3D Slicer軟件評估腦積水術后早期療效的價值

張 逵 羅 波 唐 輝 謝國強

腦脊液分泌過多、循環(huán)受阻或吸收障礙可導致腦積水。診斷腦積水通常依據臨床表現、影像學特征、顱內壓、腦脊液檢驗等進行綜合判斷，其中腦室系統擴大是重要影像學征象[1]，最常使用側腦室額角寬度（frontal horn width，FHW）觀察腦積水病情變化以及評價療效，但其在術后早期具有局限性[2，3]。我們使用免費和開源的3D Slicer軟件三維重建側腦室，判斷手術有效性，取得較好效果。

1 資料與方法

1.1 一般資料 納入標準：①臨床資料完整；②符合《中國腦積水規(guī)范化治療專家共識2013版》腦積水診斷標準[1]；③Evan指數（兩側額角最大寬度/同一層面最大雙頂徑）＞0.33 ；④獲醫(yī)院倫理委員會批準，3D Slicer分析不收取費用。排除標準：①未接受顱腦手術；②治療時間不足7 d或CT資料不完整；③CT影像有偽影或模糊感；④中途退出/轉院，或不合作。

2017年1月至2020年10月前瞻性收集符合標準的腦積水共80例，其中男34例，女46例；年齡18～84歲，平均（48.4 ±11.6 ）歲。自發(fā)性蛛網膜下腔出血致交通性腦積水42例，腦室腫瘤或腦室旁腫瘤致梗阻性腦積水15例，顱腦損傷致交通性腦積水11例，顱內感染致交通性腦積水6例，中腦導水管狹窄致梗阻性腦積水4例，病因不明2例。腦室-腹腔分流術58例，腦腫瘤切除術9例，腦腫瘤切除+側腦室外引流術4例，腦腫瘤保守治療+側腦室-腹腔分流術2例，神經內鏡下第三腦室底造瘺術5例，臨時側腦室外引流術2例。

1.2 CT檢查方法 采用Siemens Somatom雙源CT掃描機，掃描范圍包括自基線OM線向上至整個顱腦，層距1 mm，層厚1 mm，連續(xù)掃描。每例選取不同時間段3次CT數據，分別為術前及術后1、7 d。由2位經驗豐富的神經外科醫(yī)師在同一臺電腦上操作測量，獨立計算，取2名醫(yī)師的平均值。

1.3 3D Slicer軟件應用 登錄https://www.slicer.org，下載并安裝3D Slicer軟件，版本號4.1 0.2 ，電腦要求64位Windows操作系統，內存至少8 G。通過院內醫(yī)學影像存檔與通信系統（picture archiving and communication system，PACS）將頭顱CT薄層掃描數據以DICOM格式導入3D Slicer軟件。用軟件的“Pain Effect”法計算，依次點擊Volumes→CT brain→Editor→Pain Effect→Threshold Paint→Threshold（-19/19）→Sphere，用鼠標描摹出側腦室（圖1），→Erase Label→Make Model Effect→Apply→Models→Scene→Information，即在窗口呈現側腦室精確體積（圖2）。

圖1 3D Slicer“Pain Effect”描畫不同層面?zhèn)饶X室

圖2 3D Slicer在視窗左側Volume欄顯示257803.32 mm3

1.4 CT測量 采用臨床最常用的二維測定法，將頭顱CT掃描原始數據，通過PACS傳輸至工作電腦，在CT機廠家提供的配套閱片軟件上調出圖像，選取側腦室額角距離最大層面，點擊距離測量鍵，測出FHW（圖3）。

圖3 CT測量側腦室額角最大寬度及3D Slicer軟件手動修正側腦室的邊界

1.5 統計學方法 采用SPSS 19.0 軟件分析；計量資料用±s表示，應用單因素方差分析；以P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

術前側腦室體積為（76.86 ±25.25 ）ml，術后1 d為（52.86 ±17.28 ）ml，術后7 d為（37.86 ±16.31 ）ml；術后1、7 d側腦室體積明顯縮小（P＜0.05 ）。術前FHW為（5.59 ±1.02 ）cm，術后1 d為（5.35 ±0.81 ）cm，術后7 d為（4.76 ±0.66 ）cm；術后1 d的FHW無明顯變化（P＞0.05 ），術后7 d的FHW明顯減小（P＜0.05 ）。

3 討論

側腦室形態(tài)變化，臨床可采用頭部CT、MRI、B超檢查進行判斷[4]，CT檢查因其簡便、快捷、機器普及，能滿足臨床大多數時候需要，最為常用。過去，線性指標通常用于確定腦室的大小，例如Evan's指數、FHW、Hackman值、側腦室指數和額枕角比率等[5，6]。額角位置相對固定，變異較顳角、枕角少，即使腦積水CT表現腦室周圍低密度，額角出現“戴帽”現象，但是該處脈絡叢組織較側腦室三角區(qū)少，額角區(qū)域基底核等灰質團塊少，在無嚴重腦軟化灶的病理情況下仍可顯示清晰側腦室壁，便于測量選點。二維CT測量法因其對技術要求相對更低，操作快捷、簡單，在臨床被普遍應用。CT測量法有著自身的缺陷，用某一層面的二維圖像去精確分析三維結構顯然是不準確的。CT測量法主觀性較強，導致不同醫(yī)生之間的測量結果差異較大。這些線性指標不能直接反映側腦室體積，使用線性指標診斷腦積水存在較大局限性，例如，額角附近的顱內腫瘤、血腫清除手術后，額角附近腦水腫加重，可出現FHW變小，但因為病灶占位解除，側腦室體部、顳角等區(qū)域受壓情況減輕，側腦室體積值可變大。

3D Slicer軟件利用頭顱CT掃描原始DICOM格式數據，對腦組織各個結構進行三維重建，可從橫斷面、矢狀面、冠狀面逐層描繪側腦室截面，三維重建并依據每個層面面積與CT掃描層厚計算體積。該方法不受結構形狀及部位影響，對形態(tài)不規(guī)則、個體差大的側腦室尤其適合，測量可重復性高，結果真實可靠[5]。本文結果顯示，常用的CT法未觀測到側腦室變化時，3D Slicer法能在術后早期敏感發(fā)現側腦室改變，獲得精確數值，能為評價療效和預計病情提供數據支撐。

影響3D Slicer測量結果的因素有：①3D Slicer軟件測量組織的體積主要有“Threshold”法、“Growcut”法、“Pain Effect”。“Threshold”操作簡單，易于上手，計算速度快，已有報道用于顱內血腫的三維重建[7，8]，也有應用于顱內動脈瘤的三維重建[9]，因蛛網膜下腔充滿腦脊液，顱內有的結構與腦脊液CT值相近，“Threshold”法不能用于側腦室內腦脊液體積的測量?！癎rowcut”結果穩(wěn)定可靠，可重復性強，但操作繁瑣，難以在臨床推廣和使用。“Pain Effect”原理結果與“Threshold”法類似，但增加了逐層對側腦室描畫，消除了“Threshold”的不足，側腦室三維重建逼真，在三種方法中最適合在實際工作中應用。②“Pain Effect”法本質是通過閾值顯示操作者感興趣結構的影像，依據CT閾值自動標記出側腦室及閾值內其它腦結構，然后手工3D畫筆點染側腦室，閾值選定范圍對結果有直接影響，閾值范圍的確定本身也會產生系統誤差，操作中要求側腦室顯示清晰，尤其腦室壁易于辨識，我們在工作電腦上將閾值設置為-19～19，達到側腦室最清晰顯示。③軟化灶CT值與腦脊液CT值相近，軟化灶被軟件標記為腦脊液，計入側腦室體積中，有時醫(yī)師難以分辨軟化灶與側腦室的準確邊界，帶來誤差。④操作者尤其要注意剔除第三腦室、中腦導水管影像。

本文存在不足之處，絕大多數病人術后情況良好，為保護病人利益，術后沒有每天復查CT，術后1～7 d中間段的數據較少，故未納入對比研究。另外，缺乏多中心研究，數據的標準差偏大。

綜上所述，3D Slicer軟件三維重建側腦室體積測量簡單易行，可以為腦積水等疾病的治療方法及預后預測提供更為客觀的依據。