3D Slicer三維重建技術(shù)在腦功能區(qū)腫瘤手術(shù)治療中的應(yīng)用價(jià)值

賢俊民 陳鳳月 孫曉妍 楊志國 時(shí)黎明 苗 磊 豐育功

目前，精準(zhǔn)神經(jīng)外科的中心思想是“病變?nèi)コ畲蠡δ鼙Ａ糇畲蠡?，手術(shù)效果最佳化，讓病人以最佳狀態(tài)回到社會(huì)生活中”[1，2]。為更好地符合目前這一精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)思想，我們利用3D Slicer 軟件重建腦組織結(jié)構(gòu)與腫瘤的三維模型，指導(dǎo)手術(shù)治療腦功能區(qū)腫瘤60例，取得良好的效果，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 研究對象 回顧性分析2017 年9 月至2021 年12月手術(shù)治療的39例中央?yún)^(qū)腦膜瘤、21例中央?yún)^(qū)膠質(zhì)瘤的臨床資料，其中男38 例，女22 例；年齡18～76歲，平均（57.5±11.7）歲。癲癇發(fā)作14 例，頭昏、頭痛、頭暈48例，一側(cè)肢體運(yùn)動(dòng)、感覺障礙43例。

1.2 納入標(biāo)準(zhǔn)①本研究符合《赫爾辛基宣言》原則，病人或家屬均知情同意并簽署知情同意書；②術(shù)前臨床資料、影像學(xué)檢查和實(shí)驗(yàn)室檢查資料完整；③入院后進(jìn)行三維磁化強(qiáng)度預(yù)備梯度回波序列（three di?mensional magnetization prepared rapid acquisition gra?dient echo sequences，3D-MPRAGE）、三維對比增強(qiáng)磁共振靜脈成像（three-dimensional contrast-en?hanced magnetic resonance venography，CEMRV）+三維時(shí)間飛躍法磁共振血管成像（three dimensional time of flight magnetic resonance angiography，3DTOF-MRA）及其他檢查，排除手術(shù)禁忌癥；④三維重建模型進(jìn)行腫瘤與重要靜脈及腦功能區(qū)的關(guān)系情況評估，顯微鏡下切除病變；⑤手術(shù)錄像清晰且完整；⑥以術(shù)中觀察情況為金標(biāo)準(zhǔn)評估三維模型圖像判斷腫瘤的形態(tài)特征[3]。

1.3 排除標(biāo)準(zhǔn)①既往有腦出血、嚴(yán)重腦挫傷、腦部手術(shù)史或放療史；②靜脈血栓、腦血管畸形，或其他影響靜脈解剖形態(tài)或者血流動(dòng)力學(xué)的顱內(nèi)疾病。

1.4 影像學(xué)檢查 采用3.0T MRI機(jī)，根據(jù)常規(guī)矢狀位定位像，從顱頂至顱底行常規(guī)掃描（T1WI、T2WI）、增強(qiáng)掃描及CEMRV 掃描（對比劑為釓特酸葡胺注射液，采用高壓注射器經(jīng)肘前靜脈注入，注入射流率2.5 ml/s）。掃描參數(shù)：TR=3.34 ms；TE=1.23 ms；體素1.2 mm×1.1 mm×1.2 mm；翻轉(zhuǎn)角25°；矩陣512×512；視野475 mm×350 mm；掃描時(shí)間23 s；層厚0.9 mm。將3D-MPRAGE、CEMRV和3D-TOF-MRA原始序列數(shù)據(jù)設(shè)置為DICOM格式。

1.5 三維模型的重建方法 打開醫(yī)院影像系統(tǒng)，查找目標(biāo)病人的影像，以DICOM格式存儲(chǔ)，在3D slicer軟件界面利用MRI、3D-MPRAGE、3D-TOF-MRA 和CEMRV 序列數(shù)據(jù)重建腦組織結(jié)構(gòu)與腫瘤組織的3D圖 像：運(yùn) 行3D Slicer 軟 件，進(jìn) 入Segment Editor、SwissSkullStripper 等模塊，在Master volme 欄中選擇MRI、3D-MPRAGE、3D-TOF-MRA 和CEMRV 的DI?COM數(shù)據(jù)，進(jìn)行三維重建（圖1A、1B），從各個(gè)方向和任意角度觀察腫瘤的位置、形態(tài)結(jié)構(gòu)、腫瘤與大腦淺靜脈、上矢狀竇及大腦皮層的關(guān)系[4]。

1.6 手術(shù)方法 在患側(cè)頭皮標(biāo)定外側(cè)裂及中央溝的位置，根據(jù)多模態(tài)影像三維重建測量所得的數(shù)據(jù)標(biāo)定病變的體表投影位置，以病變的體表標(biāo)定為中心，選取倒“U”形切口，保證腫瘤體表投影位于骨瓣中央。弧形剪開硬腦膜，基底位于上矢狀竇側(cè)，對側(cè)“瓣?duì)睢奔糸_，沿中央后溝切開蛛網(wǎng)膜及軟腦膜，鈍性分離大腦淺靜脈并用濕棉片覆蓋、保護(hù)，在顯微鏡下切除病變。術(shù)中盡量避免蛛網(wǎng)膜下腔出血，盡量減少電凝，以棉片、明膠海綿壓迫止血為主，同時(shí)配合應(yīng)用生理鹽水沖洗創(chuàng)面止血。

1.7 影像判讀方法及觀察指標(biāo)2名高年資神經(jīng)外科醫(yī)生觀察手術(shù)錄像，判斷中央?yún)^(qū)淺靜脈的形態(tài)構(gòu)成、走行方向及與腫瘤的位置關(guān)系；由2 名高年資影像科醫(yī)生對多模態(tài)影像三維重建進(jìn)行分析判斷；2名醫(yī)生意見不一致時(shí)，討論后確定。術(shù)中根據(jù)中央前回“手結(jié)”呈“ω”形或倒“Q”形[5]判斷中央溝。

1.8 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 19.0軟件分析；采用Kap?pa 系數(shù)檢驗(yàn)三維重建模型和術(shù)中所見的一致性，≥0.75 為一致性較好，0.40～0.75 為一致性中等，<0.40為一致性較差；以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 對腫瘤形態(tài)特征的評估結(jié)果42 例三維重建模型評估結(jié)果與術(shù)中所見一致，其中腦膜瘤38 例，膠質(zhì)瘤4 例；18 例不一致，其中膠質(zhì)瘤17 例，腦膜瘤1例。膠質(zhì)瘤的評估一致性差（Kappa 系數(shù)為0.414，P>0.05），腦膜瘤的評估一致性較好（Kappa 系數(shù)為1.000，P<0.001）。見圖1C～F。

2.2 對腫瘤位置的評估結(jié)果60 例三維重建模型評估結(jié)果與術(shù)中所見均一致，三維模型的評估準(zhǔn)確率為100%（60/60），膠質(zhì)瘤和腦膜瘤的評估一致性均較好（Kappa系數(shù)均為1.000，P<0.001）。見圖1G。

2.3 對腫瘤與大腦淺靜脈的關(guān)系的評估結(jié)果60 例三維重建模型評估結(jié)果與術(shù)中所見均一致，其中靜脈被腫瘤包裹8 例，靜脈在腫瘤的上、下面24 例，靜脈在腫瘤的前、后面28 例；三維模型的評估準(zhǔn)確率為100%（60/60），腦膜瘤、膠質(zhì)瘤的評估一致性均較好（Kappa系數(shù)為1.000，P<0.001）。見圖1H。

2.4 對腫瘤與上矢狀竇的關(guān)系的評估結(jié)果60 例三維模型評估結(jié)果與術(shù)中所見均一致，位于上矢狀竇下方或一側(cè)且未侵入上矢狀竇21例，侵及上矢狀竇壁17例，侵入上矢狀竇22例。三維模型的評估準(zhǔn)確率為100%（60/60），腦膜瘤、膠質(zhì)瘤的評估一致性均較好（Kappa系數(shù)為1.000，P<0.001）。見圖1I。

3 討論

3.1 3D Slicer 三維重建模型對腦功能區(qū)腫瘤手術(shù)的指導(dǎo)意義 雖然，顯微解剖、DSA、MRV、CTV、超聲等均可為制定術(shù)前靜脈保護(hù)計(jì)劃提供比較詳細(xì)的中央?yún)^(qū)淺靜脈的形態(tài)學(xué)依據(jù)，但是這些方法的作用有限，無法真正達(dá)到對病變的精確體表定位，很難使術(shù)前皮瓣的設(shè)計(jì)、骨窗大小、硬腦膜切開大小、大腦淺靜脈保護(hù)方法的設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)效果[6～8]。3D Slicer三維重建模型的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在：①3D Slicer 可以利用影像學(xué)的原始資料重建出腦組織、腫瘤、靜脈、動(dòng)脈甚至顱骨模型并進(jìn)行融合，并把不同的模型分別賦予不同的色彩，使其有良好的對比度及可視性；②選擇3D Slicer 中Segment Editor 模塊的scissor 工具對3D模型進(jìn)行去雜處理，使其有更強(qiáng)的立體感、層次感，更有利于術(shù)前對病變、腦功能區(qū)及大腦淺靜脈的評估；③可根據(jù)術(shù)前評估的需要對模型范圍進(jìn)行裁剪，只保留腦組織、病變、靜脈、動(dòng)脈所在區(qū)域，排除其他解剖結(jié)構(gòu)的影響，易于判斷不同結(jié)構(gòu)各個(gè)方位的位置關(guān)系，有利于皮瓣設(shè)計(jì)，利于骨窗大小、硬腦膜剪開方式及靜脈術(shù)中保護(hù)方法設(shè)計(jì)；④使用3D Slicer中的curv、ruler 工具可以對靜脈及腫瘤的位置進(jìn)行定位，避免皮瓣、骨窗、硬腦膜切開范圍不必要的擴(kuò)大，術(shù)中可避開或者留意靜脈走行及腦功能區(qū)位置，減少手術(shù)中靜脈及腦功能區(qū)的損傷。

3.2 3D Slicer 三維重建模型的臨床應(yīng)用 我們應(yīng)用3D Slicer 三維重建模型指導(dǎo)手術(shù)，評估三維重建模型與術(shù)中所見一致性，結(jié)果顯示：對腫瘤與大腦淺靜脈的關(guān)系（腫瘤對中央?yún)^(qū)淺靜脈的侵蝕導(dǎo)致中央?yún)^(qū)淺靜脈被腫瘤包裹、推擠或是大腦淺靜脈與腫瘤沒有直接接觸，腫瘤將靜脈包裹；靜脈在腫瘤主體的上或下面；靜脈在腫瘤主體的前或后面）、腫瘤與上矢狀竇的關(guān)系及腫瘤對上矢狀竇的侵蝕情況（腫瘤位于上矢狀竇的下方或者一側(cè)，未侵入上矢狀竇；腫瘤侵及上矢狀竇壁；腫瘤侵入上矢狀竇內(nèi)）、腫瘤位置的評估結(jié)果與術(shù)中所見具有較好的一致性。這與Bozzao 等[9]報(bào)道一致。這表明3D Slicer 三維重建模型能提供更詳細(xì)的中央?yún)^(qū)靜脈與病變關(guān)系的信息，做出更好的術(shù)前計(jì)劃，更有利于個(gè)體化手術(shù)入路的設(shè)計(jì)。但是，對于腫瘤形態(tài)學(xué)特征的評估，腦膠質(zhì)瘤的評估一致性較差（Kappa系數(shù)為0.414，P>0.05），考慮為腦膠質(zhì)瘤與腦組織的邊界不清，MRI 信號(hào)相近所導(dǎo)致。神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)可提供術(shù)中動(dòng)態(tài)跟蹤、實(shí)時(shí)導(dǎo)航，準(zhǔn)確、直觀，有助于提高手術(shù)療效，降低手術(shù)并發(fā)癥的發(fā)生率[10]，但是它需要昂貴的神經(jīng)導(dǎo)航設(shè)備，且要專人去操作導(dǎo)航系統(tǒng)，不利于在基層醫(yī)院開展。

總之，3D-Slicer 三維重建模型在腦功能區(qū)腫瘤手術(shù)治療中具有較高的應(yīng)用價(jià)值，可清晰顯示腦組織、腦動(dòng)脈、腦靜脈、腫瘤組織，并三維可視化，對腦組織、大腦淺靜脈、動(dòng)脈及腫瘤的解剖關(guān)系進(jìn)行多方位、多角度的觀察，進(jìn)行個(gè)體化的術(shù)前設(shè)計(jì)，更好地保護(hù)大腦淺靜脈及功能區(qū)腦組織，從而最大化地切除腫瘤，減少術(shù)后并發(fā)癥。