3D-Slicer軟件在橋小腦角區(qū)腫瘤的術(shù)前應(yīng)用

岳振宇 劉展 王艮衛(wèi) 陶勝忠 ?？肆?/p>

鄭州大學(xué)第二附屬醫(yī)院（鄭州450003）

3D-Slicer 軟件是一款主要由美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）資助免費開源區(qū)影像后處理軟件。該軟件是可以在多種操作系統(tǒng)上（Windows、MAC、Linux）使用的免費開源碼使用包，可通過繪畫、多邊形輪廓和各種連通性和形態(tài)學(xué)工具進行閾值分割，具有三維重建、配準、融合、分割等功能，主要用于生物醫(yī)學(xué)圖像的分析和可視化，并用于研究［1］。橋小腦角（cerebellopontine angle，CPA）區(qū)位于后顱窩的前外側(cè)端，是由橋腦外側(cè)緣、小腦半球前外側(cè)前部、顳骨巖尖圍成的狹小空間。此處的重要性在于三叉神經(jīng)、聽神經(jīng)、面神經(jīng)、小腦前下動脈、內(nèi)聽動脈等集中于此。CPA區(qū)腫瘤很常見，占所有顱內(nèi)腫瘤的6% ～10%，而在CPA 區(qū)腫瘤中聽神經(jīng)瘤［2］和腦膜瘤［3-4］占絕大多數(shù)，其他如三叉神經(jīng)瘤、蛛網(wǎng)膜囊腫、膽脂瘤等，腫瘤種類較多且特征性不明顯，臨床診斷往往困難，手術(shù)過程較復(fù)雜，影響手術(shù)入路選擇的因素眾多，包括靜脈竇［5］、腫瘤周圍神經(jīng)、血管等因素，很多醫(yī)生根據(jù)經(jīng)驗及二維影像來設(shè)計手術(shù)切口及骨瓣位置，但它們?nèi)匀恢荒転樾∧X角、巖斜區(qū)和深中線結(jié)構(gòu)提供有限的視角［6］，同時腫瘤的占位效應(yīng)會導(dǎo)致腦組織正常解剖位置的移位，給手術(shù)的操作造成了更大的困難［7］，乙狀竇后入路是進入橋小腦角區(qū)的主要入路，但問題在于如何快速實施乙狀竇后入路開顱以及怎樣達到良好的術(shù)中顯露、避免術(shù)中過多出血及靜脈竇損傷和減少術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生等［8-10］。本研究利用3D-Slicer 軟件的三維重建、配準等功能，對頭皮、顱骨、靜脈竇、腫瘤周圍腦神經(jīng)及血管進行重建，用于術(shù)前皮膚切口及骨瓣位置的規(guī)劃，輔助橋小腦角區(qū)腫瘤切除手術(shù)的實施。

1 資料與方法

1.1 一般資料回顧性納入2018年10月至2020年9月鄭州大學(xué)第二附屬醫(yī)院神經(jīng)外科收治的橋小腦角區(qū)腫瘤患者。納入標準：頭部MRI 平掃增強證實CPA 區(qū)單發(fā)腫瘤，直徑≤5 cm，排除手術(shù)禁忌。其中男8 例，女12 例；年齡35 ～65 歲，平均（54.8 ± 6.1）歲；術(shù)后病理送檢回示，三叉神經(jīng)瘤1 例、腦膜瘤4 例、膽脂瘤6 例、蛛網(wǎng)膜囊腫4 例、聽神經(jīng)瘤5 例。本研究已獲得醫(yī)院倫理委員會批準和患者知情同意。

1.2 影像學(xué)方法患者均進行CT 和MRI 診斷檢查。影像學(xué)數(shù)據(jù)獲取頭顱影像原始數(shù)據(jù)（雙源CT、西門子3.0T MRI）通過院內(nèi)網(wǎng)病歷系統(tǒng)軟件系統(tǒng)獲取。數(shù)據(jù)格式為DICOM。

1.3 3D-Slicer 重建本研究病例均使用3D-Slicer軟件（3D-Slicer4.10.0）進行重建。將CT、磁共振平掃+增強、MRV 等影像資料以DICOM 格式導(dǎo)入，使用General Register（BRAINS）模塊將CT、MRI 數(shù)據(jù)進行融合、匹配，運用Transforms 模塊進行匹配后的固定，使CT、MRI、MRV 等圖像位于同一坐標中，然后運行Segment Editor 模塊、Model 模塊、Volume clip with model 模塊，完成頭顱、顱骨、血管、腫瘤等的模型三維重建，運用Volume Rendering 進行各模型顯像。通過調(diào)整透明度，顯示內(nèi)部腦組織、腫瘤、靜脈竇等重要解剖結(jié)構(gòu)，對模型進行旋轉(zhuǎn)、剪輯以及測量，從不同角度、不同方向觀察腫瘤與周圍結(jié)構(gòu)的關(guān)系，通過感興趣區(qū)域（ROI）進行觀察。在虛擬現(xiàn)實圖像中，對不同病例結(jié)合靜脈竇及顱骨重建情況，進行皮膚切口及骨窗設(shè)計。

1.4 手術(shù)方法20 例橋小腦角區(qū)腫瘤患者均在術(shù)前三維重建基礎(chǔ)上，根據(jù)乙狀竇后入路，精確設(shè)計手術(shù)切口和及骨窗位置，并在全麻氣管插管下順利完成開顱手術(shù)。

2 結(jié)果

2.1 手術(shù)情況本組20 例患者均根據(jù)3D-Slicer 軟件三維重建結(jié)果術(shù)前制定開顱計劃，設(shè)計皮膚切口位置，根據(jù)體表投影靜脈竇的位置設(shè)計骨窗，并按計劃順利完成手術(shù)，本組所有病例均可滿意顯露橫竇乙狀竇拐角，術(shù)中無不可控的乳突導(dǎo)靜脈及靜脈竇破裂出血情況。術(shù)中骨瓣大小位置適中，可提供較好的直達病變位置的手術(shù)視野，使乙狀竇后入路快速、簡單，出血量極少，術(shù)野干凈整潔，可有效避免靜脈竇損傷，極大地縮短了手術(shù)時間。

2.2 典型病例患者男，53 歲，以“左側(cè)耳鳴伴聽力下降半年余”為主訴入院。入院診斷為“左側(cè)橋小腦角區(qū)占位”。查體：無聲嘶、吞咽困難等，左耳聽力差，雙側(cè)瞳孔等大等圓，直徑約3.0 mm，對光反射均靈敏。

術(shù)前行頭顱CT、頭顱MRI、MRV、MRA，將影像學(xué)資料導(dǎo)入3D Slicer 軟件，進行融合，可將CT 及MRI 置于同一窗口（圖1A、1B），通過調(diào)節(jié)閾值可在骨窗像上觀察磁共振上腫瘤的位置。經(jīng)三維重建后，可在軸位圖上觀察腫瘤（圖1C），更為直觀。利用CT 重建頭皮、血管、顱骨（圖2），然后將重建結(jié)果同時顯影，確定乙狀竇、腫瘤位置。根據(jù)體表投影定位，確定骨窗位置（圖3A），調(diào)節(jié)頭皮透明度后根據(jù)骨瓣位置確定手術(shù)切線（圖3B），測量外耳道至乙狀竇與橫竇交界在顱骨表面的距離，精確在體表定位，采用乙狀竇后入路，取直切口。術(shù)中手術(shù)切口、骨窗與重建結(jié)構(gòu)基本吻合（圖3C），通過導(dǎo)航驗證腫瘤切除范圍，基本達鏡下全切。術(shù)后10 d 余，傷口愈合拆線出院，病理報告提示：神經(jīng)鞘瘤。

3 討論

橋小腦角（CPA）區(qū)有多對腦神經(jīng)和腦血管重要區(qū)域，由橋腦、小腦前部和顳骨巖部構(gòu)成。它以內(nèi)耳道（IAC）為中心，從Ⅳ神經(jīng)尾端延伸到第IX-XXII 顱神經(jīng)復(fù)合體［11］。CPA 區(qū)腫瘤臨床表現(xiàn)與病變自身性質(zhì)無關(guān)，而是主要與病變所涉及的神經(jīng)或大腦結(jié)構(gòu)有關(guān)［12］，因此，CPA 區(qū)腫瘤的手術(shù)較為困難。在神經(jīng)外科中，治療腦腫瘤最直接有效的方法就是進行手術(shù)，精確的手術(shù)入路和開顱術(shù)的術(shù)前計劃非常重要［13］，橋小腦角區(qū)的腫瘤手術(shù)常應(yīng)用乙狀竇后入路，在此入路中找到“星點”即可確定骨孔位置。但在實際手術(shù)操作中，并非每個患者的“星點”解剖位置均正對橫竇、乙狀竇交界，可能存在解剖變異［5，14］。乙狀竇后入路開顱術(shù)是神經(jīng)外科常用開顱術(shù)中較難掌握的一種［15］，有經(jīng)驗的神經(jīng)外科醫(yī)生將解剖結(jié)構(gòu)與術(shù)前二維（2D）影像聯(lián)系起來定位顱內(nèi)病變，然而，這種方法的準確性有時并不令人滿意，因為與臨床經(jīng)驗密切相關(guān)［16］，處理不當會出現(xiàn)橫竇乙狀竇轉(zhuǎn)折處顯露不佳或者過度顯露，術(shù)中導(dǎo)靜脈或靜脈竇損傷出血及術(shù)后皮下積液、傷口愈合不良和腦脊液鼻漏等并發(fā)癥［17］。因此靜脈竇的保護、骨窗的設(shè)計顯得尤為重要。

圖1 典型病例術(shù)前的3D MRI 及CT 圖像及其融合圖像Fig.1 Preoperative 3D MRI and CT images and fusion images of typical cases

圖2 3D 重建后的圖像Fig.2 Image after 3D reconstruction

應(yīng)用3D-Slicer 軟件對普通影像資料進行重建，構(gòu)造出頭皮、顱骨、靜脈竇、腫瘤與腦組織等模型（圖2），進行多模態(tài)融合，利用閾值的調(diào)控，增加顱骨的透明度，可有效透視靜脈竇及腦組織，從而設(shè)計滿意顯露橫竇乙狀竇拐角的骨窗（圖3A）；再次顯示頭皮模型，通過增加透明度，根據(jù)所見骨瓣設(shè)計皮膚切口（圖3B），測量外耳道至乙狀竇與橫竇交界在顱骨表面的距離，精確在體表定位，從而設(shè)計出手術(shù)入路，在典型病例中已經(jīng)得到驗證（圖3）。通過3D-Slicer 三維重建多模態(tài)融合輔助，使乙狀竇后入路操作快速、簡單，可有效避免靜脈竇損傷，使出血量極少，術(shù)野干凈整潔，極大地縮短了手術(shù)時間。

有些學(xué)者對一些淺表腫瘤以及血腫，還可將重建后虛擬圖像導(dǎo)入手機，通過軟件將導(dǎo)入圖像與患者頭部相應(yīng)解剖位置及標記位置融合，或者通過Sina 軟件結(jié)合重建圖片投射到患者頭部［18］，達到簡易增強現(xiàn)實的效果，增加手術(shù)精確度，已經(jīng)取得了良好的效果，也可以應(yīng)用于脊椎腫瘤手術(shù)等的應(yīng)用［19］，為手術(shù)的操作提供了很大的便捷。對于3D-Slicer 軟件橋小腦角區(qū)腫瘤切除應(yīng)用中的研究較少。3D-Slicer 軟件被各國臨床醫(yī)生廣泛探索［20-21］，可以輔助3D 打印技術(shù)［22-23］，幫助手術(shù)醫(yī)師快速準確的確定手術(shù)入路完成手術(shù)，也可用于規(guī)范化培訓(xùn)中的常規(guī)教學(xué)［24］。在術(shù)前談話中還可利用重建圖像向患者和家屬更好解釋手術(shù)方案及風(fēng)險，讓患者和家屬對手術(shù)過程和手術(shù)風(fēng)險有了充分“知情權(quán)”，和諧醫(yī)患關(guān)系［25］。

本研究中樣本量較少，需要較多的臨床病例進行探索，而且建模對影像學(xué)資料要求較高，影像學(xué)資料質(zhì)量直接影響重建效果，有些特殊序列掃描需與放射科醫(yī)師進一步溝通討論。

綜上所述，3D-Slicer 軟件術(shù)前對靜脈竇、頭皮和顱骨的重建進行多模態(tài)融合，可幫助設(shè)計精確的骨瓣，可較好保護橫竇、乙狀竇，為橋小腦角區(qū)腫瘤切除常用的乙狀竇后入路提供更加精確的指導(dǎo)，可以使橋小腦角區(qū)腫瘤的手術(shù)更加精確、微創(chuàng)、安全、快速；3D-Slicer 軟件較平常的二維影像定位診斷更加立體直觀，相較于神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)，花費較少，且操作簡單易學(xué)，值得在橋小腦角區(qū)腫瘤切除手術(shù)中進行推廣應(yīng)用。