多模態(tài)影像融合聯(lián)合多介質(zhì)3D打印在復(fù)雜頸椎管內(nèi)外溝通性腫瘤手術(shù)中的應(yīng)用

鄭樹歡 天津市環(huán)湖醫(yī)院 （天津 300350）

內(nèi)容提要： 目的：分析多模態(tài)影像融合聯(lián)合多介質(zhì)3D打印在復(fù)雜頸椎管內(nèi)外溝通性腫瘤的應(yīng)用效果。方法：以2019年10月～2022年8月本院收治的復(fù)雜頸椎管內(nèi)外溝通性腫瘤手術(shù)患者40例為觀察對象，分別對患者應(yīng)用多模態(tài)影像融合技術(shù)，應(yīng)用多介質(zhì)3D打印技術(shù)對數(shù)字模型進行打印并實施手術(shù)。結(jié)果：9例行一期內(nèi)固定者共植入螺釘27枚，位置良好，未出現(xiàn)脊髓、大血管及相鄰臟器損傷等并發(fā)癥，5例患者術(shù)后出現(xiàn)神經(jīng)損傷癥狀，術(shù)后隨訪未發(fā)現(xiàn)腫瘤復(fù)發(fā)情況。術(shù)后人體感覺功能、肌力恢復(fù)較好。結(jié)論：多模態(tài)影像融合聯(lián)合多介質(zhì)3D打印技術(shù)可直觀性看出復(fù)雜頸椎管內(nèi)外溝通性腫瘤中血管、骨質(zhì)以及瘤體之間的關(guān)聯(lián)，提升對神經(jīng)血管和脊柱穩(wěn)定性的保護，降低術(shù)后并發(fā)癥。

復(fù)雜頸椎管內(nèi)外溝通性腫瘤是頸椎外科一種少見的腫瘤，腫瘤極易壓迫脊柱，導(dǎo)致患者癱瘓、殘疾，嚴重威脅患者生命。脊髓膜、神經(jīng)根、脊髓、血管、椎管壁組織、胎兒殘留組織等都是椎管內(nèi)的多種組織來源[1]。在臨床上一般按照腫瘤與脊髓、硬脊膜之間的聯(lián)系，可以把頸椎管內(nèi)腫瘤分成三種類型，分別是髓內(nèi)腫瘤、髓外硬膜下腫瘤、椎管內(nèi)硬膜外腫瘤。由于椎管腔比下頸椎要大，所以有一個很大的“代償空隙”，腫瘤在小的時候很難被發(fā)現(xiàn)，往往發(fā)現(xiàn)時腫瘤已經(jīng)較大了。同時，由于椎管中存在著與呼吸、心跳等器官相連的脊髓、延髓等器官，椎管中的腫瘤往往因其體積大、與周邊組織粘連，而難以分離、清除，在手術(shù)過程中會對患者的呼吸、心跳功能造成較大影響，嚴重時會對患者的生命造成威脅，具有較大的手術(shù)風(fēng)險。當前臨床針對頸椎管內(nèi)外溝通性腫瘤的治療主要以手術(shù)治療為主，在手術(shù)開始之前需對其進行影像學(xué)檢查[2]。常用磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）、計算機體層成像（Computed Tomography，CT）、CT血管成像（Computed Tomography Angiography，CTA）等影像學(xué)檢查方式對其腫瘤、骨質(zhì)以及血管等進行掃描，可較為清晰地呈現(xiàn)出其構(gòu)造和影像。隨著我國影像學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，當前將三維模型構(gòu)建用于影像檢查中可提升檢查的效果，同時還能對手術(shù)部位進行模擬，提升治療的效果?；诖耍瑸楦玫胤治雎?lián)合手術(shù)方式的應(yīng)用效果，本研究選擇本院收治的患者為研究對象，分析其建模技術(shù)的應(yīng)用，以期為患者手術(shù)治療的開展提供一定的指導(dǎo)，現(xiàn)報道如下。

1.資料與方法

1.1 臨床資料

選擇2019年10月～2022年8月本院收治的復(fù)雜頸椎管內(nèi)外溝通性腫瘤手術(shù)患者共計40例為研究對象。其中，男性患者23例，女性患者17例，年齡18～70歲，平均（44.15±5.58）歲；臨床表現(xiàn)：頸部疼痛37例、肢體麻木疼痛35例、肢體無力15例和括約肌功能障礙4例。復(fù)雜頸椎管內(nèi)外溝通性腫瘤定義：①腫瘤長徑超過4cm；②破壞脊柱骨質(zhì)；③包裹或擠壓椎動脈。

1.2 方法

多模態(tài)影像融合聯(lián)合多介質(zhì)3D打印：所有受試者均于術(shù)前接受MRI、CT薄層CT及CTA檢查。將MRI、CT薄層掃描、CTA等圖像數(shù)據(jù)以DICOM格式輸出，并將其輸入3D Slicer（版本4.10.2）；該算法利用腫瘤信號、骨骼信號和血管信號的不同對目標區(qū)域進行分割，并對其進行分類。在CT圖像基礎(chǔ)上利用CTA圖像進行椎動脈、頸內(nèi)動脈、頸內(nèi)靜脈等大血管的重建，并結(jié)合CT和MRI圖像進行了三維立體建模。利用軟件進行自動分割和人工調(diào)節(jié)，消除多余的數(shù)據(jù)，剔除不相關(guān)的組織，對三維虛擬模型進行優(yōu)化。在CT的基礎(chǔ)上利用人工智能技術(shù)將腫瘤、血管、脊柱等組織進行融合，在相同的坐標系下，獲得不同的組織在相同的坐標系下的三維可視化虛擬模型，能夠更加清晰地呈現(xiàn)出骨骼與血管之間的聯(lián)系。其次，將3D打印技術(shù)中的數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)進行錄入，將立體光固化成型技術(shù)使之形成一個與實物尺寸完全匹配的實體模型[3]。對于需要進行內(nèi)固定的患者可以在同一時間將最優(yōu)的釘?shù)涝O(shè)計出來，以提升建模的整體效果。

手術(shù)流程：綜合患者腫瘤的實際情況設(shè)計出相應(yīng)的手術(shù)方案用于術(shù)中的指導(dǎo)。常規(guī)外科手術(shù)前，根據(jù)以下準則選擇對應(yīng)的個手術(shù)方案：①椎間孔外側(cè)直徑＜2cm的腫瘤，采用單純的后路切除；②采用前后聯(lián)合進路行椎間孔外徑＞2cm的腫瘤；③對未經(jīng)穿透椎間孔內(nèi)壁的腫瘤行單純的前路或側(cè)向手術(shù)[3]。對于符合下列條件之一的患者，應(yīng)行一期內(nèi)固定：①側(cè)塊關(guān)節(jié)徹底破壞；②1/2以上的椎骨破壞；③側(cè)塊聯(lián)合椎體骨質(zhì)破壞的比例為1/3～1/2。

2.結(jié)果

2.1 多模態(tài)影像融合聯(lián)合多介質(zhì)3D打印的手術(shù)效果

本組患者在實施手術(shù)之前均進行了針對性的頸椎MRI、CT薄層掃描和CTA檢查，在此基礎(chǔ)上應(yīng)用多模態(tài)影像融合聯(lián)合多介質(zhì)3D打印模型構(gòu)建，相較于傳統(tǒng)的二維模型構(gòu)建具備更高的清晰度，能夠直觀性地呈現(xiàn)出其內(nèi)部解剖的相關(guān)信息等，詳見圖1。多模態(tài)影像融合聯(lián)合多介質(zhì)3D打印的手術(shù)中所有的患者均存在側(cè)塊及椎弓根的破壞情況，其中，合并有脊柱骨折10例，脊柱骨折大于脊柱骨折的1/2者4例；其中，包繞了椎動脈者12例，受壓于椎動脈14例，明顯受壓于頸動脈6例。所有患者均采用聯(lián)合印刷模式，20例為單純后路，16例為前后路，2例為單純前路，2例為單純側(cè)路。結(jié)果：所有病例腫瘤在內(nèi)鏡下全部切除；其中27例為神經(jīng)鞘瘤，5例為神經(jīng)纖維瘤，1例為單發(fā)纖維瘤，1例為血管淋巴管瘤，詳見圖2。

圖1.頸6-7 椎管內(nèi)外溝通性腫瘤患者的多模態(tài)影像融合及3D 打印[注：1a.術(shù)前骨窗位置頸部CT 薄層檢查顯示：5 號椎體已破壞，左側(cè)椎弓根已消失；1b.CT 未見增強；1c.橫斷面；1d.矢狀斷面；1e.MRI 在冠狀面上病灶有顯著的強化；1f.血管和骨圖像的融合和重構(gòu)；1g.三維打?。?h～1j.多介質(zhì) 3D 打印模型顯示腫瘤及頸椎和動靜脈血管( 黃色—腫瘤，白色—骨質(zhì)，紅色—動脈，藍色—靜脈)]

圖2.頸4-6 椎管內(nèi)外溝通性腫瘤全切及聯(lián)合內(nèi)固定患者的多模態(tài)影像融合及3D 打?。ㄗⅲ?a.術(shù)前頸椎CT 薄層掃描骨窗位示頸5 椎體破壞、左側(cè)椎弓根缺失；2b.CT 增強掃描示腫瘤無強化；2c.軸位；2d.矢狀位；2e.冠狀位，MRI 增強掃描示腫瘤明顯強化；2f.血管與骨質(zhì)影像融合重建；2g.3D 打印模型；2h～2j.術(shù)后MRI 增強掃描示腫瘤全切；2k.術(shù)后X 射線片示，前方5 椎體次全切植骨融合內(nèi)固定聯(lián)合單側(cè)后方側(cè)塊釘棒內(nèi)固定）

2.2 復(fù)雜頸椎管內(nèi)外溝通性腫瘤手術(shù)療效

手術(shù)結(jié)束之后，患者的手術(shù)療效如下：頸部疼痛改善患者為35例（35/40，87.5%），肢體麻木疼痛改善患者為31例（31/40，77.5%），肢體無力改善患者為22例（22/40，55.0%），括約肌功能障礙改善患者為39例（39/40，97.5%）。5例患者出現(xiàn)術(shù)后并發(fā)癥，但未影響到正常生活，手術(shù)結(jié)束之后未發(fā)生癱瘓患者。9例行一期內(nèi)固定的患者共植入螺釘27枚，未發(fā)生并發(fā)癥情況?；颊呤中g(shù)后對40例進行術(shù)后隨訪，隨訪時間為6～12個月，平均（9.25±3.15）個月，隨訪過程中并未發(fā)現(xiàn)有明顯的腫瘤復(fù)發(fā)情況，植入螺釘整體穩(wěn)固性較好。

2.3 人體感覺功能、肌力恢復(fù)情況

所有患者術(shù)后干預(yù)措施實施后，人體感覺功能、肌力恢復(fù)情況較好，其中優(yōu)良為87.5%（35/40），中差為12.5%（5/40）。

3.討論

椎管內(nèi)外溝通性腫瘤較少見，多在腫瘤壓迫脊髓，產(chǎn)生肢體疼痛、麻木等癥狀時發(fā)現(xiàn)。復(fù)雜頸椎管內(nèi)外溝通性腫瘤手術(shù)主要發(fā)生于頸段椎管，國外某學(xué)者報告其占脊髓腫瘤的17.5%[4]。影像學(xué)上主要表現(xiàn)為腫瘤通過椎間孔在椎管內(nèi)外生長，呈啞鈴狀，該處椎間孔擴大。同時，該疾病在早期并無明顯的臨床特征，在實際診斷時存在一定的難度。這類腫瘤血供極其豐富，手術(shù)切除比較復(fù)雜、難度較大，稍有不慎就會造成脊髓損傷，且腫瘤形態(tài)不規(guī)則，胸腔內(nèi)部分腫瘤較大，術(shù)區(qū)解剖結(jié)構(gòu)紊亂，如不及時地給予針對性的治療則會影響到患者的生命安全。手術(shù)是治療該腫瘤的一種常見方式，腫瘤與椎動脈、椎弓根、頸神經(jīng)根近端都有很大的聯(lián)系[5]。在對患者實施手術(shù)之前需要綜合其實際情況制定出針對性的手術(shù)方案，經(jīng)全面評估后選擇適宜的治療方案。在手術(shù)之前，明確不同類型的頸動脈和頸部血管連接的關(guān)系可以更好地保障頸動脈和神經(jīng)的一期切除，保護和修復(fù)脊髓的穩(wěn)定性。在臨床上，通過進行腰椎穿刺腦脊液的檢查，可以根據(jù)椎管的通暢情況來大概判斷是否存在腫瘤，也可以通過檢測蛋白和細胞的數(shù)量來確定是否存在腫瘤。CT是一種可以明確的定位的方法，尤其是對于脊椎的破壞性病變，如果有必要的話還可以進行增強掃描，或者是進行脊柱的三維重建。MRI是最安全、最便捷的檢查方法，可以精確地反映出椎管腫瘤的位置、與脊髓和硬脊膜的聯(lián)系、與周圍的蛛網(wǎng)膜下腔、硬脊膜外腔和骨質(zhì)的改變，并可以根據(jù)病變的性質(zhì)作出初步的診斷。CTA能夠清晰地顯示出血管的影像特征，但對于腫瘤等軟組織的顯示存在一定的不足[6]。因此，當前臨床針對復(fù)雜頸椎管內(nèi)外溝通性腫瘤患者的診斷需要通過空間模擬的形式進行擬合，將不同的診斷方式有效結(jié)合構(gòu)建出腫瘤周圍組織解剖結(jié)構(gòu)的內(nèi)部構(gòu)造。當前，我國影像學(xué)技術(shù)發(fā)展的速度不斷加快，在進行病例診斷的過程中重視應(yīng)用三維建模技術(shù)對于精準評估腫瘤組織結(jié)構(gòu)關(guān)系有著重要的意義。

3D打印技術(shù)能夠直接利用三維適形放療的優(yōu)勢，精確把控照射劑量。有研究結(jié)果顯示，將3D打印技術(shù)應(yīng)用于腫瘤的診斷和治療當中對于提升治療效果、減少術(shù)后并發(fā)癥具有較好的應(yīng)用價值。Kawaguch等[7]利用3D打印技術(shù)建立外科導(dǎo)航模型研制出一種新型的椎弓根螺釘和Magerl螺釘?shù)娜S成像，并獲得了良好的療效。利用CT或MRI對多幅圖像進行匹配，可以實現(xiàn)基于不同成像原理的多幅圖像的匹配與重疊，從而實現(xiàn)對多幅圖像的精確、快捷辨別處理。將多種模態(tài)圖像的優(yōu)點結(jié)合起來克服單個圖像模型的局限，得到更加精確、全面、嚴謹、更細致的圖像信息。田曉玲等[8]應(yīng)用3D打印輔助微創(chuàng)治療高血壓腦出血手術(shù)患者，得出的結(jié)論提示，3D打印導(dǎo)板輔助治療高血壓腦出血可精準穿刺血腫部位，降低治療費用。還有的研究結(jié)果表明，將3D打印技術(shù)應(yīng)用于頸椎外科手術(shù)治療當中，不僅能夠提升整體手術(shù)的效果，同時還能減少患者的手術(shù)時間、住院時間以及并發(fā)癥的發(fā)生率，對于提升整體手術(shù)效率具有較好的作用。本研究選擇本院收治的患者為研究對象分析其建模成效的效果，得出的結(jié)論顯示患者術(shù)后恢復(fù)情況較好，對椎動脈與脊髓的損傷程度較低，且可有效降低并發(fā)癥的發(fā)生率。分析原因是多模式數(shù)字和實體模型能直觀地反映出骨、血管等之間的關(guān)聯(lián)，并能揭示出傳統(tǒng)的二維圖像無法識別的某些隱藏信息。如果能了解椎管在腫瘤內(nèi)的活動情況，就能在手術(shù)中進行預(yù)防和預(yù)防，從而達到較好的手術(shù)治療效果[9]。其次，3D打印模式可以為腫瘤手術(shù)提供良好的指導(dǎo)，便于在術(shù)中實時參照椎管的走向，防止意外傷害，同時也可以規(guī)劃各種不同的切除途徑，以降低對重要骨的損傷，防止脊柱不穩(wěn)定。對于患者需要進行脊柱內(nèi)固定的情況，不但可以提供一個直觀的參照，而且可以通過導(dǎo)板定位入針位置和方向來引導(dǎo)，可以降低術(shù)后發(fā)生癱瘓情況，減少術(shù)中的風(fēng)險。因此，將聯(lián)合打印方式應(yīng)用于腫瘤手術(shù)具有較好的實踐效果。手術(shù)開始之前需要綜合患者的實際情況制定出針對性的手術(shù)方案，借助聯(lián)合成像的優(yōu)勢呈現(xiàn)出不同骨間的關(guān)系，提高手術(shù)效果。

綜上所述，多模態(tài)影像融合聯(lián)合多介質(zhì)3D打印技術(shù)可直觀性地顯示復(fù)雜頸椎管內(nèi)外溝通性腫瘤中血管、骨質(zhì)以及瘤體之間的關(guān)聯(lián)，提升對神經(jīng)血管和脊柱穩(wěn)定性的保護，降低術(shù)后并發(fā)癥。