3D Slicer多模態(tài)影像融合技術(shù)在腦膜瘤手術(shù)中的應(yīng)用

李志強(qiáng) 李筱姝 夏吉勇 徐 亮 孫躍春 苗 林 任雅盼

隨著顯微神經(jīng)外科技術(shù)的發(fā)展，手術(shù)治療腦膜瘤的水平日益提高，腫瘤全切除率明顯提高，而手術(shù)并發(fā)癥發(fā)生率明顯降低[1]。但對(duì)顱底腦膜瘤或巨大腦膜瘤，手術(shù)難度和風(fēng)險(xiǎn)仍很大。2016 年6 月至2019年5月應(yīng)用3D Slicer多模態(tài)影像融合技術(shù)輔助手術(shù)治療顱底腦膜瘤或巨大腦膜瘤12例，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料12 例中，男8 例，女4 例；年齡36～65歲，平均（45.8±3.7）歲；病程2周至10年，平均（32.1±11.1）個(gè)月。均為首次手術(shù)，單發(fā)，術(shù)前未放療。

1.2 影像學(xué)資料MRI 檢查示蝶骨嵴腦膜瘤4 例，鞍結(jié)節(jié)腦膜瘤2 例，大腦鐮旁腦膜瘤4 例，大腦凸面?zhèn)攘褏^(qū)腦膜瘤2 例；腫瘤最大徑20.3～50.4 mm，平均（36.1±4.3）mm。根據(jù)需要重建的結(jié)構(gòu)選擇影像學(xué)檢查：CT、MRI可重建腫瘤、顱骨、顱神經(jīng)；TOF-MRA序列可重建動(dòng)脈；DTI序列可重建白質(zhì)纖維束；MRV可重建較粗的靜脈及靜脈竇。12例根據(jù)需要重點(diǎn)觀察的結(jié)構(gòu)，選擇影像學(xué)檢查，CT 及MRI 均采用容積掃描，CT層厚設(shè)置為2 mm，MRI層厚為1 mm。將獲取的數(shù)據(jù)以DICOM 格式導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，應(yīng)用3D Slicer 軟件不同模塊進(jìn)行處理。

1.3 腦膜瘤的影像學(xué)評(píng)估 用3D Slicer 軟件General Registration 模塊將CT、MRI 影像進(jìn)行配準(zhǔn)融合。顱骨、腫瘤、周?chē)芗鞍踪|(zhì)纖維束、顱神經(jīng)進(jìn)行三維圖像重建。以1 例右側(cè)蝶骨嵴腦膜瘤為例具體介紹：①用3D Slicer 軟件Segement Editor 模塊處理CT及MRI 數(shù)據(jù)，對(duì)顱骨、腫瘤、顱神經(jīng)（視神經(jīng)）進(jìn)行三維重建（圖1A、1B），可見(jiàn)腫瘤大小及其在顱內(nèi)位置；②基于MRA-TOF 序列及CT 數(shù)據(jù)用3D Slicer 軟件Volume Rendering 建模，Editor 模塊重建顱內(nèi)動(dòng)脈與腫瘤（圖1C、1D），能顯示動(dòng)脈是否有移行牽拉及浸潤(rùn)；③基于DTI序列用3D Slicer軟件Editor模塊進(jìn)行錐體束與腫瘤重建（圖1E、1F），為了更接近實(shí)際情況，也可使用CSD 或Contrack 算法進(jìn)行追蹤，quench編輯修改，可明確腫瘤與錐體束關(guān)系，明確纖維束是否受腫瘤推擠，指導(dǎo)規(guī)劃術(shù)中腫瘤邊界的切除范圍及評(píng)估預(yù)后；④根據(jù)需要可以基于MRV 數(shù)據(jù)用3D Slicer軟件Editor模塊對(duì)重要靜脈、靜脈竇、腫瘤進(jìn)行重建，判斷腫瘤的引流靜脈以及是否侵犯或壓迫靜脈竇；⑤腫瘤切除術(shù)中情況與術(shù)前三維重建去除腫瘤時(shí)情況對(duì)比完全一致（圖1G、1H）。

圖1 1例蝶骨嵴腦膜瘤手術(shù)前后腫瘤與顱骨、動(dòng)脈、白質(zhì)纖維、顱神經(jīng)的三維重建與融合過(guò)程

1.4 手術(shù)預(yù)案的制定、實(shí)施 將多模態(tài)融合三維重建好的腦、腫瘤、顱骨、顱神經(jīng)、白質(zhì)纖維及重要血管的虛擬影像，通過(guò)3D Slicer軟件的3D Viewer窗口進(jìn)行三維顯示，根據(jù)需要可調(diào)整各個(gè)角度進(jìn)行觀察，對(duì)一些不重要的結(jié)構(gòu)可以選擇性隱藏、淡化、透明化處理，以便對(duì)感興趣區(qū)域進(jìn)行著重觀察，充分掌握腫瘤及病變周?chē)娘B骨、重要血管、顱神經(jīng)的毗鄰關(guān)系，判斷腫瘤全切除的難度、易于損傷的部位、腫瘤切除的順序、供血?jiǎng)用}及引流靜脈的處理等，精準(zhǔn)術(shù)前規(guī)劃，詳細(xì)設(shè)計(jì)手術(shù)方案。根據(jù)具體情況還需綜合考慮以下因素[2]：①手術(shù)路徑盡可能短；②能良好顯露病變，能避開(kāi)或減少重要血管、神經(jīng)、錐體束牽拉的直視病變的路徑；③充分利用解剖腔隙或潛在的自然間隙；④對(duì)病變侵犯包繞的神經(jīng)血管及靜脈竇格外注意，術(shù)前需提前評(píng)估好切除范圍，要警惕腫瘤部分殘留的風(fēng)險(xiǎn)；⑤術(shù)前要盡量明確腫瘤的供血?jiǎng)用}及引流靜脈，選擇相對(duì)容易處理的腫瘤基底部分的手術(shù)入路。

2 結(jié)果

2.1 手術(shù)結(jié)果12 例中，腫瘤全切除10 例（83.33%），次全切除2 例（16.7%；其中1 例海綿竇內(nèi)殘余約10%，1 例包繞頸內(nèi)動(dòng)脈未能完整切除）。無(wú)手術(shù)死亡病例，無(wú)術(shù)區(qū)血腫及顱神經(jīng)損傷。1例癲癇發(fā)作，術(shù)后繼續(xù)服用抗癲癇藥物半年，停用后未再發(fā)作；1例視野缺損術(shù)后明顯改善。術(shù)后出現(xiàn)對(duì)側(cè)肢體肌力下降或原有偏癱癥狀加重2 例，經(jīng)治療后肌力恢復(fù)正常。12例術(shù)后隨訪6個(gè)月，未見(jiàn)腫瘤復(fù)發(fā)或增大。

2.2 術(shù)后病理結(jié)果 根據(jù)2016年版WHO中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤病理分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)[3]：纖維型4 例，上皮型3 例，混合型3例，血管瘤型2例。

3 討論

腦膜瘤是顱內(nèi)常見(jiàn)的一種腫瘤，可與功能區(qū)、錐體束、顱神經(jīng)、顱內(nèi)重要的動(dòng)脈靜脈、靜脈竇、重要骨性結(jié)構(gòu)等關(guān)系密切[3]。術(shù)前詳細(xì)地了解這些解剖關(guān)系對(duì)于手術(shù)安全和保證手術(shù)效果至關(guān)重要，尤其是近年來(lái)精準(zhǔn)神經(jīng)外科概念的提出，更加要求術(shù)前做好充分的規(guī)劃。術(shù)前對(duì)腫瘤的毗鄰關(guān)系了解越精確，術(shù)前規(guī)劃越詳盡，越能保障病變的最大切除率、最小的手術(shù)副損傷率[4]。神經(jīng)導(dǎo)航、術(shù)中超聲等在神經(jīng)外科應(yīng)用，使手術(shù)的安全性和準(zhǔn)確性有了很大的提升[5]。但神經(jīng)導(dǎo)航設(shè)備及軟件系統(tǒng)價(jià)格昂貴，基層醫(yī)院難以常規(guī)配置，術(shù)前仍以CT、MRI 的二維數(shù)據(jù)為主。多模態(tài)三維影像能提供更多有價(jià)值的解剖信息[6]。

當(dāng)腫瘤體積較大時(shí)，正常的解剖關(guān)系被改變，神經(jīng)、血管、錐體束常被瘤體擠壓變形，走行發(fā)生變化，與腫瘤粘連、術(shù)中出血等均會(huì)影響術(shù)者的判斷，導(dǎo)致醫(yī)源性血管、神經(jīng)損傷。我們術(shù)前利用3D Slicer 軟件對(duì)CT、MRI、TOF-MRA、DTI 等數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建，通過(guò)3D 虛擬可視化圖像，模擬腫瘤及周?chē)苌窠?jīng)空間結(jié)構(gòu)，展示腫瘤與顱骨、動(dòng)脈、靜脈竇、顱神經(jīng)、錐體束等關(guān)系，者進(jìn)行精準(zhǔn)的術(shù)前規(guī)劃。對(duì)于三維重建的選擇，可以選擇個(gè)體化的重建方案，得到的多模態(tài)融合圖像，通過(guò)3D Slicer軟件的3D Viewer 窗口進(jìn)行三維顯示，可實(shí)現(xiàn)三維可視化。重建后的腫瘤及其他解剖結(jié)構(gòu)，可以分層進(jìn)行顯示，選取不同顏色進(jìn)行標(biāo)記便于觀察區(qū)分，對(duì)于一些不重要的結(jié)構(gòu)可以隱藏，以便對(duì)感興趣區(qū)域進(jìn)行著重觀察，還可以旋轉(zhuǎn)任意角度，從各個(gè)方向詳細(xì)觀察目標(biāo)結(jié)構(gòu)及毗鄰結(jié)構(gòu)。瘤體較大、靠近功能區(qū)及顱神經(jīng)時(shí)，術(shù)前要規(guī)劃好切除范圍、關(guān)鍵位置的最佳處理手段。術(shù)中可根據(jù)手術(shù)體位擺放，可以在軟件內(nèi)調(diào)整圖像的位置與實(shí)際中的一致，以利于術(shù)中觀察指導(dǎo)。因出血等原因?qū)е陆馄什幻鲿r(shí)，可隨時(shí)參照電腦內(nèi)三維圖像進(jìn)行辨認(rèn)，達(dá)到類(lèi)似導(dǎo)航的效果。

3D Sclicer 軟件三維重建好的三維圖像可以在電腦、手機(jī)等電子產(chǎn)品上進(jìn)行展示，便于術(shù)前規(guī)劃、術(shù)中觀察、術(shù)后總結(jié)學(xué)習(xí)，也可應(yīng)用到與病人的術(shù)前談話。近年來(lái)，部分學(xué)者將該軟件應(yīng)用于臨床，在三維重建、病變定位、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、虛擬內(nèi)鏡等方面都有報(bào)道[7～9]，展示了比較廣闊的應(yīng)用前景。該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)三維可視化，基本能滿足非復(fù)雜顱內(nèi)腫瘤的術(shù)前規(guī)劃，為基層醫(yī)院提升學(xué)科綜合能力提供新思路。