3D-Slicer軟件在神經(jīng)內(nèi)鏡經(jīng)鼻蝶入路垂體腺瘤手術(shù)中的應(yīng)用*

龍潮新，郭銘，官春城，馮金福，羅文韜，梁曉華，李平安

（粵北人民醫(yī)院 神經(jīng)外科二區(qū)，廣東 韶關(guān) 512026）

垂體腺瘤約占顱內(nèi)腫瘤的10%～15%，為鞍區(qū)最常見的良性腫瘤，主要位于鞍內(nèi)，可向鞍上、鞍旁生長。近十年來，神經(jīng)內(nèi)鏡下經(jīng)鼻蝶入路手術(shù)已取代顯微鏡經(jīng)鼻蝶入路手術(shù)，成為治療垂體腺瘤的首選手術(shù)方式[1-2]。神經(jīng)內(nèi)鏡手術(shù)相對顯微鏡手術(shù)，擁有更廣闊的視角，更加充足的照明強度，且創(chuàng)傷更小，還可縮短手術(shù)時間，真正做到更精準(zhǔn)、更微創(chuàng)[3-4]。神經(jīng)內(nèi)鏡作為新技術(shù)也存在不足，其為二維圖像顯示，立體感差，而3D神經(jīng)內(nèi)鏡可填補這方面缺陷[5]，但目前尚未能廣泛應(yīng)用，術(shù)者能否熟練掌握解剖結(jié)構(gòu)，對于手術(shù)的順利開展至關(guān)重要，術(shù)前熟悉手術(shù)入路，有利于提高手術(shù)的安全性及效率[6-8]。本研究利用3DSlicer 軟件，對患者影像學(xué)數(shù)據(jù)進行術(shù)前規(guī)劃，構(gòu)建經(jīng)鼻蝶竇腔內(nèi)三維結(jié)構(gòu)，模擬腫瘤、神經(jīng)、血管和骨性結(jié)構(gòu)的關(guān)系，再與術(shù)中實際情況對比，初步探討該技術(shù)應(yīng)用于神經(jīng)內(nèi)鏡經(jīng)鼻蝶入路垂體腺瘤手術(shù)的療效?，F(xiàn)報道如下：

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性分析2018 年8 月－2021 年7 月收治的28例垂體腺瘤并行神經(jīng)內(nèi)鏡手術(shù)的患者的臨床資料。其中，男14例，女14例，年齡32～72 歲，平均（53.3±8.4）歲；垂體大腺瘤25例，垂體微腺瘤3例；術(shù)后病理報告為泌乳素瘤1例，無功能腺瘤27例。

入選標(biāo)準(zhǔn)：①臨床影像學(xué)確診為垂體腺瘤；②年齡≥18歲；③均行神經(jīng)內(nèi)鏡經(jīng)鼻蝶入路手術(shù)治療；④均為首次手術(shù)。排除標(biāo)準(zhǔn)：①已接受藥物或放射治療；②患有重要器官功能障礙；③患有凝血障礙、自身免疫疾?。虎艽嬖诰裾J知障礙，對正常診療程序無法遵照醫(yī)囑配合。本研究通過醫(yī)院倫理委員會審核批準(zhǔn)，患者家屬均簽署知情同意書。

1.2 影像學(xué)數(shù)據(jù)的采集及3D模型構(gòu)建

所有入選患者于術(shù)前均完成頭顱CT 和MRI 掃描（西門子64 排螺旋CT 機，GE 3.0T 磁共振機），包含標(biāo)準(zhǔn)頭部或垂體平掃及增強掃描，層厚5.0 mm，層間距1.0～1.5 mm。經(jīng)外周靜脈注射釓類對比劑，注射劑量為0.1 mmol/kg。原始數(shù)據(jù)均從醫(yī)院PACS 系統(tǒng)導(dǎo)出，格式為DICOM，再將數(shù)據(jù)資料導(dǎo)入3D-Slicer軟件（版本為4.10.2）。將鼻蝶鞍區(qū)結(jié)構(gòu)進行三維透視化模型構(gòu)建，利用3D-Slicer 內(nèi)置模塊剪切圖像，保留手術(shù)入路及蝶鞍區(qū)周邊相關(guān)結(jié)構(gòu)，模擬出蝶竇前壁、蝶竇內(nèi)分隔、斜坡凹陷、鞍底、視神經(jīng)管隆突、頸內(nèi)動脈隆突、視神經(jīng)頸內(nèi)動脈隱窩（optic nerve internal carotid recess，OCR）、腫瘤、神經(jīng)和血管等重要解剖結(jié)構(gòu)，用不同顏色進行區(qū)分。該軟件可以隨意調(diào)整視角及放大倍數(shù)，方便醫(yī)師細致地觀察相關(guān)結(jié)構(gòu)，通過修剪圖像功能，模擬內(nèi)鏡下磨除鞍底、鞍結(jié)節(jié)和蝶骨平臺等解剖結(jié)構(gòu)，了解腫瘤與毗鄰結(jié)構(gòu)的解剖位置關(guān)系。所有患者術(shù)前均使用3D-Slicer 軟件進行CT/MRI 三維重建解剖結(jié)構(gòu)，并與術(shù)中內(nèi)鏡下圖像進行比較。將圖像顯示程度進行分級：1級為部分顯示，2級為完全顯示。通過3D-Slicer軟件內(nèi)置功能來反復(fù)比較術(shù)中關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，所有區(qū)域均可準(zhǔn)確測量，以期為手術(shù)入路提供參考，指導(dǎo)實際手術(shù)中的暴露范圍，為設(shè)計手術(shù)方案提供更加詳盡的依據(jù)。

1.3 手術(shù)方法

所有患者均在氣管插管全身麻醉下行神經(jīng)內(nèi)鏡下經(jīng)鼻蝶入路切除腫瘤。術(shù)中應(yīng)用德國卡爾史托斯內(nèi)鏡系統(tǒng)（KARL STORZ），使用0°鏡或變色龍觀察鏡進行操作，并對圖像加以保存。術(shù)者根據(jù)腫瘤大小及Knosp分級行經(jīng)單鼻孔或雙鼻孔入路手術(shù)。患者取仰臥位，頭后仰15°，常規(guī)消毒鋪巾，選擇右側(cè)鼻腔入路。用0.01%腎上腺素棉片填塞手術(shù)通道，收縮鼻道黏膜，向外掰開中鼻甲確認蝶竇開口，然后用單極電刀做弧形黏膜瓣，翻開黏膜瓣暴露蝶骨嘴后，用高速磨鉆磨除蝶竇前壁及蝶竇內(nèi)分隔，充分暴露鞍底、斜坡凹陷和兩側(cè)頸內(nèi)動脈海綿竇段骨質(zhì)。使用2.0 mm金剛砂鉆頭磨除鞍底骨質(zhì)，直到鞍底硬膜被充分顯露，采用H 字或十字形切開硬膜，大腺瘤先行內(nèi)減壓，再使用刮圈分塊切除腫瘤。切除完畢后，充分止血，鞍內(nèi)填塞明膠海綿及速即紗，使用可吸收硬腦膜補片修補缺損，外層再使用生物蛋白膠進行封閉。如果術(shù)中出現(xiàn)鞍隔破損、腦脊液漏，可使用大腿外側(cè)筋膜及脂肪填塞鞍底，同時外層覆蓋帶蒂鼻中隔黏膜瓣修補鞍底。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法

使用SPSS 22.0 統(tǒng)計軟件分析數(shù)據(jù)。正態(tài)分布的計量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（）表示，非正態(tài)分布的計量資料以中位數(shù)（四分位數(shù)）[M（P25，P75）]表示；計數(shù)資料用例表示，行χ2或Fisher 確切概率法。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 術(shù)前3D重建圖像與術(shù)中內(nèi)鏡下圖像比較

將常見解剖標(biāo)志顯示情況進行對比分析，結(jié)果顯示：3D 重建圖像與術(shù)中內(nèi)鏡下圖像顯示的解剖標(biāo)志高度匹配，內(nèi)鏡下能觀察到的解剖標(biāo)志，在3D-Slicer 軟件中均可重建出來。上鼻甲、中鼻甲、下鼻甲以及鼻中隔在兩組中均100.0%顯示，而蝶竇開口（100.0%）和OCR（78.6%）的3D 重建圖像顯示明顯優(yōu)于術(shù)中內(nèi)鏡（75.0%和46.4%），差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）。見附表。

附表 術(shù)前3D重建圖像與術(shù)中內(nèi)鏡下圖像比較例（%）Attached table Comparison of anatomical structure between preoperative 3D reconstruction image and intraoperative endoscopic image n（%）

2.2 3D-Slicer軟件在術(shù)前模擬垂體瘤與毗鄰結(jié)構(gòu)的關(guān)系

28例患者中，3D-Slicer 均能夠清晰模擬腫瘤形態(tài)、大小及位置。腫瘤體積0.32～22.05 cm3，中位數(shù)4.20（3.00，8.10）cm3。Knosp分級中，0級至Ⅱ級16例（57.1%），Ⅲ級至Ⅳ級12例（42.9%）。甲介型蝶竇1例（3.6%），27例（96.4%）非甲介型；視神經(jīng)受壓17例（60.7%），11例（39.3%）無視神經(jīng)受壓；鞍底擴大8例（28.6%），20例（71.4%）鞍底沒擴大。利用CT/MRI 數(shù)據(jù)，可清晰顯示蝶竇內(nèi)分隔、斜坡凹陷、鞍底、視神經(jīng)管、頸內(nèi)動脈、OCR 和鞍區(qū)腫瘤等結(jié)構(gòu)圖像。通過自由旋轉(zhuǎn)模型，可隨意觀察腫瘤與毗鄰神經(jīng)和血管解剖空間的關(guān)系。使用3D-Slicer 軟件內(nèi)置模塊（Segment Editor），模擬磨除鞍底骨質(zhì)，顯露腫瘤，觀察腫瘤與視神經(jīng)和頸內(nèi)動脈的關(guān)系。見圖1～3。

圖1 垂體瘤、頸內(nèi)動脈和視神經(jīng)在三維重建圖像中的空間關(guān)系Fig.1 Spatial relationship of pituitary tumor,internal carotid artery and optic nerve in 3D reconstruction images

圖2 手術(shù)中真實圖像與3D虛擬圖像Fig.2 Intraoperative real image and 3D virtual image in 3D-Slicer

2.3 手術(shù)療效和并發(fā)癥

28例患者手術(shù)入路重要結(jié)構(gòu)區(qū)域，均可在3DSlicer 軟件中成功構(gòu)建三維透視化模型。模擬模型與現(xiàn)實手術(shù)圖像吻合程度高，術(shù)中各解剖結(jié)構(gòu)定位明確，可快速地尋找到蝶竇開口及打開蝶竇前壁，精確定位鞍底，根據(jù)術(shù)前計劃模擬圖像，在術(shù)中磨開鞍底骨窗，順利切除腫瘤。28例患者全部按計劃順利完成手術(shù)，未發(fā)生死亡和嚴重并發(fā)癥（腦脊液鼻漏、顱內(nèi)感染和尿崩），嗅覺減退2例（7.1%）。術(shù)后復(fù)査CT 未見繼發(fā)顱內(nèi)血腫，鞍底磨除骨窗范圍滿意。腫瘤全切率為78.6%。所有患者順利出院，且恢復(fù)良好。

圖3 術(shù)中實際圖像與3D重建圖像Fig.3 Intraoperative real image and 3D reconstructed image in 3D-Slicer

3 討論

3.1 神經(jīng)內(nèi)鏡下經(jīng)鼻蝶入路現(xiàn)狀

神經(jīng)內(nèi)鏡下經(jīng)鼻蝶入路是目前鞍區(qū)手術(shù)的經(jīng)典入路，已成為垂體腺瘤的常規(guī)手術(shù)入路[9-10]，但其安全性和精確性受到眾多因素影響[11-13]。垂體腺瘤是良性腫瘤，但部分腫瘤因生長方式具有侵襲性，常常會侵襲海綿竇和頸內(nèi)動脈，甚至壓迫或破壞蝶竇骨質(zhì)等周圍結(jié)構(gòu)，全切難度大，風(fēng)險相對較高[14]。蝶竇內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)個體化差異較大，尤其是蝶竇氣化的程度、蝶竇內(nèi)骨性分隔的數(shù)目及位置關(guān)系、鞍底的位置關(guān)系、頸內(nèi)動脈隆起的發(fā)達程度、覆蓋頸內(nèi)動脈骨壁的骨質(zhì)厚度和視神經(jīng)管的膨隆程度等[15]。這就要求主刀醫(yī)師必須對經(jīng)鼻蝶入路解剖結(jié)構(gòu)充分了解和熟悉，還要有熟練的神經(jīng)內(nèi)鏡下操作技術(shù)等。以上因素都是確保神經(jīng)內(nèi)鏡下經(jīng)鼻蝶入路手術(shù)順利完成的關(guān)鍵。神經(jīng)內(nèi)鏡顯示的圖像只是二維圖像，缺乏空間結(jié)構(gòu)立體感，而目前術(shù)前CT 和MRI 等影像學(xué)檢查提供的數(shù)據(jù)信息，亦為二維解剖關(guān)系圖像，無法為手術(shù)入路和神經(jīng)內(nèi)鏡下視角圖像提供更直觀的參考作用[16]。神經(jīng)內(nèi)鏡手術(shù)過程中，對解剖結(jié)構(gòu)空間關(guān)系的辨別完全依靠主刀醫(yī)生的三維感官能力以及手術(shù)經(jīng)驗，因個體化差異的存在，對需要高度精確性的顱腦手術(shù)十分不利，尤其在經(jīng)鼻蝶入路這種操作空間十分狹小的手術(shù)中，非常容易造成致命的影響，一旦出現(xiàn)手術(shù)并發(fā)癥，主刀醫(yī)師往往面臨巨大的壓力，以致于難以順利完成手術(shù)。

3.2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的臨床應(yīng)用

近年來，虛擬現(xiàn)實技術(shù)得到快速發(fā)展，是最有前景的手術(shù)計劃工具之一。它可以在虛擬現(xiàn)實條件下，對CT 和MRI 等數(shù)據(jù)集進行快速三維重建，可以更直觀、詳細地觀察手術(shù)區(qū)域各解剖結(jié)構(gòu)的空間關(guān)系，在國外已經(jīng)廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)教育、住院醫(yī)師培訓(xùn)和手術(shù)室中，有效地促進了術(shù)前計劃，提高了手術(shù)效率。國內(nèi)外有報道，使用Vitrea虛擬現(xiàn)實圖像處理工作站結(jié)合CT仿真內(nèi)鏡技術(shù)，導(dǎo)入CT/MRI數(shù)據(jù)，對患者鼻蝶及鞍區(qū)解剖結(jié)構(gòu)進行三維重建，通過術(shù)前觀察解剖結(jié)構(gòu)，模擬內(nèi)鏡操作，為手術(shù)可行性提供了更多的保障，增加了手術(shù)的安全性，亦為手術(shù)醫(yī)師提供了更多的手術(shù)實踐，并提升了醫(yī)師信心[17-18]。而這類軟件系統(tǒng)均需要依附相應(yīng)的工作站或配套設(shè)備來實現(xiàn)，限制了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的普及。因此，國內(nèi)應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行手術(shù)評估及規(guī)劃的報道較少[19]。3D-Slicer軟件是一款免費的開源圖像分析處理軟件，由美國兩所頂級大學(xué)聯(lián)合開發(fā)，操作界面友好，具有功能擴展和改進的作用，降低了技術(shù)門檻，逐漸被臨床醫(yī)生所使用[20]。

本研究中，在CT 和MRI 原始數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進行圖像重建，利用Volume Rendering 模塊進行頭顱重建，通過調(diào)整shift 滑塊至合適窗寬，對上鼻甲、中鼻甲、下鼻甲和鼻中隔進行觀察，調(diào)整感興趣區(qū)（region of interesting，ROI）區(qū)域，使視野深入至蝶竇內(nèi)，可見蝶竇內(nèi)分隔、斜坡及鞍底、頸內(nèi)動脈隆突和視神經(jīng)頸內(nèi)動脈隆突等骨性結(jié)構(gòu)。部分患者為甲介型蝶竇，蝶竇腔內(nèi)結(jié)構(gòu)被遮擋無法清楚顯示，通過Segment Editor 模塊，可將垂體腫瘤、視神經(jīng)和頸內(nèi)動脈重建并建模，用內(nèi)置模塊paint、scissors 等進行圖像切割或去除，從而實現(xiàn)模擬內(nèi)鏡下磨除蝶竇內(nèi)分隔的過程。通過上述步驟，可以更輕松地模擬去除甲介型蝶竇內(nèi)骨質(zhì)結(jié)構(gòu)，暴露鞍底骨質(zhì)，去除鞍底骨質(zhì)形成的骨窗的過程，從而顯露已建模的腫瘤，并調(diào)整多角度來觀察腫瘤-頸內(nèi)動脈-視神經(jīng)-鞍底的關(guān)系，以進一步確定磨除骨窗的大小，降低術(shù)中誤傷頸內(nèi)動脈及周圍其他結(jié)構(gòu)的風(fēng)險。整個模擬圖像與術(shù)中經(jīng)鼻蝶入路的視野相比較，兩者匹配度較高。對于甲介型、鞍前型的蝶竇及部分復(fù)雜的蝶竇分隔，術(shù)中風(fēng)險及難度會大大提高，意味著需要更長的手術(shù)時間，會增加術(shù)中失血量，影響患者預(yù)后及手術(shù)效果。術(shù)者可以在術(shù)前借助3D-Slicer 軟件，實行虛擬重建技術(shù)，反復(fù)觀察并熟悉手術(shù)區(qū)域中重要的解剖結(jié)構(gòu)，模擬出骨質(zhì)磨除的虛擬過程，增強手術(shù)操作者的認識和信心，從而在現(xiàn)實手術(shù)中，做到對相關(guān)結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)定位，避免了過度暴露或暴露不足，進一步減少了手術(shù)操作損傷及手術(shù)風(fēng)險。

3.3 虛擬圖像重建過程中的問題

在虛擬圖像重建的過程中確實存在一些問題。首先，本研究中3D 建模是用于術(shù)前重建，需根據(jù)已有影像學(xué)數(shù)據(jù)生成，無法提供術(shù)中信息，故不能實現(xiàn)術(shù)中實時監(jiān)測，尚不具有術(shù)中導(dǎo)航的作用；其次，垂體、鞍底硬腦膜和海綿間竇等組織結(jié)構(gòu)在3D-Slicer軟件中無法建模，無法判斷其是因腫瘤壓迫而移位、變扁，還是由于原始數(shù)據(jù)的影像分辨率不足所致。

綜上所述，3D-Slicer 軟件作為免費開源軟件，能夠高度準(zhǔn)確還原經(jīng)鼻蝶入路標(biāo)志性解剖結(jié)構(gòu)，具有無創(chuàng)性、易用性和高效性，有助于外科醫(yī)師在手術(shù)前的虛擬場景中反復(fù)模擬、對比和練習(xí)，從而選擇最佳方案；有利于在手術(shù)中識別和保護重要血管、神經(jīng)，增強醫(yī)師信心；通過不斷地探索、分析、判斷和總結(jié)，可提高手術(shù)精確度和安全性，減少并發(fā)癥的發(fā)生。隨著3D-Slicer 軟件在神經(jīng)外科領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，將給臨床工作和醫(yī)學(xué)培養(yǎng)教育等領(lǐng)域帶來更多的便利和幫助。