簡智恒 李佳巖 丁軒 吳開華 李士雪 陳海東 陳剛

珠海市人民醫(yī)院(暨南大學(xué)附屬珠海醫(yī)院)神經(jīng)外科?

? ? ? ?醫(yī)學(xué)領(lǐng)域目前已經(jīng)進(jìn)入精準(zhǔn)醫(yī)療時代?？焖侔l(fā)展的計算機(jī)技術(shù)促進(jìn)了醫(yī)學(xué)影像技術(shù)和計算機(jī)輔助手術(shù)技術(shù)的進(jìn)步，為精準(zhǔn)化手術(shù)提供了基礎(chǔ)。其中，影像三維重建技術(shù)在腦腫瘤的精準(zhǔn)化手術(shù)中起著重要作用，它可以提供結(jié)構(gòu)空間關(guān)系的視覺信息圖，為術(shù)者提供立體的可視化的信息，從而為手術(shù)入路設(shè)計、腦腫瘤切除及腦功能保護(hù)等提供幫助。目前針對該技術(shù)在腦腫瘤手術(shù)中的應(yīng)用價值分析已有大量的研究報道[1-4]。但大部分的研究只是基于單模態(tài)影像的三維重建技術(shù)，即單純的 MRI 或 CT 影像三維重建，并不能顯示與腦腫瘤手術(shù)相關(guān)的所有腦組織結(jié)構(gòu)的信息。多模態(tài)影像融合三維重建技術(shù)可以將 CT 及 MRI 等不同類型的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)融合及三維重建，從而使得顱骨、腦腫瘤、正常腦組織、腦血管、神經(jīng)等在同一圖像中立體顯示，對比單模態(tài)影像的三維重建技術(shù)，該技術(shù)能顯示顱內(nèi)各結(jié)構(gòu)間的空間毗鄰關(guān)系，對腦腫瘤手術(shù)方案的制定及入路選擇具有更大意義。近年來，珠海市人民醫(yī)院神經(jīng)外科在收治的部分腦腫瘤患者中開展了術(shù)前多模態(tài)影像融合三維重建技術(shù)的應(yīng)用，筆者現(xiàn)將具體的應(yīng)用情況、效果及心得體會報道如下，以期為臨床同道提供一些經(jīng)驗借鑒。

賽納數(shù)字醫(yī)療——醫(yī)療3D建模打印

? ? ? ??? 1. 一般資料：選擇珠海市人民醫(yī)院神經(jīng)外科自 2019 年10月至2020年9月收治的46例接受開顱手術(shù)的腦腫瘤患者為研究對象，其中男性 17例，女性 29例；年齡(42.2±14.5)歲，范圍為 13~77歲；腫瘤位于幕上者有 30例，包括大腦凸面 20例、顱底6例、鞍區(qū)4例；腫瘤位于幕下者有16例，包括腦干1例、小腦4例、巖斜區(qū)/橋小腦角/枕頸交界區(qū)11例。本研究經(jīng)珠海市人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會審核批準(zhǔn) (批號 ：ZY.No20201001b06011231)。
? ? ? ? ?2. 影像數(shù)據(jù)采集：(1)應(yīng)用美國GE公司產(chǎn)Revolution CT(128 排)掃描儀進(jìn)行 CT 檢查，掃描層厚為 2 mm。(2)應(yīng)用荷蘭 Philips 公司產(chǎn) 3.0T Achieva TX MR 掃描儀進(jìn)行 MRI 檢查，掃描序列包括平掃和增強(qiáng)掃描的 3D T1像(回波時間 3.9ms、重復(fù)時間 8.4 ms、矩陣 256×256、視野 256 mm×256 mm、層厚 l mm)、3D T2 像(回波時間 265 ms、重復(fù)時間 2500 ms、矩陣 256×256、視野 256 mm×256 mm、層厚 1 mm)、3D T2 液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)(FLAIR)序列(回波時間 325 ms、重復(fù)時間4800 ms、矩陣 256×256、視野 256 mm×256 mm、層厚 1 mm)、對比增強(qiáng)磁共振靜脈成像(CE-MRV)(回波時間1.62 ms、重復(fù)時間 4.7 ms、矩陣 256×256、視野 256 mm×256 mm、層厚 1mm)、對比增強(qiáng)磁共振血管成像(CE-MRA)(回波時間 1.62ms、重復(fù)時間 4.7 ms、矩陣 256×256、視野 256 mm×256 mm、層厚1 mm)。
? ? ? ?3. 影像數(shù)據(jù)導(dǎo)入及配準(zhǔn)融合、三維重建：將術(shù)前 CT 及MRI的 DICOM格式數(shù)據(jù)導(dǎo)入至美國 GE公司的 AW4.4工作站軟件，然后對影像數(shù)據(jù)進(jìn)行如下處理：(1)使用 ImageFusion 模塊將不同序列的 MRI及 CT 影像進(jìn)行配準(zhǔn)融合，以特征性解剖標(biāo)記(如眼球中心、垂體窩、竇匯、乳突尖、二腹肌溝頂點(diǎn)等)為配準(zhǔn)參考點(diǎn)。每例患者采用3~5個參考點(diǎn)。(2)使用 Object Creation 模塊自動分割出腦組織、腦血管和神經(jīng)，軟件自動完成三維重建，使用Smart Brush功能手工勾畫出腦瘤的位置，使用 3D-Restruction 模塊自動三維重建顱骨。(3)模擬手術(shù)體位，展示及觀察融合重建好的顱骨、腦組織、腦血管、腦腫瘤、神經(jīng)等，并調(diào)整各自的透明度。最后術(shù)者根據(jù)融合重建后的三維數(shù)字化影像，設(shè)計手術(shù)入路并制定手術(shù)計劃。
? ? ??4.應(yīng)用價值評價：參考Oishi等[5]對影像融合技術(shù)在微血管減壓術(shù)前手術(shù)計劃制定中的應(yīng)用價值分級標(biāo)準(zhǔn)，本研究也以術(shù)者的一致性等級來評價術(shù)前多模態(tài)影像融合三維重建技術(shù)對腦腫瘤手術(shù)的應(yīng)用價值：術(shù)后由主刀醫(yī)生與助手分別對每一例患者的效果作出評價。如果主刀醫(yī)生與助手的評價結(jié)果不一致，以主刀醫(yī)生的意見為主。效果分為 3級：(1)價值突出：融合重建后的三維數(shù)字化影像對完成該手術(shù)有重要的指導(dǎo)意義，單純應(yīng)用二維圖像閱片無法達(dá)到預(yù)期的手術(shù)效果；(2)有價值：通過二維圖像閱片也能達(dá)到預(yù)期的手術(shù)效果，但融合重建后的三維數(shù)字化影像能提供細(xì)微結(jié)構(gòu)上的更清晰、更直觀顯示，可以減少手術(shù)副損傷，為手術(shù)提供幫助；(3)無價值：通過單純二維圖像閱片即能按預(yù)期設(shè)想完成手術(shù)，無需多模態(tài)影像融合三維重建技術(shù)的輔助。
? ? ???5. 手術(shù)效果及并發(fā)癥評估：患者術(shù)后均參照術(shù)前影像學(xué)檢查標(biāo)準(zhǔn)，完成頭顱 CT 及顱腦 MRI 的復(fù)查，并依據(jù)術(shù)后復(fù)查的影像資料再次完成多模態(tài)影像融合三維重建。對比術(shù)前術(shù)后三維數(shù)字化影像的差異，以分析腫瘤切除程度及手術(shù)入路相關(guān)并發(fā)癥情況。

二、結(jié)果

? ? ? ?1. 多模態(tài)影像融合三維重建效果：46 例患者均完成了術(shù)前及術(shù)后的多模態(tài)影像融合三維重建，融合后的多模態(tài)影像可進(jìn)行任意旋轉(zhuǎn)，表面結(jié)構(gòu)變成透明或半透明，從而有效地顯示出內(nèi)部感興趣結(jié)構(gòu)；三維數(shù)字化影像能清楚地顯示腦腫瘤的大小、位置、形狀以及其與周圍結(jié)構(gòu)的解剖關(guān)系，例如腦表面及深部的靜脈和動脈影像三維重建均能清晰地顯示腦腫瘤與腦血管之間的關(guān)系，可以在同一圖像中清楚觀察到復(fù)雜的腦腫瘤與正常腦組織的邊界以及其與腦血管、顱骨的關(guān)系。46例患者的融合重建后三維數(shù)字化影像均與術(shù)前原始影像及術(shù)中所見基本相符，也清楚地顯示出與手術(shù)入路相關(guān)的解剖結(jié)構(gòu)的信息。典型的融合重建后三維數(shù)字化影像效果見圖1~4。

1A：腦組織/腦腫瘤/腦血管的影像融合三維重建效果，

1B、1C：術(shù)前及術(shù)后的顱骨/腦腫瘤/腦血管的影像融合三維重建效果；

2A：引流靜脈影像與額頂葉巨大腦膜瘤的影像融合三維重建效果，

2B：額頂葉巨大腦膜瘤中Rolandic靜脈術(shù)中所見，

2C：Rolandic靜脈的影像融合三維重建效果；

3A：術(shù)前，3B：術(shù)后?

圖1 1例復(fù)雜顱眶溝通瘤的多模態(tài)影像融合三維重建效果展示?

圖2 多模態(tài)影像融合三維重建后引流靜脈與腦腫瘤的空間關(guān)系展示?

圖3 1例枕頸交界區(qū)神經(jīng)鞘瘤手術(shù)前后的顱骨/腦腫瘤/腦血管的多模態(tài)影像融合三維重建效果

1例聽神經(jīng)瘤術(shù)前多模態(tài)影像融合三維重建效果

? ? ? ?2. 應(yīng)用價值評價結(jié)果：46例患者中，主刀醫(yī)生與助手對術(shù)前多模態(tài)影像融合三維重建技術(shù)的應(yīng)用價值評價一致者有 45例，不一致者為 1例小腦血管母細(xì)胞瘤，主刀醫(yī)生認(rèn)為價值突出，助手認(rèn)為有價值，最終評價結(jié)果以主刀醫(yī)生的意見為主，故整體評價為價值突出者36例、有價值者8例、無價值者2例。
? ? ? ?3. 手術(shù)效果及并發(fā)癥情況：43 例患者于顯微鏡下完成腫瘤全切除，3例患者予腫瘤部分切除，其中1例為乳腺癌腦干轉(zhuǎn)移，1例為外耳道鱗癌顱內(nèi)浸潤(顱內(nèi)外溝通瘤)，1例為視神經(jīng)管腦膜瘤。所有患者術(shù)后均無入路相關(guān)并發(fā)癥發(fā)生。術(shù)后病理結(jié)果回報示膠質(zhì)瘤9例、腦膜瘤21例、轉(zhuǎn)移瘤4例、聽神經(jīng)瘤 5 例、垂體瘤 2 例、三叉神經(jīng)鞘瘤 1 例、血管母細(xì)胞瘤 1 例、海綿狀血管瘤 1 例、枕頸交界區(qū)神經(jīng)鞘瘤 1 例、膽脂瘤 1 例。34 例患者出院后進(jìn)行了隨訪，隨訪時間 3~6 個月，MRI復(fù)查均示無腫瘤復(fù)發(fā)。

三、討論

? ? ? ?術(shù)前了解腦腫瘤及其與周圍結(jié)構(gòu)之間的解剖關(guān)系對于腦腫瘤手術(shù)的精準(zhǔn)實(shí)施有著關(guān)鍵性意義。既往的CT或MRI單模態(tài)影像已無法滿足神經(jīng)外科精準(zhǔn)手術(shù)的需求。一個能夠清楚、直觀、整體地顯示腦腫瘤及其與周圍腦血管、神經(jīng)、腦組織的關(guān)系，以及與手術(shù)入路相關(guān)的顱骨結(jié)構(gòu)的影像學(xué)技術(shù)，才能適應(yīng)神經(jīng)外科精準(zhǔn)手術(shù)的發(fā)展。多模態(tài)影像融合是將相同或不同成像設(shè)備所獲取的同一組織或器官的影像，依靠計算機(jī)技術(shù)進(jìn)行配準(zhǔn)、疊加等變換處理，產(chǎn)生出一種綜合的影像信息[6]。在這一技術(shù)的幫助下，神經(jīng)外科醫(yī)生能夠通過大量的影像數(shù)據(jù)的融合來實(shí)現(xiàn)可視化的解剖結(jié)構(gòu)影像的三維重建，從而可以從各個視角明確腦腫瘤與周圍組織結(jié)構(gòu)的關(guān)系；并且基于該技術(shù)，在術(shù)前通過明確與手術(shù)入路相關(guān)的顱骨、腦組織、腦血管、神經(jīng)等結(jié)構(gòu)的信息，從而更精準(zhǔn)地設(shè)計手術(shù)切口及骨瓣大小，更有效地避開腦功能區(qū)及重要血管等[7-8]。另外，可視化的解剖結(jié)構(gòu)影像的三維重建還可以幫助神經(jīng)外科醫(yī)生增加對腦內(nèi)復(fù)雜解剖結(jié)構(gòu)及腫瘤病理性質(zhì)的理解等，從而在手術(shù)切除腫瘤過程中提供更大的幫助[9]。

? ? ? ?我們對46例腦腫瘤患者的術(shù)前影像資料進(jìn)行了多模態(tài)影像融合三維重建，發(fā)現(xiàn)融合重建的三維數(shù)字化影像可清晰顯示腦腫瘤的大小、位置、形狀以及其與周圍結(jié)構(gòu)的解剖關(guān)系，有效指導(dǎo)手術(shù)入路的選擇及腦腫瘤的精準(zhǔn)切除，具體的心得體會包括：

? ? ? (1)在復(fù)雜的顱底腫瘤手術(shù)中，該技術(shù)可以清楚地顯示腦腫瘤與顱骨之間的關(guān)系。例如在本組1例眼眶-顱腦溝通性視神經(jīng)管腦膜瘤患者中，該技術(shù)清楚地顯示了腦腫瘤對前顱底、眶周及視神經(jīng)管骨質(zhì)的侵犯程度。

? ? ? (2)在術(shù)前制定手術(shù)方案時，通過融合重建后的三維數(shù)字化影像，可以準(zhǔn)確定位腦血管與腦腫瘤的關(guān)系。例如在判斷腦腫瘤與引流靜脈的空間關(guān)系方面，我們就通過該技術(shù)構(gòu)建的影像發(fā)現(xiàn)，在20例大腦凸面腫瘤患者中，骨窗內(nèi)見引流靜脈緊靠腦腫瘤前方者有5例，緊靠腦腫瘤后方者有6例，橫跨腦腫瘤表面者有3例，其余6例骨窗內(nèi)僅見到腫瘤、未見與之關(guān)系密切的回流靜脈，因此，我們在開顱過程中就可以注意對引流靜脈進(jìn)行有效的回避并加以保護(hù)。例如在本組 1 例額頂葉交界區(qū)凸面巨大腦膜瘤患者中，多模態(tài)影像融合三維重建技術(shù)清楚地顯示了腦腫瘤位于Rolandic靜脈的下前方，清晰地顯示了整個靜脈及其與上矢狀竇、分支小靜脈、腦腫瘤的關(guān)系，而傳統(tǒng)的二維圖像不能清晰地顯示出這條靜脈的整個脈絡(luò)，從而有效地幫助術(shù)者減少了腫瘤切除過程中靜脈損傷的可能性。此外，在判斷腦腫瘤與腦動脈的空間關(guān)系方面，我們也曾通過該技術(shù)清楚地觀察到動脈被腦腫瘤推移者有7例，被腦腫瘤包裹者有 3 例，明確這些信息后，就有利于術(shù)者在術(shù)中預(yù)判被腦腫瘤包裹的動脈的空間位置，從而可以更從容地分塊切除腫瘤、更小心地保護(hù)好動脈。

? ? ? (3)在枕頸交界區(qū)腦腫瘤手術(shù)及相關(guān)動脈保護(hù)方面，多模態(tài)影像融合三維重建技術(shù)對術(shù)前手術(shù)方案的制定也有很大幫助。例如在本組 1例枕頸交界區(qū)神經(jīng)鞘瘤患者中，多模態(tài)影像融合三維重建技術(shù)清楚地顯示了腦腫瘤與右側(cè)椎動脈及頸椎棘突、椎間孔、枕大孔區(qū)周圍骨性結(jié)構(gòu)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)腦腫瘤破壞了頸2椎間孔，完整包繞了椎動脈的橫突段、寰椎段、枕大孔段，因此當(dāng)手術(shù)切除此腫瘤時，可以更從容地腫瘤、保留動脈。

? ? ? (4)通常情況下，腦深部腫瘤的切除往往要考慮入路損傷問題，骨瓣的設(shè)計必須達(dá)到避免靜脈損傷的同時也更容易地切除腫瘤。而在本組1例聽神經(jīng)瘤患者中，通過對融合重建后的三維數(shù)字化影像的仔細(xì)觀察，在設(shè)計骨瓣時精確地定位了橫竇及乙狀竇在顱骨表面的投影位置，從而在銑刀銑開骨瓣時避免了橫竇、乙狀竇的損傷。

? ? ??(5)另外，在很多低級別膠質(zhì)瘤中，大腦表面腫瘤與正常腦組織的邊界常不清楚，致腫瘤難以辨認(rèn)、術(shù)中定位困難，常常需要術(shù)中電生理監(jiān)測輔助以避免功能區(qū)副損傷。既往 Mert等[10]曾采用多模態(tài)影像融合三維重建技術(shù)輔助切除低級別膠質(zhì)瘤，融合重建后的腫瘤影像準(zhǔn)確地顯示了腫瘤與其周邊腦組織之間的關(guān)系，從而借助這項技術(shù)，有效地減少了術(shù)中神經(jīng)電生理監(jiān)測區(qū)范圍及手術(shù)時間。但比較遺憾的是，目前我們針對 MRI 強(qiáng)化不明顯的低級別膠質(zhì)瘤患者的多模態(tài)影像融合三維重建的實(shí)踐仍開展得比較少，具體效果及其經(jīng)驗體會有待進(jìn)一步的總結(jié)。

? ? ? ?本組 2 例一致性等級評價為無價值的患者均為額葉大腦凸面腦膜瘤，腫瘤直徑均小于3 cm，術(shù)前MRI T2顯示腫瘤邊界清晰，強(qiáng)化中等均勻，腫瘤內(nèi)部及周邊未見重要血管，位于相對功能啞區(qū)，手術(shù)難度并不大，因此評價術(shù)前多模態(tài)影像融合三維重建技術(shù)對手術(shù)并無太大幫助。還有 1 例主刀醫(yī)生與助手對多模態(tài)影像融合三維重建技術(shù)的價值評價不一致患者為右側(cè)小腦血管母細(xì)胞瘤，由于供血動脈在術(shù)前二維圖像中已較清楚地顯示，因此助手給予有價值的評價，但主刀醫(yī)生認(rèn)為二維圖像未能清楚地顯示瘤結(jié)節(jié)與供血動脈之間的關(guān)系，而融合重建后的三維數(shù)字化影像上腦腫瘤與供血動脈的空間關(guān)系顯示得十分清楚，因此在造瘺探查腫瘤時有重要作用，故評價為價值突出。
? ? ? ?總之，術(shù)前多模態(tài)影像融合三維重建技術(shù)能提供大量的可視化信息，在指導(dǎo)腦腫瘤手術(shù)的切口設(shè)計、手術(shù)入路選擇以及腦腫瘤的精準(zhǔn)切除、腦功能保護(hù)方面具有著廣闊的應(yīng)用前景。但目前也存在一些不足，例如在腦血管的影像重建方面，雖然我們應(yīng)用了多種數(shù)據(jù)源如 3D 相位對比血管成像MRV、CE-MRA 或時間飛躍 MRA 重建，但沒有一種方法可以將微小血管重建滿意；例如在腦腫瘤的影像重建方面，通常使用 3D T1WI序列，當(dāng)腫瘤強(qiáng)化明顯時重建效果較好，而當(dāng)腫瘤輕度強(qiáng)化或無強(qiáng)化時影像的重建比較困難。但我們相信，隨著相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，這些方面的不足都將會得到進(jìn)一步的改善。