已有許多學(xué)者提出導(dǎo)航定位輔助、神經(jīng)內(nèi)鏡、小骨窗開(kāi)顱等微創(chuàng)治療,血腫清除率高,創(chuàng)傷小,可明顯改善患者預(yù)后[4-5]。我國(guó)農(nóng)村地區(qū)卒中死亡率較城市地區(qū)高,這可能與城市地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較好、醫(yī)療水平較高等因素有關(guān)。因此,基層醫(yī)院應(yīng)積極開(kāi)展腦血腫清除術(shù),并致力做到更精準(zhǔn)、創(chuàng)口更小。

3D Slicer軟件是美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院支持的開(kāi)放源代碼平臺(tái),用于醫(yī)學(xué)圖像信息學(xué)、圖像處理和3維可視化,能夠基于CT、MRI等影像數(shù)據(jù)對(duì)解剖進(jìn)行3維重建,并精準(zhǔn)定位相關(guān)生理或病理結(jié)構(gòu)[6]。3D Slicer軟件支持功能擴(kuò)展,可進(jìn)行動(dòng)態(tài)建模,實(shí)現(xiàn)低成本3維可視化導(dǎo)航[7]。高血壓腦出血,常常是由于高血壓引起腦實(shí)質(zhì)血管破裂的顱內(nèi)出血,微創(chuàng)技術(shù)用于腦血腫清除一直是神經(jīng)外科研究的重點(diǎn)[8]。筆者就3D Slicer在高血壓腦出血外科治療中的應(yīng)用研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 3D Slicer的應(yīng)用

3D Slicer可應(yīng)用于許多疾病的治療中。肺癌的分期及侵襲性是選擇治療方式的決定性因素,治療前將胸部CT增強(qiáng)圖像導(dǎo)入3D Slicer,并對(duì)感興趣區(qū)域進(jìn)行重建及描繪,觀察相關(guān)放射學(xué)特征以進(jìn)行肺癌分期及預(yù)后評(píng)估[9-10]。在治療兒童Wilms腫瘤時(shí),3D Slicer有助于外科醫(yī)生對(duì)腫瘤、健康腎臟、病理性腎臟、動(dòng)脈和靜脈血管進(jìn)行分割,制訂手術(shù)計(jì)劃[11]。前列腺癌的骨盆轉(zhuǎn)移影響患者預(yù)后,Hayakawa等[12]使用3D Slicer手動(dòng)繪制骨盆轉(zhuǎn)移灶的輪廓,結(jié)果顯示,最大2維直徑為轉(zhuǎn)移性前列腺癌患者的重要預(yù)后因素。顳骨自發(fā)性腦脊液漏的特征是未發(fā)現(xiàn)顱骨骨瘤前,出現(xiàn)骨質(zhì)變薄且伴有腦脊液漏。3D Slicer通過(guò)顱骨重建,驗(yàn)證顱骨骨厚度存在種族差異,以及肥胖癥的早期發(fā)作可能會(huì)通過(guò)逆轉(zhuǎn)年齡而使患者容易發(fā)生自發(fā)性腦脊液漏[13]。另外,3D slicer擴(kuò)展模塊GrowCut可應(yīng)用于膠質(zhì)母細(xì)胞瘤患者,可以進(jìn)行精準(zhǔn)腫瘤分割并計(jì)算體積,用于腫瘤術(shù)前規(guī)劃及確定術(shù)中切除范圍[14]。Soon等[15]使用3D slicer對(duì)66名腦膜瘤患者術(shù)前2次的MRI數(shù)據(jù)進(jìn)行腫瘤3D重建,以此評(píng)估腦膜瘤體積增長(zhǎng)率。結(jié)果提示,體積增長(zhǎng)率與腦膜瘤患者預(yù)后顯著相關(guān)。3D slicer在某些疾病的預(yù)后評(píng)估、放射特征評(píng)估、腫瘤分期、手術(shù)方式選擇等方面均起到重要的輔助作用。

2 3D Slicer在高血壓腦出血外科治療中的應(yīng)用

2.1 術(shù)前評(píng)估

高血壓腦出血治療方法的選擇主要取決于血腫的大小、位置及臨近周圍神經(jīng)血管,在術(shù)前對(duì)血腫的位置、體積進(jìn)行評(píng)估,有助于治療方案的制定。根據(jù)頭顱CT影像計(jì)算血腫大小的方式主要有3種:Tada公式(ABC/2公式)、切片法和3D slicer。Tada公式與切片法對(duì)于形態(tài)規(guī)則、邊界清楚的血腫體積計(jì)算較為準(zhǔn)確,形態(tài)不規(guī)則時(shí),則計(jì)算結(jié)果誤差較大;3D slicer計(jì)算的誤差更小、精度更高、結(jié)果更穩(wěn)定[16-17]。使用3D slicer軟件對(duì)腦出血CT放射學(xué)特征進(jìn)行預(yù)后危險(xiǎn)因素評(píng)估,將血腫形態(tài)進(jìn)行3維重建,計(jì)算并統(tǒng)計(jì)血腫體積、表面積和表面規(guī)則性等因素,發(fā)現(xiàn)血腫基線體積與3維形狀不規(guī)則是血腫擴(kuò)大的危險(xiǎn)因素[18]。

3D slicer應(yīng)用于腦出血術(shù)前的鑒別診斷。3D Slicer重建動(dòng)脈瘤形態(tài),可明確腦出血病因,可與高血壓腦出血相鑒別[19],同時(shí),術(shù)前將頸部CTA數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D Slicer重建血管形態(tài),可準(zhǔn)確地顯示出血部位與每個(gè)動(dòng)脈瘤之間的空間關(guān)系,有助于術(shù)前確定多發(fā)顱內(nèi)動(dòng)脈瘤患者的責(zé)任動(dòng)脈瘤[20]。3D Slicer可清晰顯示動(dòng)脈瘤、腦組織、顱骨和神經(jīng)之間的關(guān)系,幫助神經(jīng)外科醫(yī)生更好地完成術(shù)前鑒別及手術(shù)準(zhǔn)備[21]。

2.2 術(shù)中輔助

腦出血的治療,特別是深部血腫的手術(shù)方式選擇尚沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),常見(jiàn)的手術(shù)方式有神經(jīng)內(nèi)鏡手術(shù)、微創(chuàng)穿刺引流和開(kāi)顱手術(shù)等。Fu等[22]使用3D Slicer重建血腫模型,找到距離血腫最近的神經(jīng)內(nèi)鏡手術(shù)路徑,術(shù)中將重建圖像傳入Sina手機(jī)軟件,實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí),實(shí)時(shí)定位,完成手術(shù)路徑規(guī)劃。術(shù)中使用神經(jīng)內(nèi)鏡清除血腫,清除效果滿意,具有直觀、有效等優(yōu)點(diǎn)。彭逸龍等[23]將術(shù)前頭顱CT數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D Slicer完成重建,規(guī)劃穿刺路徑,聯(lián)合虛擬現(xiàn)實(shí)軟件,術(shù)中實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)跟蹤,實(shí)現(xiàn)術(shù)中導(dǎo)航穿刺血腫腔,完成基底節(jié)區(qū)腦血腫穿刺引流術(shù),手術(shù)平均時(shí)長(zhǎng)26 min,清除率滿意。3D Slicer結(jié)合移動(dòng)AR系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)低成本虛擬現(xiàn)實(shí),使得術(shù)中完成動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)跟蹤,代替部分神經(jīng)導(dǎo)航功能,目前多用于血腫穿刺引流[24]。

2.3 預(yù)后評(píng)估

腦出血患者的致死率、致殘率極高。Qiu等[25]術(shù)前獲取基底節(jié)區(qū)腦出血患者頭顱CT,利用3D Slicer重建神經(jīng)纖維束,直觀評(píng)估血腫損傷纖維束情況,以此判斷患者偏癱及預(yù)后情況。楊鐵牛等[26-27]應(yīng)用3D Slicer清除腦血腫,將3D Slicer輔助微創(chuàng)穿刺置管術(shù)定義為實(shí)驗(yàn)組,開(kāi)顱顯微手術(shù)定義為對(duì)照組。結(jié)果發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組的并發(fā)癥發(fā)生率明顯低于對(duì)照組,認(rèn)為3D Slicer輔助可明顯縮短手術(shù)時(shí)間,從而減少并發(fā)癥的發(fā)生,改善患者預(yù)后。

3D Slicer在腦出血的應(yīng)用中,通過(guò)術(shù)前觀察形態(tài),獲取相關(guān)影像學(xué)參數(shù),規(guī)劃手術(shù)入路或穿刺路徑;術(shù)中聯(lián)合AR系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)低成本虛擬現(xiàn)實(shí),實(shí)時(shí)獲取動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù),完成導(dǎo)航功能,提高血腫清除率,減少手術(shù)時(shí)長(zhǎng);術(shù)后重建皮質(zhì)脊髓束,可觀察損傷情況,評(píng)估患者預(yù)后。

3 3D Slicer軟件與神經(jīng)導(dǎo)航功能

在神經(jīng)外科領(lǐng)域,已經(jīng)開(kāi)發(fā)并實(shí)施了幾種旨在更好地進(jìn)行術(shù)中可視化的技術(shù),其中包括傳統(tǒng)紅外導(dǎo)航、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)神經(jīng)導(dǎo)航、立體定向?qū)Ш降萚28-29]。技術(shù)的進(jìn)步主要體現(xiàn)在神經(jīng)外科術(shù)中導(dǎo)航的簡(jiǎn)便性、可靠性和流程順暢[8]。Katsuki等[5]分析75例神經(jīng)內(nèi)鏡下實(shí)施血腫清除術(shù)的高血壓腦出血患者,采用單變量和多變量回歸分析,發(fā)現(xiàn)缺乏神經(jīng)導(dǎo)航是內(nèi)鏡下實(shí)施血腫清除術(shù)治療腦出血的不良預(yù)后危險(xiǎn)因素。術(shù)中使用導(dǎo)航治療垂體瘤,可提高癥狀緩解率、腫瘤全切率及降低再治療率[30]。Joud等[31]使用神經(jīng)導(dǎo)航輔助小兒彌漫性浸潤(rùn)性橋腦膠質(zhì)瘤活檢術(shù),成功率高,定位準(zhǔn)確,不損傷周圍橋腦組織。

術(shù)前使用3D Slicer對(duì)腦內(nèi)血腫進(jìn)行3D重建,手術(shù)中將圖像結(jié)果導(dǎo)入Sina手機(jī)軟件或AR系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)術(shù)前規(guī)劃穿刺路徑、術(shù)中實(shí)時(shí)定位及3維可視化,實(shí)現(xiàn)部分神經(jīng)導(dǎo)航功能[22-24]。目前,3D Slicer在導(dǎo)航中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在腦血腫清除等精準(zhǔn)度要求不高的神經(jīng)外科疾病中,其他疾病的導(dǎo)航功能開(kāi)發(fā)仍在繼續(xù)。

神經(jīng)導(dǎo)航具有精度高、定位準(zhǔn)、應(yīng)用廣等優(yōu)勢(shì),在處理解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜,周圍神經(jīng)、血管關(guān)系密切,以及要求盡可能全切等需要精準(zhǔn)定位的病變時(shí)顯得尤為重要。但神經(jīng)導(dǎo)航也存在著不可忽視的弊端:價(jià)格昂貴、操作復(fù)雜、難以普及[32]?，F(xiàn)實(shí)中,基層醫(yī)院往往沒(méi)有神經(jīng)導(dǎo)航設(shè)備,與此同時(shí),腦血腫清除術(shù)術(shù)前規(guī)劃及術(shù)中定位等并不需要太高的精度及準(zhǔn)確度。因此,3D Slicer完全可以通過(guò)結(jié)合開(kāi)源免費(fèi)的手機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)術(shù)中導(dǎo)航及3維可視化,滿足基層醫(yī)院需要。

3D Slicer是一款醫(yī)學(xué)影像處理與3維可視化的免費(fèi)開(kāi)源軟件,可用于許多疾病的診斷、術(shù)前評(píng)估、手術(shù)輔助及預(yù)后判斷。同時(shí),軟件可實(shí)現(xiàn)術(shù)中3維可視化,部分代替神經(jīng)導(dǎo)航功能,在許多基層及下級(jí)醫(yī)院已成為腦出血手術(shù)治療的有效輔助方法。3D Slicer支持自主開(kāi)發(fā)代碼,創(chuàng)建擴(kuò)展應(yīng)用,這讓使用者有充分的自主創(chuàng)新力,加之3D Slicer有實(shí)用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、設(shè)備要求低等優(yōu)勢(shì),無(wú)疑為神經(jīng)外科醫(yī)師提供了更多的創(chuàng)作空間。另外,3D Slicer仍有許多需要解決的問(wèn)題,相信在不久的將來(lái),3D Slicer將為基層醫(yī)院外科手術(shù)治療高血壓腦出血提供更精準(zhǔn)、完善的輔助作用。