多模態(tài)全息影像技術(shù)輔助中央?yún)^(qū)腦膜瘤手術(shù)切除的應(yīng)用價值

楊吉鵬 王同聚 盧圣奎 宋燕飛 劉洪亮 孫曉楓 霍浩然 楊悅 郭麗斯 李琛

腦膜瘤是顱內(nèi)最常見的良性腫瘤之一,手術(shù)切除是其最主要治療方式[1]。中央?yún)^(qū)腦膜瘤由于鄰近重要功能區(qū),手術(shù)難度及風(fēng)險較高,如何減輕患者術(shù)后的肢體功能障礙是神經(jīng)外科醫(yī)生探索的重點之一[2]。隨著影像學(xué)及電子數(shù)字技術(shù)的發(fā)展,利用各種軟件基于多模影像數(shù)據(jù)的三維重建技術(shù)已逐步應(yīng)用于臨床,如3DSlicer軟件,已被廣泛用于神經(jīng)外科的手術(shù)治療中[3-5]。本研究利用3DSlicer、Matlab、Dsi Studio三種軟件重建13例中央?yún)^(qū)腦膜瘤患者的全息影像并進(jìn)行術(shù)前評估,輔助腫瘤的手術(shù)切除,報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2021年6月至2022年10月河北醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院收治的13例中央?yún)^(qū)腦膜瘤患者作為觀察組,患者均為首次入院治療,其中男4例,女9例;平均年齡(47.3±8.4)歲。根據(jù)術(shù)前核磁共振等影像學(xué)特征診斷,鐮旁腦膜瘤2例,鐮旁竇旁腦膜瘤6例,中央?yún)^(qū)凸面腦膜瘤5例,13例中3例患者存在不同程度的瘤周腦組織水腫;臨床表現(xiàn):輕度頭痛4例,一側(cè)下肢力弱1例,一側(cè)下肢偶有麻木1例,無癥狀7例;查體:肌力正常12例,一側(cè)下肢肌力Ⅳ級1例,跟膝脛試驗一側(cè)略差1例;既往病史:高血壓1例,糖尿病1例。上述患者術(shù)前均行顱腦CT平掃、3D-T1WI加權(quán)成像(3D-T1WI)、彌散張量成像(DTI)等磁共振成像等影像學(xué)檢查。選取2019年6月至2021年5月未應(yīng)用全息影像技術(shù)輔助的中央?yún)^(qū)腦膜瘤患者15例作為對照組,其中男4例,女11例;平均年齡(48.6±6.5)歲;其中鐮旁腦膜瘤2例,鐮旁竇旁腦膜瘤8例,中央?yún)^(qū)凸面腦膜瘤5例;臨床表現(xiàn):不同程度頭痛5例,一側(cè)下肢力弱2例,無癥狀8例;查體:四肢肌力正常13例,一側(cè)下肢肌力Ⅳ級2例,一側(cè)跟膝脛試驗略差2例。2組一般資料比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。見表1。

表1 2組患者一般臨床特征 例

1.2 影像學(xué)檢查 患者術(shù)前常規(guī)應(yīng)用3.0T磁共振儀(美國GE公司)進(jìn)行3D-T1加權(quán)成像(3D-T1WI)、T1增強(qiáng)、三維相位對比靜脈血管成像(three dimensional phase contrast magnetic resonance venography, 3D-PC-MRV)、彌散張量成像序列檢查及顱腦三維CT平掃。

1.2.1 3D-T1WI序列:軸位掃描,TR為8.1 ms,TE為3.7 ms,層厚為1 mm,間距為0,FOV為231 mm×231 mm,矩陣為240 ×240。

1.2.2 DTI:軸位掃描,彌散梯度方向64個,TR為5 600 ms,TE為79.3 ms, FOV為240 mm × 240 mm,擴(kuò)散加權(quán)系數(shù)b值為 1 000 mm2/s,矩陣為256×256,層厚 1.8 mm,層間距 0 mm,48通道線圈,激發(fā)次數(shù)2次。

1.2.3 CT掃描參數(shù):層厚為1 mm,層間距0.8 mm,FOV為231 mm×231 mm,矩陣為240 ×240,管電壓為140 kV ,管電流為350 mA。所有影像學(xué)數(shù)據(jù)均以DICOM格式收集。

1.3 影像數(shù)據(jù)后處理 將上述影像原始數(shù)據(jù)(DICOM格式)導(dǎo)入3DSlicer軟件,利用General Registration(Elastix)模塊以3D-T1WI作為基準(zhǔn)序列,將其他磁共振序列及CT數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn),利用Segment Editor模塊建立顱骨、腫瘤、靜脈竇的3D模型影像。將3D-T1WI數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為Nifti格式后利用Matlab軟件中的Spm12插件中的Cat12工具包去除頭皮和顱骨后得到只有腦組織的Nifti文件。將此文件導(dǎo)入3DSlicer軟件并在Segment Editor模塊重建大腦的三維影像。在3DSlicer軟件上同時打開之前完成的全部模型影像,即可全息呈現(xiàn)患者顱骨、頭皮、腫瘤、大腦皮層、上引流靜脈、上矢狀竇等解剖結(jié)構(gòu)。將DTI數(shù)據(jù)以DICOM的格式轉(zhuǎn)換成Nifti格式,利用Dsi Studio軟件按照步驟重建雙側(cè)椎體束,利用Slice選項導(dǎo)入Nifti格式的3D-T1WI序列,配準(zhǔn)后去除頭皮顱骨并呈現(xiàn)大腦皮層與錐體束的三維影像。見圖1。

1.4 手術(shù)方法

1.4.1 制定手術(shù)計劃:術(shù)者根據(jù)包含腫瘤、大腦皮層、上引流靜脈、上矢狀竇和錐體束等解剖結(jié)構(gòu)的三維全息影像制定個體化的手術(shù)方案,包括手術(shù)入路的選擇、頭皮切口的設(shè)計、腫瘤切除的策略、上引流靜脈的保護(hù)措施、上矢狀竇的處理等。

1.4.2 手術(shù)過程:根據(jù)三維全息影像協(xié)助腫瘤的頭皮體表定位,選擇適合的入路方式、頭皮切口及手術(shù)體位,根據(jù)術(shù)前制定的手術(shù)方案顯微鏡下切除腫瘤,同時保護(hù)中央?yún)^(qū)的大腦皮層與上引流靜脈。

1.5 術(shù)后檢查及隨訪 術(shù)后6 h及術(shù)后第3天復(fù)查顱腦CT,明確顱內(nèi)術(shù)區(qū)情況。觀察并記錄患者術(shù)后的肌力、共濟(jì)等神經(jīng)功能及術(shù)后并發(fā)癥。對術(shù)后新出現(xiàn)肌力下降患者出院后進(jìn)行隨訪。

2 結(jié)果

2.1 全息模型影像的重建結(jié)果 13例均成功重建,腫瘤最長徑22～51 mm,平均(33.6±11.4)mm,腫瘤主體位于中央溝前方6例,腫瘤主體位于中央溝后方3例,腫瘤位于中央溝正上方2例,腫瘤位于旁中央小葉下方2例;較粗大的上引流靜脈在腫瘤前部2例,上引流靜脈在腫瘤后部3例,腫瘤前后各有1根引流靜脈3例,引流靜脈走行于腫瘤下方或深部3例,腫瘤后上方存在引流靜脈1例,引流靜脈走行于腫瘤前上方1例;矢狀竇受壓局部變窄3例,無上矢狀竇閉塞的病例。根據(jù)全息影像情況,決定擬采用弧形切口小骨瓣3例,馬蹄形切口大骨瓣10例。證實13例患者術(shù)前重建結(jié)果均與術(shù)中實際情況相符。見圖2。

2.2 手術(shù)結(jié)果 觀察組患者按照術(shù)前計劃實施手術(shù),腫瘤定位準(zhǔn)確,手術(shù)術(shù)野顯露滿意,均順利完成腫瘤切除,其中SimpsonⅠ級切除8例,SimpsonⅡ級切除5例。對照組15例患者與觀察組13例患者的臨床特征無統(tǒng)計學(xué)差異。

2.3 2組患者術(shù)肢體肌力比較 觀察組患者術(shù)后1周肢體肌力正常11例(84.6%),其中術(shù)前一側(cè)下肢肌力Ⅳ級的患者術(shù)后1周肢體肌力已恢復(fù)正常,術(shù)后1周一側(cè)上肢肌力Ⅲ級1例,一側(cè)下肢肌力Ⅳ級1例,上述患者肌力下降均出現(xiàn)在術(shù)后第3天,出院后隨訪,此2例患者分別于術(shù)后第4周及第2～3周肌力恢復(fù)正常。對照組患者術(shù)后1周肢體肌力正常5例,對側(cè)下肢肌力Ⅳ級6例,對側(cè)上肢肌力Ⅲ級1例,對側(cè)下肢肌力Ⅲ級3例,出院后隨訪1年10例患者肌力均恢復(fù)正常,2組患者術(shù)后1周肌力差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。見表2。

表2 2組患者術(shù)后1周肌力比較 例(%)

2.4 2組患者術(shù)后腦水腫發(fā)生率比較 觀察組術(shù)后6 h復(fù)查顱腦CT,無術(shù)區(qū)出血及腦水腫病例,術(shù)后第3天術(shù)區(qū)腦組織輕度水腫1例(7.69%)。對照組術(shù)后6 h復(fù)查顱腦CT,無術(shù)區(qū)出血及腦水腫病例,術(shù)后1周內(nèi)復(fù)查CT發(fā)現(xiàn)7例(46.67%)患者出現(xiàn)不同程度腦水腫,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。見表3。

表3 2組患者術(shù)后腦水腫發(fā)生率比較 例(%)

2.5 2組患者術(shù)后住院時間比較 2組患者術(shù)后平均住院時間差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。見表4。

表4 2組患者術(shù)后住院時間比較 d,

2.6 2組患者術(shù)后共濟(jì)失調(diào)發(fā)生情況比較 觀察組術(shù)后1周存在不同程度的共濟(jì)失調(diào)3例(23.08%),對照組有不同程度的共濟(jì)失調(diào)6例(40.00%);2組共濟(jì)失調(diào)發(fā)生情況比較,差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。見表5。

表5 2組患者術(shù)后共濟(jì)失調(diào)比較 例(%)

2.7 2組患者術(shù)后皮下積液發(fā)生情況比較 2組術(shù)后1周發(fā)生皮下積液情況比較,差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。見表6。

表6 2組患者術(shù)后皮下積液比較 例(%)

2.8 2組患者術(shù)后1周癲癇發(fā)生率比較 2組術(shù)后1周癲癇發(fā)生率比較,差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。見表7。

表7 2組患者術(shù)后繼發(fā)癲癇比較 例(%)

3 討論

顯微外科手術(shù)切除是中央?yún)^(qū)腦膜瘤最主要的治療方式,術(shù)后肢體運動功能障礙目前仍是手術(shù)治療最主要的風(fēng)險[6-7]。研究表明,中央?yún)^(qū)腦膜瘤術(shù)后肢體功能障礙主要由術(shù)中運動中樞皮層的直接損傷及引流靜脈損傷所致的腦水腫或出血所引起[8]。因此,術(shù)中妥善保護(hù)中央運動區(qū)皮層及中央?yún)^(qū)引流靜脈(如中央溝靜脈)是手術(shù)成功的關(guān)鍵。術(shù)前對腫瘤與大腦運動區(qū)及其周圍引流靜脈位置關(guān)系的評估對手術(shù)方案的制定至關(guān)重要[9]。但以往術(shù)者僅依靠二維的磁共振或CT影像膠片無法精準(zhǔn)地預(yù)測腫瘤與周圍結(jié)構(gòu)的位置關(guān)系,尤其是腫瘤周圍引流靜脈和錐體束的走行。

隨著影像學(xué)技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,三維重建軟件已逐步被神經(jīng)外科醫(yī)生應(yīng)用于臨床工作中。其中3DSlicer軟件作為一個開源且功能強(qiáng)大的影像后處理軟件已被廣大神經(jīng)外科醫(yī)生學(xué)習(xí)并應(yīng)用,現(xiàn)已被用于聽神經(jīng)瘤切除、腦出血穿刺外引流與微血管減壓術(shù)等神經(jīng)外科手術(shù)的術(shù)前評估[10-12]。但3DSlicer軟件的功能也存在一些局限性,需與其他軟件聯(lián)合使用以重建出更高質(zhì)量的全息影像[13]。本課題組決定通過3DSlicer、Matlab等多種軟件克服了單一軟件的功能缺陷,充分發(fā)揮各軟件的優(yōu)勢成功建立大腦皮層、腫瘤、上矢狀竇、上吻合靜脈、顱骨、頭皮等結(jié)構(gòu)的全息影像,使術(shù)者在術(shù)前更直觀、更精準(zhǔn)地了解腫瘤與中央溝的位置關(guān)系、中央溝靜脈等上引流靜脈的走行、中央運動區(qū)移位后的位置等信息,為術(shù)者在選擇手術(shù)入路、體表定位腫瘤、設(shè)計切口及骨窗、選取與規(guī)劃硬腦膜剪開方式與范圍、制定腫瘤切除策略、初步制定功能區(qū)皮質(zhì)及重要引流靜脈的保護(hù)方法等提供重要的參考依據(jù)。

全息影像技術(shù)具有的優(yōu)勢:(1)在手術(shù)設(shè)計方面,根據(jù)腫瘤的大小與位置,選擇個體化的手術(shù)入路,設(shè)計適合的切口和骨瓣,有助于減少頭皮、顱骨等組織的創(chuàng)傷[14]。本研究中對13例患者均采用了個體化的最佳手術(shù)入路,順利顯露并切除腫瘤,3例患者通過精準(zhǔn)定位腫瘤實現(xiàn)弧形小切口完整切除腫瘤,手術(shù)創(chuàng)傷較以往明顯減少,術(shù)后恢復(fù)快且無皮下積液等不良反應(yīng)。(2)在術(shù)中指導(dǎo)開顱方面,特別是對于竇旁鐮旁腦膜瘤,術(shù)者可參考全息影像明確上矢狀竇相對矢狀縫的位置及走行,指導(dǎo)術(shù)者確定中線處鉆孔的位置與銑刀移動的路線,減少了骨瓣成形時上矢狀竇的損傷及骨窗的無效顯露。(3)在剪硬膜時,全息影像可幫助術(shù)者避免剪斷匯入硬膜或上矢狀竇的引流靜脈,有利于減少重要引流靜脈的損傷。本研究中8例鐮旁及竇鐮旁腦膜瘤患者均參考三維影像確定鉆孔位置,骨瓣成型及硬膜剪開后均順利實現(xiàn)理想的術(shù)野顯露,開顱過程中無上矢狀竇及引流靜脈損傷的病例。(4)在功能區(qū)皮層與引流靜脈保護(hù)方面,全息影像可呈現(xiàn)重要功能區(qū)皮層及引流靜脈相對于腫瘤的位置,提示術(shù)者在重點保護(hù)區(qū)域輕柔且謹(jǐn)慎操作,保證引流靜脈及功能區(qū)軟腦膜的完整。當(dāng)中央溝或中央前回受壓嚴(yán)重時,術(shù)者無法準(zhǔn)確地識別中央前回及確認(rèn)重點保護(hù)的運動區(qū)皮層,術(shù)者可參考錐體束的走行來輔助運動中樞皮層的識別與保護(hù)[15]。本研究中13例患者腫瘤與中央溝的相對位置關(guān)系與術(shù)前呈現(xiàn)的完全相符。本研究觀察組13例患者在術(shù)后1周雖然仍有一側(cè)下肢肌力Ⅳ級及一側(cè)上肢肌力Ⅲ級各1例,但肌力下降均出現(xiàn)在術(shù)后第3天,其中上肢肌力Ⅲ級的患者術(shù)后第3天復(fù)查CT提示術(shù)區(qū)出現(xiàn)輕度腦水腫,與對照組相比,觀察組患者術(shù)后1周肌力表現(xiàn)及腦水腫情況均明顯好于對照組。觀察組2例患者術(shù)后4周肌力均恢復(fù)正常,考慮術(shù)中運動功能區(qū)皮層均已得到有效保護(hù),可能由于術(shù)中功能區(qū)腦皮層被輕度騷擾或皮層血供術(shù)后發(fā)生變化導(dǎo)致在水腫高峰期出現(xiàn)術(shù)區(qū)腦水腫進(jìn)而影響運動功能,且功能恢復(fù)期也明顯短于對照組。此外,觀察組患者術(shù)后住院時間短于對照組,雖然住院時間受多種原因影響,但縮短術(shù)后住院時間也提示全息影像技術(shù)在減少手術(shù)副損傷方面的優(yōu)勢與作用。通過比較2組術(shù)后共濟(jì)失調(diào)及并發(fā)癥的發(fā)生率,未發(fā)現(xiàn)2組存在統(tǒng)計學(xué)差異,考慮與本研究的樣本量少有關(guān)。

經(jīng)驗總結(jié):(1)重建上矢狀竇與引流靜脈時,建議通過MRV聯(lián)合T1增強(qiáng)或?qū)Ρ仍鰪?qiáng)磁共振靜脈成像(CEMRV)一起重建,單純MRV多采用相位對比法,對血流變慢的血液呈現(xiàn)較差,有時出現(xiàn)MRV提示上矢狀竇血流中斷而實際竇內(nèi)仍存有部分血流的情況,而T1增強(qiáng)與CEMRV由于對比劑的流過因而假陰性率較低[16];(2)重建大腦皮層建議應(yīng)用Matlab軟件,3DSlicer軟件中SwissSkullSripper模塊在去除頭皮和顱骨的同時也去掉不少皮層表面的核磁信號,導(dǎo)致腦溝與腦回的重建效果很不理想,無法清晰、完整的呈現(xiàn)中央溝與中央前后回等皮層結(jié)構(gòu),Freesurfer軟件也常出現(xiàn)部分皮層信號缺失的情況且耗時較長。(3)緊貼于腫瘤表面走行的引流靜脈有時不易重建,術(shù)中分離腫瘤時仍需精細(xì)輕柔操作及默契配合,盡可能避免損傷大腦皮層表面的任何血管,以減少患者術(shù)后遲發(fā)性功能障礙的發(fā)生。(4)本研究推薦Dsi Studio與Slicer軟件聯(lián)合重建錐體束,Dsi Studio可以快速自動重建錐體束,有效排除了胼胝體側(cè)束等傳導(dǎo)束的干擾,但對于腫瘤較大的患者有時出現(xiàn)錐體束重建失敗,此時需Slicer軟件進(jìn)行重建。(5)當(dāng)前的全息影像技術(shù)尚不能準(zhǔn)確預(yù)測腫瘤與大腦皮層之間的粘連程度,可通過腫瘤周圍的腦水腫情況初步評估腫瘤與周圍皮層的粘連程度,瘤周水腫越明顯往往越提示腫瘤與腦皮層間無蛛網(wǎng)膜界面且粘連緊密。(6)當(dāng)腫瘤與功能區(qū)皮質(zhì)間無蛛網(wǎng)界面或與引流靜脈壁脈粘連緊密無法分離時,可酌情保留腫瘤包膜甚至少許腫瘤組織,不建議強(qiáng)行完全切除腫瘤,保證功能區(qū)皮層軟腦膜的完整及引流靜脈的回流順暢[17]。

綜上所述,基于多模影像數(shù)據(jù)的全息影像技術(shù)可在術(shù)前全方位地呈現(xiàn)中央?yún)^(qū)腦膜瘤手術(shù)相關(guān)的重要解剖結(jié)構(gòu),輔助術(shù)者制定個體化的最佳手術(shù)方案,有助于腫瘤的切除、上引流靜脈及運動功能皮層的保護(hù),減少手術(shù)副損傷。