3D-Slicer軟件結合導航無框架立體定向穿刺在腦干出血治療的應用及預后因素分析

秦庚 牛光明 劉展 陶勝忠 婁金峰 王在斌 葛爽

1鄭州大學研究生學院（鄭州 450001）；2鄭州大學第二附屬醫(yī)院神經(jīng)外科（鄭州 450014）

原發(fā)性腦干出血（primary brain stem hemorrhage，PBSH）是一種兇險的神經(jīng)外科疾病，約占所有顱內(nèi)出血的5% ～10%，病死率高達70% ～80%，其致死率及致殘率均高于其他類型的腦出血［1-2］。腦干局部解剖結構復雜決定其手術難度大、風險高、療效差［3］。PBSH 的立體定向穿刺術具有創(chuàng)傷小、操作精準、術后恢復快等優(yōu)勢，已成為國內(nèi)外的研究熱點。神經(jīng)導航下無框架立體定向穿刺是基于精準理念下的立體定向技術和神經(jīng)導航技術結合的產(chǎn)物，相較于有框架立體定向技術，術前無需安裝立體定向框架，簡化了術前準備工作，但穿刺精度及可靠性受到質(zhì)疑［4］。3D-Slicer軟件具有強大的影像三維重建及術前規(guī)劃功能［5］，本研究通過術前3D-Slicer 軟件設計穿刺路徑結合神經(jīng)導航下無框架立體定向穿刺治療PBSH，在提升穿刺精度及手術預后方面做出新的探索，探討3D-Slicer 軟件在無框架立體定向穿刺治療PBSH 手術中的應用價值并分析手術預后的影響因素。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 選擇2019年1月至2021年6月我院采用3D-Slicer 軟件結合導航無框架立體定向穿刺治療的31 例PBSH 患者作為研究對象。該研究得到鄭州大學第二附屬醫(yī)院醫(yī)學倫理委員會的批準（審批號：2021350）。患者家屬均知曉研究內(nèi)容并簽署知情同意書?；颊咧?，男23例，女8例；年齡32 ～71 歲，平均（51.4 ± 10.6）歲；31 例患者均有高血壓病史，術前GCS 評分3 ～6 分，平均（4.13 ±0.92）分。影像資料：術前6 h 內(nèi)對所有患者行頭顱雙源CT（GE 公司）1.0 mm 薄層掃描，根據(jù)患者CT數(shù)據(jù)經(jīng)3D-Slicer軟件三維重建計算血腫量，31例患者血腫量3.6 ～21.2 mL，平均（9.93 ± 4.43）mL。根據(jù)HUANG 等［1］報道的新型的原發(fā)腦橋出血（primary pontine hemorrhage，PPH）評分系統(tǒng)評估31 例患者，4 分9 例，3 分12 例，2 分9 例，1 分1 例。根據(jù)CHUNG 等［6］報道的原發(fā)性腦橋出血CT 分型分為：單側被蓋型（5 例）、雙側被蓋型（4 例）、基地被蓋型（8 例）、巨大型（14 例）。

1.2 3D-Slicer 軟件術前規(guī)劃 31 例患者術前均將頭顱CT 圖像以原始DICOM 格式導入到3D-Slicer軟件4.10.1中（軟件下載地址：https：//download.slicer.org/），應用Segment Editor 模塊及Volume Rendering模塊體繪制重建出血腫、顱骨、皮膚三維模型，使用Markups 模塊設計穿刺路徑，原則遵循：（1）腦橋上部合并中腦出血選用幕上穿刺路徑（經(jīng)額中回中部-放射冠-丘腦外側部-中腦），腦橋中部及合并延髓出血選用幕下穿刺路徑（經(jīng)小腦半球外下部-小腦中腳-腦橋途徑）；（2）穿刺路徑順應血腫長軸，穿刺靶點選取血腫腔幾何中心；（3）幕上穿刺路徑避開功能區(qū)，幕下穿刺路徑避開靜脈竇及小腦幕（圖1）。將生成的帶有穿刺路徑的CT 數(shù)據(jù)導入進美敦力S7 導航工作站中，根據(jù)設計好的穿刺路徑設置入路點及靶點，最后完成注冊（圖2）。

圖1 應用3D-Slicer 軟件術前設計穿刺路徑Fig.1 Preoperative puncture path design

圖2 實際術中導航穿刺路徑Fig.2 Actual intraoperative navigation by 3D-Slicer of puncture path

1.3 手術流程 患者全麻達成后固定體位，采取仰臥位經(jīng)幕上穿刺路徑患者15 例，采取仰臥頭偏位幕下穿刺路徑患者16 例，Mayfield 頭架固定，光學導航系統(tǒng)完成注冊，神經(jīng)導航定位確定穿刺點，取3 ～4 cm 頭皮直切口，磨鉆或電鉆鉆孔，安裝精確對準設備并插入Vertek 探針，調(diào)整、校對穿刺路徑，控制導航靶點校準誤差在1.0 mm 以內(nèi)，并獲得穿刺深度參數(shù)，達成后鎖定路線并固定萬象臂及精確對準設備，更換Vertek 探針為活檢穿刺針，雙極電凝十字剪開硬膜并充分止血，活檢穿刺針通過導向裝置緩慢輕柔旋轉進入腦組織，根據(jù)設置穿刺深度進入靶點，固定穿刺路徑拔出活檢針后放置引流管（法國索菲薩DE-306 160 cm），注射器緩慢抽吸2 mL 陳舊性出血后妥善固定。對于合并急性梗阻性腦積水的患者同時行腦室外引流術。

1.4 術后處理 手術患者術后均進入重癥ICU病房行高級生命支持。術后第1 天復查頭顱CT 后即應用尿激酶（1 ～1.5 萬U）腔內(nèi)注射輔助溶血，每日1 次，注入尿激酶后夾閉引流管2 h 再次打開，應用時間不超過3 d，3 d 后復查頭顱CT，當殘余血腫量＜3 mL 或放置引流管天數(shù)＞5 d 時拔除引流管。

1.5 術后隨訪與評估 應用3D-Slicer 軟件根據(jù)拔管前CT 影像數(shù)據(jù)計算殘余血腫量。術后對所有患者進行電話隨訪，詢問患者術后3 個月預后情況，對于存活患者進行ADL 分級［7］評定：Ⅰ級：完全恢復正常生活；Ⅱ級：部分恢復可獨立生活；Ⅲ級：需人幫助，扶拐可走；Ⅳ級：臥床，但意識清醒；Ⅴ級：植物人狀態(tài)生存。定義ADLⅠ-Ⅳ級為預后較好，Ⅴ級及死亡為預后不良。

1.6 統(tǒng)計學方法 采用SPSS 26.0軟件進行統(tǒng)計學分析，計量資料表示為均數(shù)±標準差，比較采用t檢驗；計數(shù)資料表示為例（%），比較行χ2檢驗；等級資料比較行Mann-WhitneyU檢驗；對單因素分析差異有統(tǒng)計學意義的因素進一步納入logistic 回歸多因素分析影響術后療效的獨立危險因素，并繪制ROC 曲線判斷危險因素對患者預后的預測價值，以P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 手術及隨訪結果 31 例患者手術過程均順利，術后復查頭顱CT 提示引流管均位于血腫腔內(nèi)（圖3）。拔管前復查頭顱CT 提示殘余血腫量0～13.5 mL，平均（4.7±2.7）mL，血腫清除率（58.1±24.1）%。術后3 個月隨訪，31 例患者中死亡15 例，病死率為48.4%。對16 例生存患者進行ADL 評級：Ⅲ級3 例、Ⅳ級9 例、Ⅴ級4 例；預后良好12 例、預后不良19 例。

圖3 頭顱CT 影像Fig.3 CT images of the head

2.2 手術預后影響因素的單因素及多因素分析單因素分析結果提示性別、年齡、合并中樞性高熱、合并去大腦強直、腦干出血部位、血腫破入腦室、出血距離手術時間、穿刺入路對患者預后無明顯影響（P＞0.05），出血量、血腫分型、PPH 評分、合并腦積水、拔管前血腫量是預后的影響因素（P＜0.05），見表1。進一步納入logistic 回歸多因素分析提示出血量（OR= 1.297，95%CI：0.988 ～1.701，P= 0.043）、PPH 評分（OR= 6.134，95%CI：1.413 ～11.804，P= 0.015）、拔管前血腫量（OR=1.561，95%CI：1.075 ～2.269，P= 0.019）是影響患者預后的獨立危險因素。見表2。

表1 PBSH 患者手術預后影響因素的單因素分析Tab.1 Univariate analysis on postoperative prognosis of patients with PBSH 例（%）

表2 原發(fā)性腦干出血患者術后預后的logistic 回歸多因素分析Tab.2 Multivariate analysis oflogistic regression affecting postoperative prognosis of patients with primary brainstem hemorrhage

2.3 出血量及拔管前血腫量對預后的預測價值對出血量及拔管前血腫量對手術預后情況的預測價值進行性ROC 曲線分析見圖4。出血量及拔管前血腫量的曲線下面積（AUC）分別為0.917、0.906，且差異均有統(tǒng)計學意義（P＜0.01），見表3。

表3 各預后因素評價預后的ROC 分析Tab.3 ROC analysis results for prognostic factors

3 討論

3.1 3D-Slicer 軟件結合無框架立體定向技術在PBSH 治療的應用價值 無框架立體定向技術作為治療PBSH 的新型微創(chuàng)手段，是經(jīng)典框架立體定向技術的一種發(fā)展形式。其借助神經(jīng)導航代替?zhèn)鹘y(tǒng)框架實現(xiàn)血腫定位及穿刺，縮短了術前準備時間，術中操作過程便捷。但相較于經(jīng)典框架立體定向，其劣勢在于穿刺精度較差［4］。部分原因在于神經(jīng)導航依據(jù)“Brown 二點法則”［8］選擇二維平面下血腫最大層面中心點作為穿刺靶點，目的使靶點接近血腫的幾何中心，但腦干出血大多數(shù)呈不規(guī)則型［9］，血腫最大層面中心點并不意味著血腫的幾何中心；同時二維平面下設計的穿刺路徑難以保證引流管平行血腫最大長軸，容易造成引流管位置偏斜、貼壁，導致血腫引流效果不佳。另外神經(jīng)導航并不具備二維圖像自動矯正功能［10］，原始影像數(shù)據(jù)導入后不同方位的影像均存在一定程度的角度偏差，從而影響入路設計的準確性。

近年來，3D-Slicer 軟件在外科手術輔助中的應用備受關注［11-13］。本研究通過3D-Slicer 軟件輔助下進行術前穿刺入路設計有以下幾點優(yōu)勢：（1）三維直視下選擇穿刺靶點位置更加合理，設計穿刺路徑也能盡可能平行于血腫長軸，有利于提高穿刺精度及血腫引流效果；（2）穿刺路徑能夠避開功能區(qū)、小腦幕、靜脈竇等重要部位，提高了手術的安全性；（3）穿刺入路設計均在術前完成，減少術中導航操作流程進而縮短手術時間。本研究手術患者血腫引流效果良好，血腫清除率達到（58.1±24.1）%，術后3 個月預后良好率為35.5%，高于諸多文獻報道結果［1，14-16］。

3.2 PBSH 手術預后因素分析 PBSH 預后因素研究眾多，相關國內(nèi)外文獻研究普遍承認血腫量及GCS 評分是內(nèi)科保守治療預后因素的有力證據(jù)［17-19］。腦干位置深且體積較小，但卻是調(diào)控體溫、心率、血壓、呼吸的生命中樞，小劑量出血即刻引發(fā)嚴重不良后果［20］。而意識障礙往往意味著網(wǎng)狀上行系統(tǒng)受損，因此大血腫及嚴重意識障礙預后較差。近年來探討PBSH 手術預后的研究頗多。TAO 等［21］采取開顱手術治療原發(fā)性腦橋出血的45 例患者行預后因素分析顯示除出血量及GCS評分以外，年齡、血腫類型及血腫頭尾延伸也與預后相關；劉鳳強等［22］采取立體定向穿刺抽吸腦干血腫多因素分析顯示血腫分型是影響預后的獨立危險因素。由此可見，在不同手術方式干預下影響PBSH 預后的相關因素有所差異。本研究對患者90 d 后功能預后情況進行統(tǒng)計學分析，提示功能預后與出血量、新型腦橋出血評分及拔管前血腫量相關。

血腫體積被普遍認為是評價腦干出血預后的一項重要指標。JANG 等［16］研究表明血腫量＜5 mL是90 d 良好功能預后的預測因子。本研究中血腫量及拔管前血腫量均為手術患者預后的獨立危險因素，術前血腫量＞9.00 mL 的患者手術預后不良。本研究中31 名患者均行穿刺引流手術治療，及時引流血腫能夠緩解血腫腔內(nèi)壓力，減少血腫占位效應引起的原發(fā)性損傷，同時減輕炎癥反應以及血腫降解產(chǎn)物引起的繼發(fā)性損傷，有效改善腦干功能預后。而殘余血腫量＞2.85 mL 的手術患者預后較差，則表明手術引流效果良好的患者更易從手術獲益。

目前ICH 評分已被廣泛用來評價以及預測腦出血患者的死亡率及預后情況［23］，但該評分對于血腫量及年齡的分段臨界值并不適用于PBSH。新PPH 評分根據(jù)血腫量及GCS 評分共同制定，研究發(fā)現(xiàn)新PPH 評分的30 d 死亡率及90 d 功能預后的預測效能上均高于ICH 評分［1］。目前國內(nèi)外文獻在評估腦干出血預后因素時仍應用GCS 評分作為預后指標［20，22，24-25］，本研究采用新PPH 評分作為手術預后因素指標，通過統(tǒng)計學分析進一步驗證了新PPH 評分的預測價值，提示對于術前新PPH評分較低的患者更易通過手術改善功能預后。

本研究納入樣本量較少，統(tǒng)計學分析易產(chǎn)生隨機誤差，下一步研究可通過增加樣本量及隨訪時長而進一步驗證危險因素的預測價值。本研究為單中心回顧性研究，需要大樣本量的多中心隨機對照前瞻性研究作為證據(jù)支持。

綜上所述，應用3D-Slicer 軟件術前設計穿刺入路能夠有效改善神經(jīng)導航下無框架立體定向穿刺治療PBSH 的穿刺精度，提高血腫引流效果，手術預后情況滿意；出血量、新型腦橋出血評分、拔管前血腫量可能是影響患者手術預后的獨立危險因素，出血量小、PPH 評分低以及拔管前血腫量少的患者更易從手術中獲益。