探討多模態(tài)三維體繪制重建在微血管減壓術(shù)術(shù)前的評估價(jià)值

金冬花 劉展 牛光明 陶勝忠 耿曉騰 王在斌 盧慧鵬

鄭州大學(xué)第二附屬醫(yī)院神經(jīng)外科（鄭州450014）

微血管減壓術(shù)（microvascular decompression，MVD）是治療三叉神經(jīng)痛、面肌痙攣等顱神經(jīng)壓迫疾病的有效手段［1-4］，而術(shù)前明確是否存在血管壓迫、明確責(zé)任血管以及術(shù)中能否將責(zé)任血管完全從神經(jīng)根部游離墊開是保證手術(shù)效果的重要因素［5-7］。目前，最常用術(shù)前判斷責(zé)任血管的方法是MRI，常用的序列包3D?TOF 和3D?CISS 或FIESTA等序列［8］。但是，因術(shù)前MRI 的二維局限性影響了對神經(jīng)根同其周圍血管關(guān)系的判斷從而無法保證完全分辨出責(zé)任血管。為了術(shù)前更加準(zhǔn)確的判斷神經(jīng)根和周圍血管的關(guān)系從而避免責(zé)任血管的遺漏，近年來許多學(xué)者開始嘗試采用3DSlicer、Neuro Tech、Osiri、Mimics 等軟件對患者術(shù)前MRI圖像進(jìn)行多模態(tài)三維影像重建，對重建的圖像進(jìn)行多角度觀察證實(shí)三維重建圖像更有利于對責(zé)任血管的判斷［9-12］，其中3D?Slicer 是使用最為頻繁的免費(fèi)圖像處理軟件［13］。但在既往研究中，研究者多使用面繪制重建（model maker）方法進(jìn)行三維重建，但面繪制重建的原理決定了模型細(xì)節(jié)喪失嚴(yán)重且失真，容易遺漏較細(xì)血管。而3D?Slicer 中的體繪制重建（volume rendering）對模型細(xì)節(jié)的顯示更佳，但對計(jì)算機(jī)的設(shè)備要求高，不同結(jié)構(gòu)顯示缺乏層次感從而限制其使用［14］。本研究嘗試將體繪制和面繪制結(jié)合，通過影像配準(zhǔn)、局部建模、圖像分割以及三維重建等步驟，可以快速、清晰、完整且層次分明的顯示所要觀察的圖像。2018年以來，應(yīng)用這種方法對我科所有需接受微血管減壓術(shù)的三叉神經(jīng)痛和面肌痙攣患者進(jìn)行術(shù)前責(zé)任血管判斷，發(fā)現(xiàn)其可100%模擬術(shù)中所見，提高手術(shù)成功率。

1 資料與方法

1.1 病人資料選取鄭州大學(xué)第二附屬醫(yī)院神經(jīng)外科2016年12月至2017年12月未進(jìn)行術(shù)前多模態(tài)三維體繪制重建的原發(fā)性三叉神經(jīng)痛（19 例）和面肌痙攣（9例）共28例患者作為未重建組，2018年1月至2019年8月術(shù)前進(jìn)行多模態(tài)三維體繪制重建的MVD 手術(shù)的原發(fā)性三叉神經(jīng)痛（20例）和面肌痙攣（14 例）共34 例患者作為重建組，兩組患者年齡、性別、診斷等比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（表1）。納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）經(jīng)藥物治療或其他外科治療無效或復(fù)發(fā)；（2）首次接受微血管減壓術(shù)；（3）能夠在本單位完成術(shù)前MRI 檢查者并接受微血管減壓手術(shù)治療者。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）由腫瘤壓迫、動脈瘤壓迫、骨質(zhì)增生等繼發(fā)性因素引起者；（2）身體一般情況差，不能耐受手術(shù)者。所有患者術(shù)前均在我院影像中心接受釓增強(qiáng)（Gd）3D?TOF、3D?SPC 或3D?CISS 核磁共振掃描（西門子公司，3.0T）。重建組術(shù)前患者的影像資料均由神經(jīng)外科同一位人員完成統(tǒng)一流程的三維重建。

1.2 多模態(tài)三維體繪制重建過程以3D Slicer 4.10.1 版本為例，將同一患者的3D TOF 和3D CISS序列原始DICOM 圖像導(dǎo)入到3D slicer 中，首先確定兩序列是否匹配。由于兩序列的層厚和層距并不完全一致，兩序列被認(rèn)為匹配的原則是中經(jīng)中腦導(dǎo)水管至四腦室正中孔矢狀面的腦室結(jié)構(gòu)完全重疊。如果兩序列中圖像存在位置差異，需要將兩序列Volume 文件在Transform 模塊中進(jìn)行配準(zhǔn)并進(jìn)行保存（圖1）。

圖1 圖像配準(zhǔn)Fig.1 Multimodeling registration

繼而在Editor 模塊中對三叉神經(jīng)、面聽神經(jīng)和腦干以及周圍血管進(jìn)行Label創(chuàng)建并根據(jù)各自Label建模（圖2、3）。

使用Segmentation 模塊中的Clip with model 分別對TOF 和SPC（或CISS）序列，進(jìn)行分割（圖4）。

分別在Volume rendering 模塊中對上述切割完成的序列進(jìn)行體繪制重建，360 度觀察血管的走形、血管神經(jīng)根的關(guān)系從而判斷是否存在責(zé)任血管、血管來源以及血管和神經(jīng)根的關(guān)系（圖5）。

圖2 神經(jīng)建模Fig.2 Making neural modelin

圖3 腦干和血管建模Fig.3 Brainstem and vascular modeling

圖4 圖像分割Fig.4 Image segmentation

圖5 血管和神經(jīng)體繪制重建Fig.5 Volume rendering reconstruction of blood vessels and nerves

為了更好的模擬術(shù)中所見，對手術(shù)視野進(jìn)行虛擬重建。首先使用Volume rendering 模塊進(jìn)行重建，通過調(diào)節(jié)Volume properties 消除高信號腦脊液對體繪制重建圖像的干擾，充分顯示神經(jīng)根和血管，進(jìn)而使用ROI 對重點(diǎn)觀察部位進(jìn)行切割后，360 度觀察術(shù)野，了解血管和神經(jīng)關(guān)系（圖6）。

圖6 術(shù)野體繪制重建Fig.6 Volume rendering and reconstruction of surgical field

1.3 手術(shù)過程手術(shù)過程則均采用經(jīng)典“公園長椅位”經(jīng)乙狀竇后入路微血管減壓術(shù)。術(shù)中銳性分離患側(cè)小腦半球巖面蛛網(wǎng)膜顯露三叉神經(jīng)根部或者面聽神經(jīng)根部。未重建組根據(jù)術(shù)前MRI 提示的責(zé)任血管將三叉神經(jīng)和面神經(jīng)根部周邊血管全部分離后，墊以特氟龍墊片，使血管和神經(jīng)完全脫離接觸至少2 mm 以上。重建組則根據(jù)多模態(tài)三維體繪制重建圖像對“責(zé)任血管”進(jìn)行分離墊開，對術(shù)前判斷“非責(zé)任”血管不予分離墊開。

1.4 結(jié)果判定判定效果［15-16］：完全緩解，MVD 后面部疼痛完全消失或面部抽搐癥狀完全消失，不需口服藥物；部分緩解，術(shù)后仍有面痛發(fā)作，但疼痛劇烈程度和發(fā)作頻率較術(shù)前明顯改善，不需服藥或口服藥物可以控制或面部抽搐程度、抽搐頻率改善＞60%；無效，術(shù)后面部疼痛緩解不明顯或無緩解，口服藥物不能控制或面部抽搐癥狀無明顯改善。復(fù)發(fā)：面部疼痛或者面部抽搐完全緩解或者部分緩解后再一次出現(xiàn)和術(shù)前面部疼痛或者面部抽搐程度相同的癥狀。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法使用SPSS 26.0 采用非參數(shù)檢驗(yàn)對兩組資料進(jìn)行相關(guān)性分析或者組間比較，P＜0.05 認(rèn)為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 血管壓迫率未重建組和重建組在術(shù)前發(fā)現(xiàn)是否存在血管壓迫率分別是85.71%和100%、判斷責(zé)任血管的準(zhǔn)確率是78.57%和100%，對比兩組組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。

2.2 術(shù)后結(jié)果

2.2.1 術(shù)后緩解率未重建組和重建組術(shù)后立刻完全緩解率為64.29%和91.18%。術(shù)后1年累計(jì)完全緩解率為82.14%和97.71%，部分緩解率為14.29%和2.94%，無效率為為3.57%和0%。

2.2.2 術(shù)后復(fù)發(fā)率未重建組和重建組術(shù)后1年復(fù)發(fā)率為7.14%和0%。兩組術(shù)后緩解率和復(fù)發(fā)率比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。

2.2.3 術(shù)后并發(fā)癥未重建組和重建組術(shù)后發(fā)生并發(fā)癥（患側(cè)持續(xù)超過一周的耳鳴或面癱、術(shù)區(qū)出血致二次血腫清除術(shù)等）率為50%和15.79%。兩組組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05，表1）。

表1 未重建組和重建組統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果Tab.1 Statistical analysis ofthe unreconstructed group and the reconstructed group

3 討論

自上世紀(jì)80年代首次將MRI 檢查應(yīng)用于了解三叉神經(jīng)根部解剖結(jié)構(gòu)以來［17］，MRI 已經(jīng)成為術(shù)前了解三叉神經(jīng)根部是否存在血管壓迫的最重要手段［18］。但是不同序列的二維MRI 影像因無法有效的完全顯示神經(jīng)根和責(zé)任血管的三維關(guān)系，從而限制了其對責(zé)任血管的判斷。多模態(tài)影像融合和三維重建技術(shù)的發(fā)展可以在同一幅立體圖像中觀察到血管和神經(jīng)根的空間關(guān)系，從而有效提高責(zé)任血管的檢出率［19］。在本研究中，術(shù)前判斷責(zé)任血管的檢出率為100%，之前焦迎斌等多篇文獻(xiàn)報(bào)道的術(shù)前多模態(tài)融合三維重建判斷責(zé)任血管的準(zhǔn)確性分別為92%和97.9%［20］，并未達(dá)到100%。分析可能主要存在以下原因：（1）三維重建前不同序列SH（如TOF 和FIESTA 序列）未進(jìn)行剛性配準(zhǔn)或者因MRI 掃描過程中不同序列層厚差異過大導(dǎo)致不同序列剛性配準(zhǔn)誤差過大從而影響判斷。（2）未增強(qiáng)的3D?TOF 圖像中對后顱窩小動脈的遠(yuǎn)端和靜脈顯示不清從而無法在三維影像中顯示這些血管。（3）單純基于FIESTA、CISS 或者SPC 序列進(jìn)行面繪制重建時(shí)，因神經(jīng)根、動脈和靜脈灰度值相近而無法分辨。

在本研究中，使用3D Slicer 的同一流程對TOF序列和SPC 或CISS 序列進(jìn)行多模態(tài)融合并三維重建，術(shù)前可有效判斷血管和神經(jīng)關(guān)系。為了提高責(zé)任血管檢出率，術(shù)前3D?TOF 序列均采用Ga 增強(qiáng)TOF 掃描；為了減少配準(zhǔn)誤差，在掃描不同序列時(shí)盡量保持層厚相差0.1 mm，這樣保證重建后圖像清晰度的同時(shí)也避免了不同序列圖像在配準(zhǔn)時(shí)出現(xiàn)中間部完全配準(zhǔn)、周邊明顯偏差的現(xiàn)象（圖1）；同時(shí)，進(jìn)行精準(zhǔn)分割并重建的范圍包括從中腦到延髓、從基底動脈尖到小腦后下動脈起始部，通過血管的行程可以準(zhǔn)確的進(jìn)行血管分類和命名；最后在基于CISS 或者SPC 序列直接體繪制重建的圖形中通過調(diào)節(jié)灰度映射值的透明度和顏色（Scalar Opacity Mapping 和Scalar Color Mapping）來模擬術(shù)野所見（圖6）。以上措施確保術(shù)前的三維重建圖像能完全模擬術(shù)中所見，從而提高責(zé)任血管檢出率、提高手術(shù)成功率并減少并發(fā)癥。但值得注意的是，在本研究中術(shù)后面部疼痛或者面部抽搐的完全緩解率仍未達(dá)到100%，這也說明單純血管機(jī)械壓迫并不是導(dǎo)致三叉神經(jīng)痛或者面肌痙攣的唯一原因，長期壓迫后神經(jīng)損傷、中樞性因素以及術(shù)中操作所帶來的損傷或者局部黏連都有可能是影響預(yù)后的因素。

本研究證明術(shù)前運(yùn)用多模態(tài)三維體繪制重建方法可以更有效地判斷責(zé)任血管，從而提高手術(shù)療效并減少手術(shù)并發(fā)癥。采用靜態(tài)三維重建，盡管本研究中基于三維圖像對責(zé)任血管的判斷正確率為100%，但是既往研究也提示術(shù)中牽拉小腦半球、快速釋放腦脊液、分離蛛網(wǎng)膜束帶等操作可以導(dǎo)致血管和神經(jīng)脫離，從而導(dǎo)致術(shù)中未發(fā)現(xiàn)責(zé)任血管［21］。因此在今后的研究中，可進(jìn)一步通過有限元分析的方法模擬術(shù)中牽拉等動作產(chǎn)生的神經(jīng)和血管位移將更具有指導(dǎo)意義。此外，本研究存在樣本量偏少，術(shù)后隨訪時(shí)間略短等不足，更大樣本量的分析以及更長程的隨訪將更具臨床意義。