3D-Slicer重建CTA在顱內(nèi)動(dòng)脈瘤夾閉術(shù)后隨訪中的應(yīng)用

蘇 慧 黃舒心 吳 玥 姬 將 文萌萌 薛曉娟 肖新廣,*

1.鄭州大學(xué)附屬鄭州市中心醫(yī)院放射科 (河南 鄭州 450001)

2.新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院三全學(xué)院 (河南 新鄉(xiāng) 453000)

開顱夾閉術(shù)是動(dòng)脈瘤治療的主要方法之一，術(shù)后死亡率、復(fù)發(fā)率高，術(shù)后及時(shí)隨訪至關(guān)重要[1]。目前已經(jīng)有大量的研究表明CT血管造影在動(dòng)脈瘤夾閉術(shù)后評(píng)估中具有無創(chuàng)、安全、高效等優(yōu)勢(shì)，隨著醫(yī)學(xué)新設(shè)備及新計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，CTA結(jié)合其多種后處理技術(shù)可以作為術(shù)后復(fù)查的首選方法[2]。瘤體夾閉不全、遠(yuǎn)端閉塞、瘤夾脫落、術(shù)后出血以及梗死等均是開顱夾閉術(shù)后的常見并發(fā)癥，CTA在動(dòng)脈瘤夾閉術(shù)后評(píng)估方面具有出色的應(yīng)用價(jià)值[3]。與以往不同的是，本研究將使用第三方3D-Slicer軟件在個(gè)人電腦機(jī)上進(jìn)行個(gè)體化的圖像后處理，從臨床醫(yī)師的角度對(duì)動(dòng)脈瘤進(jìn)行重建、評(píng)估，擺脫過度依賴放射科醫(yī)師“做圖、看圖”的局限性，提高影像資料的臨床使用價(jià)值?？紤]到基于該第三方軟件重建的CTA真實(shí)性、可靠性是不可忽視的重要問題，本研究以此為出發(fā)點(diǎn)通過與放射科所使用的傳統(tǒng)工作站定性、定量對(duì)比來評(píng)價(jià)其臨床應(yīng)用價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 一般資料納入2020年6月至2022年6月因急性蛛網(wǎng)膜下腔出血高度懷疑動(dòng)脈瘤破裂就診于鄭州大學(xué)附屬鄭州市中心醫(yī)院神經(jīng)外科經(jīng)DSA確診后且行開顱夾閉術(shù)的患者為研究對(duì)象，回顧性收集患者術(shù)后2周左右CTA復(fù)查影像資料。排除無法完成CTA檢查、檢查后圖像質(zhì)量欠佳無法評(píng)估患者之后，共收集符合標(biāo)準(zhǔn)患者共57例。男性31例，女性26例；年齡29～55歲，平均年齡54.9歲；Hunt-Hess分級(jí)Ⅰ級(jí)12例，Ⅱ級(jí)27例，Ⅲ級(jí)17例，Ⅳ級(jí)1例。合并急性期血腫形成8例，行動(dòng)脈瘤夾閉+血腫清除術(shù)6例。

1.2 影像資料獲取與后處理圖像的獲取采用西門子雙源64排(SOMATOM Definition Flash)設(shè)備采集患者CTA圖像。經(jīng)高壓注射器從右肘前靜脈注射非離子型對(duì)比劑碘佛醇60-70mL(370mgI/mL)和0.9%氯化鈉溶液50mL，注射速率4.0～5.0mL/s，延遲15-20s后從顱底向顱頂開始掃描。手術(shù)后CTA原始數(shù)據(jù)拷貝至Slicer軟件的個(gè)人電腦端之后，結(jié)合結(jié)合MPR、MIP以及VR板塊重建CTA進(jìn)行觀察，并且在三維視窗下測(cè)量夾閉后責(zé)任動(dòng)脈輸出端管徑(如圖2)。按照同樣的方法在放射科后處理工作站(本研究使用西門子Syngo.Via工作站來處理)完成以上判閱和測(cè)量。所有最終結(jié)果均由神經(jīng)外科和放射科醫(yī)師各一名盲發(fā)獨(dú)立分析判閱之后，且所測(cè)管徑大小取二次測(cè)量的平均值，若兩次測(cè)量結(jié)果相差較大時(shí)，則重新測(cè)量。

1.3 觀察指標(biāo)及評(píng)判方法CTA的判閱內(nèi)容包括：(1)圖像質(zhì)量分析，評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)為若兩名醫(yī)師均認(rèn)為圖像可用于術(shù)后評(píng)估則為“合格”，若至多有一位醫(yī)師認(rèn)為圖像可用于評(píng)估則為“不合格”。(2)動(dòng)脈瘤夾閉完全與否、動(dòng)脈瘤有/無新生或者復(fù)發(fā)、載瘤動(dòng)脈的是否通暢以及術(shù)后腦實(shí)質(zhì)并發(fā)癥(出血、梗死)。(3)夾閉動(dòng)脈管腔直徑。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析責(zé)任動(dòng)脈管徑計(jì)量資料使用(±s)表示，將基于3D-Slicer重建后三維視圖下所測(cè)載瘤動(dòng)脈管徑與放射科工作站所測(cè)結(jié)果行兩配對(duì)樣本T檢驗(yàn)進(jìn)行差異性分析，借助使用SPSS軟件完成統(tǒng)計(jì)分析，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；兩種方法所測(cè)結(jié)果使用Medcalc 18.5.0采用Βland-Altman法進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

2 結(jié) 果

57例患者中確診69個(gè)動(dòng)脈瘤，其中多發(fā)動(dòng)脈瘤7例(3例2個(gè)、3例3個(gè)、1例4個(gè))。動(dòng)脈瘤夾閉63個(gè)。術(shù)后CTA示圖像質(zhì)量合格52例，不合格5例，隨后該5例患者另行DSA復(fù)查。具體數(shù)據(jù)見表1。52例CTA圖像合格患者中2例患者夾閉不全其中1例再次手術(shù)；2例患者夾閉后各新生動(dòng)脈瘤1個(gè)；所有患者術(shù)后動(dòng)脈瘤通暢，9例患者夾閉后顱內(nèi)動(dòng)脈廣泛痙攣，造影劑淺淡。術(shù)后合并腦出血3例，腦積水5例，腦梗死1例。以上結(jié)果與放射科工作站觀察結(jié)果一致。

表1 動(dòng)脈瘤分布情況及術(shù)后CTA兩個(gè)方法重建圖像質(zhì)量(例數(shù))

兩種后處理方法所測(cè)載瘤動(dòng)脈出口管徑分別為：2.41±0.575mm(Slicer)、2.47±0.72mm(工作站)，二者無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異t=-0.583，P=0.56。Βland-Altman分析結(jié)果顯示：Slicer與放射科工作站所測(cè)載瘤動(dòng)脈管徑平均誤差-0.063mm，有6.3%(4/63)的點(diǎn)在95%可信區(qū)間外，其95%誤差范圍(-0.108mm～0.018mm)，如圖1。

圖1 兩種方法所測(cè)管徑對(duì)比

圖2A-圖2D 右側(cè)大腦中動(dòng)脈分叉處動(dòng)脈瘤夾閉術(shù)后CT復(fù)查；圖2A 放射科工作站處理VR；圖2B 3D-Slicer處理VR；圖2C 3D-Slicer處理MIP，更細(xì)致顯示瘤夾形態(tài) (黃箭頭)；圖2D 3D-Slicer處理MPR：瘤夾上方腦實(shí)質(zhì)新發(fā)缺血性改變。圖3A-圖3D 大腦前交通動(dòng)脈瘤1例；圖3A 術(shù)前3D-DSA診斷；圖3B 3D-Slicer處理CTA術(shù)前診斷(黃色箭頭)，骨窗設(shè)計(jì)；圖3C 開顱夾閉動(dòng)脈瘤；圖3D 術(shù)后復(fù)查CTA，VR顯示瘤體夾閉不全。

3 討 論

顱內(nèi)動(dòng)脈瘤全球危害人類健康的最重大疾病之一，全球的發(fā)病率約人口的1-5%[4]，顱內(nèi)動(dòng)脈瘤一旦破裂若不及時(shí)的治療導(dǎo)致不可逆腦損傷甚至死亡。顱內(nèi)動(dòng)脈瘤的治療有兩種方法：血管內(nèi)治療和外科治療。迄今為止，兩種方法的選擇一直以來都是爭(zhēng)論不休的問題。大多數(shù)動(dòng)脈瘤首先選擇血管內(nèi)治療，只有當(dāng)介入治療風(fēng)險(xiǎn)較大或者考慮患者經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)較重時(shí)，開顱夾閉才成為主要治療方法[5-6]。顱內(nèi)動(dòng)脈瘤瘤體和瘤頸的最大限度的閉塞阻斷瘤體血供是手術(shù)治療的主要目的。相比于介入栓塞，開顱夾閉術(shù)能更徹底解決破裂再出血的問題，且手術(shù)成功率高，復(fù)發(fā)率低，有研究表明每年夾閉術(shù)后復(fù)發(fā)率僅約0.02%-0.52%[7-8]。動(dòng)脈瘤夾閉術(shù)后再次破裂出血或瘤夾異常所導(dǎo)致的病情危急，治療難度大，死亡率高[9]，所以進(jìn)行定期的影像學(xué)隨訪以確認(rèn)手術(shù)效果非常有必要[10]。研究表明[1,11]CTA在動(dòng)脈瘤夾閉術(shù)后評(píng)估及并發(fā)癥診斷方面有較大優(yōu)勢(shì)，可作為術(shù)后隨訪的首選方法。

臨床工作中，神經(jīng)專科醫(yī)師在病房中通過PACS終端查看由放射科醫(yī)師經(jīng)放射后處理工作站處理后的術(shù)后CTA圖像。神經(jīng)專科醫(yī)師和放射科醫(yī)師就顱內(nèi)動(dòng)脈瘤的診療存在不對(duì)稱性，放射科醫(yī)師更注重疾病診斷，對(duì)于術(shù)后影像評(píng)判顯得經(jīng)驗(yàn)不足，且夾閉術(shù)后新發(fā)小動(dòng)脈瘤可能會(huì)因放射醫(yī)師后處理圖像不當(dāng)造成信息丟失進(jìn)而造成漏診或誤診情況常有發(fā)生。所以從神經(jīng)外科診治醫(yī)師角度來看即便是標(biāo)準(zhǔn)化后處理CTA，因?qū)I(yè)分工不同也難免造成個(gè)體化信息的丟失。此外放射科CTA后處理的操作者多數(shù)是經(jīng)驗(yàn)淺淡的年輕醫(yī)師，這些年輕醫(yī)師經(jīng)過影像專業(yè)培訓(xùn)后按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)來處理CTA，處理后圖像不能很好的迎合神經(jīng)?？漆t(yī)師的需求，因此致使影像資料不能更好的滿足臨床需求。3D-Slicer是一款開源、免費(fèi)和可擴(kuò)展的醫(yī)學(xué)圖像處理和可視化的醫(yī)學(xué)圖像處理和分析應(yīng)用平臺(tái)[12]，其具有廣泛的功能、擴(kuò)展性好、平臺(tái)獨(dú)立和無限制的軟件許可等，這些特征正是其他同3D-Slicer功能相似的商業(yè)和開源軟件工具或工作站不具備的。近些年來醫(yī)工結(jié)合越來越緊密，臨床中出現(xiàn)很多可以輔助診療的硬件或軟件，如顱內(nèi)基于iPhone端虛擬-增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)投影下血腫輔助清除術(shù)、多模態(tài)設(shè)備精準(zhǔn)顱內(nèi)腫瘤定位以及3D-Slicer軟件輔助顱內(nèi)動(dòng)脈瘤切除等[13-15]。亦有研究者報(bào)道[16-17]基于3D-Slicer重建CTA在顱內(nèi)動(dòng)脈瘤診斷及大小的測(cè)量均有令人滿意的效果，但是目前還尚未見將該軟件應(yīng)用于動(dòng)脈瘤夾閉術(shù)后影像評(píng)估的相關(guān)報(bào)道。

本次研究所有動(dòng)脈夾均為鈦夾。本研究共有57例69個(gè)動(dòng)脈瘤，夾閉63個(gè)，術(shù)后5例CTA圖像欠佳，分析其原因發(fā)現(xiàn)其中1例因前交通和左側(cè)大腦中M1段各放置一枚動(dòng)脈夾，二者位置較近，金屬偽影較重；2例為頸內(nèi)動(dòng)脈床突段動(dòng)脈瘤，因?yàn)榱鰥A的位置與顱底骨鄰居，兩者間CT值差異較小使得重建后動(dòng)脈夾結(jié)構(gòu)顯示不清；1例因動(dòng)脈夾位置欠佳，動(dòng)脈夾水平方向產(chǎn)生線束硬化偽影遮擋局部載瘤動(dòng)脈。另外1例原因不詳，可能于瘤夾走向與掃描基線方向平行產(chǎn)生較大偽影有關(guān)[11]。本次研究中3D-CTA的重建我們使用“Volume Rendering-CTA”模塊直接進(jìn)行三維體積渲染得到VR圖，重建后的VR圖中偽影小，動(dòng)脈夾位置、瘤體殘余情況、以及載瘤動(dòng)脈通暢性清晰可見，還可以了解瘤夾的形態(tài)、張開度；同樣3D-Slicer也能夠?qū)崿F(xiàn)剪影CTA，但是我們發(fā)現(xiàn)結(jié)合使用“Subtract Scalar Volumes”模塊進(jìn)行剪影處理時(shí)局部瘤夾及鄰居顱底骨的血管常一并減去使得剪影后圖像不完整，相比工作站會(huì)出現(xiàn)更多的多減、誤減區(qū)域，這也是與商業(yè)工作站相比美中不足之處。MIP重建使用“Volume Rendering-MIP”模塊并配合閾值條、對(duì)比度和透明度調(diào)節(jié)完成，MIP對(duì)于觀察瘤夾的具體形態(tài)及張開度比VR更為出色，但是無法進(jìn)行任意角度旋轉(zhuǎn)。MPR是利用交叉三平面對(duì)原始圖像觀察，對(duì)于載瘤動(dòng)脈的通暢性更有精準(zhǔn)，往往作為VR和MIP顯影欠佳時(shí)的備選。本次研究研發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)工作站和3D-Slicer對(duì)于CTA后處理成像效果近乎等效，但是商業(yè)的工作站操作更加方便、省時(shí)、高效。夾閉術(shù)后的血管形態(tài)及血流動(dòng)力的改變，被認(rèn)為是預(yù)測(cè)瘤體復(fù)發(fā)、血管痙攣性灌注異常等重要因素[13,18-20]，本次研究選取載瘤動(dòng)脈距離瘤夾相同的距離(2.0cm)出口處測(cè)量管徑大小，結(jié)果證實(shí)基于Slicer重建3D-CTA對(duì)于管徑大小的呈現(xiàn)幾乎等同于傳統(tǒng)放射科工作站。另外我們也曾將Slicer重建3D-CTA用于輔助神外醫(yī)師制定多發(fā)動(dòng)脈術(shù)前規(guī)劃(如圖3)，尋求一次最佳入路力求多個(gè)目標(biāo)瘤體夾閉，不僅縮短了術(shù)程、減少術(shù)后并發(fā)癥，而且也加速了年輕神外醫(yī)師的培養(yǎng)進(jìn)程。另外不得不說是，3D-Slicer尚未得到國家食品藥品監(jiān)督管理總局(CFDA)認(rèn)證，影像處理算法以及臨床應(yīng)用轉(zhuǎn)化的可靠性還有待于多中心研究驗(yàn)證，目前僅可作為一種科研工具應(yīng)用于臨床工作[12]。

本研究局限性：(1)本研究為回顧性研究，納入的患者更多是位于前循環(huán)動(dòng)脈瘤，難免會(huì)造成選擇偏倚；(2)載瘤動(dòng)脈管徑的測(cè)量在不同測(cè)量者間或同一測(cè)量不同次測(cè)量間都會(huì)存在隨機(jī)測(cè)量誤差；(3)本研究為單中心、小樣本量研究，統(tǒng)計(jì)力度不夠，仍需要大樣本量及多中心的研究進(jìn)一步提高說服力。但有意義是它給我們提供一種額外可供選擇的CTA后處理方法，幫助臨床醫(yī)師完成動(dòng)脈瘤夾閉術(shù)后CTA隨訪擺脫對(duì)于放射科醫(yī)師的過度依賴，讓影像資料能更好的服務(wù)于臨床。筆者及其他臨床應(yīng)用者在實(shí)際工作中的使用體會(huì)：(1)首診病例使用放射科影像后處理方式，待手術(shù)或者往期復(fù)查病例使用3D-Slicer重建不失為一種更好的選擇；(2)對(duì)于放射科回報(bào)為動(dòng)脈瘤陰性且臨床高度懷疑的病例，臨床醫(yī)師可使用3D-Slicer軟件重建CTA進(jìn)行二次復(fù)診用以排除放射科診斷醫(yī)師因主觀因素造成的誤診；若發(fā)現(xiàn)有動(dòng)脈瘤即可當(dāng)場(chǎng)模擬制定手術(shù)計(jì)劃，提高了工作效率；(3)使用該“移動(dòng)影像工作站”可在病房為不具有閱片能力患者及家屬提供直觀視覺體驗(yàn)，從而減少溝通時(shí)間、改善醫(yī)患矛盾；(4)影像數(shù)據(jù)的可視化方便了醫(yī)生之間的交流，幫助高年資醫(yī)師教學(xué)指導(dǎo)實(shí)現(xiàn)抽象到具體的轉(zhuǎn)變，同時(shí)也加速了青年醫(yī)師的成長速度、激發(fā)探索疾病新診治方法的興趣。

本次研究發(fā)現(xiàn)CTA對(duì)于顱內(nèi)動(dòng)脈瘤夾閉術(shù)后隨訪具有較大價(jià)值，3D-Slicer軟件可以完成多種后處理操作，且效果令人滿意，可以視為一種有效的臨床影像圖像后處理工具協(xié)助醫(yī)師完成動(dòng)脈瘤夾閉患者術(shù)后病情隨訪評(píng)估。當(dāng)今正處于數(shù)字醫(yī)學(xué)蓬勃發(fā)展，在傳統(tǒng)醫(yī)療模式的變革時(shí)代，新時(shí)代背景提出“數(shù)字醫(yī)療、精準(zhǔn)醫(yī)療”的診療理念，Slicer的臨床應(yīng)用可更為充分的利用個(gè)體影像資料便于個(gè)體化的診療，這也是踐行新理念的重要舉措。