Mimics 三維重建輔助術(shù)前規(guī)劃在急診開顱手術(shù)中的應(yīng)用

劉先波，葉世陽，王登，賴丹

（江西省萍鄉(xiāng)市人民醫(yī)院神經(jīng)外科，萍鄉(xiāng) 337055）

顱內(nèi)出血是常見的急危重癥， 大量出血患者需急診開顱清除血腫和去除骨瓣以挽救生命[1-2]。術(shù)前對出血部位的精準(zhǔn)定位、 去骨瓣的位置和大小的規(guī)劃以及手術(shù)路徑選擇是手術(shù)成功的關(guān)鍵。當(dāng)出血位于深部腦葉、 基底節(jié)區(qū)和丘腦等較深部位時，術(shù)中血腫定位、骨瓣位置和大小的規(guī)劃、手術(shù)路徑選擇困難， 而且急診手術(shù)給予術(shù)者手術(shù)規(guī)劃的時間有限， 因此尋求一種快速簡便的術(shù)前規(guī)劃方法尤為重要。 Mimics 軟件可通過閾值分割、區(qū)域增長和三維重建功能快速構(gòu)建三維模型集，用可透視化顯示、模擬手術(shù)、精準(zhǔn)定位等功能進(jìn)行術(shù)前規(guī)劃， 術(shù)中可360°觀察三維模型及時修正手術(shù)路徑，為急診開顱手術(shù)提供快捷的術(shù)前規(guī)劃平臺。本研究將此方法應(yīng)用于腦出血急診開顱手術(shù)中，探討此方法的應(yīng)用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 病例來源于2019 年1 月至2020年12 月收治的53 例行急診開顱手術(shù)的自發(fā)性高血壓腦出血患者。 男38 例，女15 例。 年齡35～79歲，平均（59.70±9.01）歲。 出血部位：腦葉出血25例，基底節(jié)、丘腦出血25 例，小腦出血3 例。 大腦出血病例出血量在38～90 mL 之間，平均（58.18±11.53）mL， 小腦出血病例出血量分別為11 mL、13 mL、18 mL。GCS 評分：≤8 分34 例，9～10 分19 例。

1.2 方法

1.2.1 影像資料 因大部分患者病情緊急， 難以配合檢查，CT 掃描過程中無需嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)體位，掃描范圍能覆蓋整個顱腦即可，CT 影像能分辨血腫，盡量減少偽影形成，層距≤10 mm。

1.2.2 三維重建 開啟Mimics 軟件，導(dǎo)入Dicom 格式的CT 數(shù)據(jù)，應(yīng)用閾值分割、區(qū)域增長和裁剪蒙版工具分別構(gòu)建不同顏色的軟組織、顱骨和血腫蒙版，對各個蒙版進(jìn)行三維重建，生成三維模型集，應(yīng)用編輯3D 蒙版工具對所生成的模型進(jìn)行修正以滿足術(shù)前規(guī)劃需要。 Mimics 軟件也可處理JPG 或JPEG 等格式數(shù)據(jù)， 但需人工輸入層距和方向等信息。

1.2.3 術(shù)前規(guī)劃 通過改變模型的可見模式和透明度，結(jié)合平移和旋轉(zhuǎn)功能，在三維場景中360°觀察軟組織、顱骨和血腫模型的相互位置關(guān)系，遵循路徑最短、避開功能區(qū)和富血管區(qū)為原則規(guī)劃手術(shù)路徑，用CAD 元件標(biāo)記骨窗和手術(shù)入路等關(guān)鍵點。應(yīng)用仿真割切工具在顱骨模型上行去骨瓣操作模擬手術(shù)，觀察骨窗和血腫之間的相對位置關(guān)系，進(jìn)一步修正手術(shù)路徑，規(guī)劃骨窗，使骨窗位置和大小既有利清除血腫，也可充分緩解顱內(nèi)壓力。 測量各關(guān)鍵點的位置，將骨窗位置標(biāo)注在患者手術(shù)部位指導(dǎo)開顱手術(shù)。

1.2.4 開顱手術(shù) 根據(jù)骨窗和手術(shù)入路位置采取合適體位并設(shè)計手術(shù)切口， 切開頭皮和皮下組織，按規(guī)劃的骨窗位置和大小形成骨瓣，對于血腫位置較深，可于三維場景中開啟骨窗和血腫視窗，通過平移和旋轉(zhuǎn)功能全方位觀察血腫與骨窗的相對位置，指導(dǎo)術(shù)中血腫定位和修正手術(shù)入路，快速精準(zhǔn)地確定腦組織隧道的位置和深度，輔助血腫清除。

1.2.5 術(shù)后治療 予以控制血壓、抗腦水腫、護(hù)腦、預(yù)防消化道出血等治療。

1.2.6 術(shù)前規(guī)劃效果評估 統(tǒng)計術(shù)后血腫清除率，術(shù)前規(guī)劃的骨窗位置與實際骨窗位置最大偏差大小， 術(shù)前規(guī)劃的骨窗面積與實際骨窗面積之間的差異。

1.3 統(tǒng)計學(xué)分析 運(yùn)用SPSS 22.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析。計量資料比較采用t檢驗，P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 術(shù)前規(guī)劃效果 53 例患者均在術(shù)前準(zhǔn)備過程中利用Mimics 軟件順利完成術(shù)前規(guī)劃， 未額外增加術(shù)前準(zhǔn)備時間。 所有患者均在術(shù)前規(guī)劃輔助下順利完成手術(shù)， 術(shù)中通過可透視化三維模型集指導(dǎo)，均一次性形成腦組織隧道到達(dá)血腫腔，手術(shù)盲區(qū)少，術(shù)后未出現(xiàn)再出血病例。 術(shù)后CT 提示血腫清除率（92.25±5.37）%；術(shù)后實際骨窗位置與規(guī)劃骨窗位置最大偏差距離在2.34～14.42 mm 之間，平均 （5.85±2.81）mm； 規(guī)劃骨窗面積 （5601.67±2014.44）mm2， 實際骨窗面積 （5469.79±1906.86）mm2，兩者比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。

2.2 預(yù)后統(tǒng)計 所有病例術(shù)后6 個月隨訪GOS 評分，Ⅰ級：11 例（6 例為入院時GCS 評分在3～4 分的患者；5 例因家庭原因術(shù)后不久即放棄治療，經(jīng)回訪確認(rèn)死亡），Ⅱ級：3 例，Ⅲ級：19 例，Ⅳ級：18例，Ⅴ級：2 例。

3 討論

在急診開顱手術(shù)中，快速良好的術(shù)前規(guī)劃可在有限的時間內(nèi)，對患者的解剖結(jié)構(gòu)以及手術(shù)過程有深入的了解，縮短手術(shù)時間，以最小的創(chuàng)傷達(dá)到手術(shù)目的。 以往術(shù)前規(guī)劃只能將二維影像進(jìn)行三維立體構(gòu)思，不同術(shù)者存在理解差異，規(guī)劃誤差大。 現(xiàn)可利用有框架立體定向技術(shù)或無框架立體定向技術(shù)（神經(jīng)導(dǎo)航技術(shù)）對顱內(nèi)病變進(jìn)行精準(zhǔn)定位，前者在穿刺活檢、電極植入等微創(chuàng)手術(shù)中應(yīng)用廣泛[3-4]，后者可輔助復(fù)雜顱內(nèi)腫瘤、癲癇等高難度手術(shù)[5]，但操作技術(shù)和影像數(shù)據(jù)均有特殊要求，較難適應(yīng)急診手術(shù)，且儀器費(fèi)用高昂，難以廣泛推廣。

很多學(xué)者應(yīng)用相關(guān)軟件進(jìn)行術(shù)前規(guī)劃， 如楊傳鑫等應(yīng)用三維可視化技術(shù)評估肝臟解剖和病理情況，規(guī)劃肝切除、膽道鏡取石術(shù)并指導(dǎo)現(xiàn)實手術(shù)獲得良好療效[6]。REN 等也通過三維可視化技術(shù)微創(chuàng)治療大肝細(xì)胞癌取得良好效果[7]。 周翔等應(yīng)用3D-Slicer 軟件輔助定位顱內(nèi)血腫進(jìn)行血腫穿刺，有效提高穿刺精準(zhǔn)度[8]。 多數(shù)三維術(shù)前規(guī)劃針對擇期手術(shù)，因急診手術(shù)時間緊迫，要求術(shù)前規(guī)劃有效且簡便快捷， 部分學(xué)者即使用于急診腦出血手術(shù)也僅限于穩(wěn)定型腦出血的微創(chuàng)穿刺[8-9]，對急診開顱手術(shù)的規(guī)劃鮮有報道。

Mimics 軟件在筆記本電腦上即可良好運(yùn)行，不受場地限制，無特殊費(fèi)用要求[10]。本研究將PACS影像系統(tǒng)和Mimics 軟件安裝于同一筆記本電腦上，患者完成急診CT 檢查后，可通過PACS 影像系統(tǒng)將CT 數(shù)據(jù)直接下載至電腦， 導(dǎo)入Mimics 軟件進(jìn)行三維重建，有效地簡化數(shù)據(jù)傳輸。 該軟件對CT 數(shù)據(jù)要求不高，層距在0.5～1 cm 之間，層數(shù)在20～40 之間，即可重建出良好的三維模型。 上述所要求的CT 影像數(shù)據(jù)量不大， 軟件運(yùn)行速度快，重建時間短，本研究術(shù)前規(guī)劃基本在15 min 內(nèi)完成。部分患者CT 掃描過程不能配合，不能按基線標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行掃描，但只要掃描范圍包括所需的解剖結(jié)構(gòu)，并不影響軟件的三維模型構(gòu)建， 對存在移動偽影的影像數(shù)據(jù)，Mimics 軟件還可通過手動分割閾值和3D 割切等功能進(jìn)行降噪處理，見圖1。

圖1 術(shù)前CT 影像和3D 重建

Mimics軟件在模擬手術(shù)和數(shù)據(jù)測量上有其獨(dú)特優(yōu)勢，可對三維模型進(jìn)行任意剖切和透視處理，在三維場景中全方位無死角地觀察手術(shù)部位與周圍解剖之間的毗鄰關(guān)系， 對模型的各個關(guān)鍵點進(jìn)行距離和角度等測量[11]。 本研究構(gòu)建了顱骨、血腫和軟組織的三維模型集， 通過調(diào)整合適透明度觀察各模型的相互位置關(guān)系， 根據(jù)血腫位置規(guī)劃骨窗位置和大小，位置關(guān)鍵點用CAD 元件標(biāo)記，利用仿真割切工具在顱骨模型上切割形成骨窗， 通過調(diào)整視角，規(guī)劃最優(yōu)的骨窗位置和大小，用測量工具對關(guān)鍵點位置進(jìn)行測量定位，見圖2。 所構(gòu)建的軟組織模型可清晰地顯示外耳、外耳孔、雙眼、鼻根等體表標(biāo)識， 可參照這些標(biāo)識將模型上的關(guān)鍵點精準(zhǔn)標(biāo)注在患者體表。 將術(shù)后顱骨模型和規(guī)劃的顱骨模型集進(jìn)行融合發(fā)現(xiàn)，實際手術(shù)骨窗位置與規(guī)劃骨窗位置最大偏差距離甚小，平均（5.85±2.81）mm， 兩骨窗面積相比較差異無明顯統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），見圖3。 所有患者在規(guī)劃的手術(shù)路徑指導(dǎo)下，均一次性形成腦組織隧道達(dá)到血腫位置，手術(shù)盲區(qū)少，血腫清除率（92.25±5.37）%，血腫腔止血徹底，未出現(xiàn)術(shù)后再出血病例。 如為CT 薄層影像數(shù)據(jù)，術(shù)者還可構(gòu)建清晰的腦組織三維模型，通過觀察腦組織溝回、外側(cè)裂等解剖結(jié)構(gòu)，更精準(zhǔn)地規(guī)劃腦組織隧道位置。

圖2 術(shù)前規(guī)劃

圖3 術(shù)后與術(shù)前對比

本研究中， 在部分病例中將構(gòu)建的三維模型集組合成裝配體， 用小型投影儀將三維影像投射到手術(shù)部位，希望獲得實時導(dǎo)航目的[12]。 但實施中發(fā)現(xiàn)，投影儀的投射距離和位置難以掌握，耗時且需專人操作， 因此本研究用筆記本電腦在手術(shù)過程中直接顯示規(guī)劃好的三維模型集， 術(shù)中可根據(jù)需要隨時觀看并測量相關(guān)解剖數(shù)據(jù)， 同樣可起到定位和導(dǎo)航的目的。

綜上所述，Mimics 三維重建技術(shù)可快速有效地完成急診開顱手術(shù)的術(shù)前規(guī)劃， 設(shè)計最優(yōu)手術(shù)路徑，通過三維模型集直觀地指導(dǎo)術(shù)者完成手術(shù)。該方法簡單快捷，無特殊設(shè)備和費(fèi)用要求，值得推廣。