運用Slicer 3D重建技術實現三叉神經痛神經血管關系術前可視化（譯文）

張丹楓，陳吉鋼，韓凱偉，侯立軍

第二軍醫大學附屬長征醫院 神經外科，上海 200003

運用Slicer 3D重建技術實現三叉神經痛神經血管關系術前可視化（譯文）

張丹楓，陳吉鋼，韓凱偉，侯立軍

第二軍醫大學附屬長征醫院 神經外科，上海 200003

目的探討Slicer軟件和3D重建技術在術前明確三叉神經痛（TN）患者的神經血管關系（NVR）中是否比穩態捕獲快速MRI成像（MRI FIESTA）具有更高的準確性。方法研究納入40例行術前MRI FIESTA和顯微血管減壓術（MVD）患者。術前使用3D Slicer軟件重建和MRI分別確定神經血管關系和責任血管，結果與術中發現進行比較。結果在明確NVR方面，MRI FIESTA與術中發現的一致性（kappa值k=0.232），而3D重建與術中發現一致性（k=0.633）。兩種方法一致性無顯著差別（χ2=8.09，P=0.088）。在明確責任血管方面，MRI FIESTA與術中發現的一致性（k=0.373），而3D重建與術中發現的一致性（k=0.922），兩種方法一致性有顯著差異（χ2=82.01，P=0.000）。在明確NVR方面，MRI FIESTA的敏感性與特異性分別為87.2%和100%；3D重建的敏感性與特異性均為100%。結論在術前明確NVR和責任血管中，3D重建技術比MRI FIESTA具有更高的準確性。3D重建技術與術中發現一致，對術前決策和制定手術計劃更有幫助。

三叉神經痛；三維重建；穩態捕獲快速MRI成像；3D Slicer；神經血管關系；責任血管

引言

三叉神經痛（Trigeminal Neuralgia，TN）的特點是面部難以忍受的陣發性電擊樣疼痛，疼痛常常發生于單側，三叉神經的一個或者多個分支中。三叉神經入髓區的神經血管壓迫被普遍認為是特發性TN的主要原因[1]，因而，顯微血管減壓術（Microsurgical Vascular Decompression，MVD）成為其首選手術方式[2]。TN手術預后與神經血管壓迫程度密切相關[3]。因此，術前明確神經血管關系（Neurovascular Relationship，NVR）及其特征非常重要，不僅有助于MVD手術設計，而且能預測預后，從而幫助病人確定個體化最佳治療方法。

穩態采集快速成像（Fast Imaging Employing Steady-State Acquisition，FIESTA） MRI序列可以清晰地顯示腦脊液、神經血管結構，廣泛應用于包括三叉神經痛在內的后顱窩解剖結構的可視化。然而，僅靠FIESTA MRI序列不足以準確地判斷NVC，而且難以區分動脈和靜脈，因此需要另外一種MRI序列[4]。例如，FIESTA MRI與MRA結合可以很好的明確術前NVR[5]。然而，MRI相對昂貴且耗時較長，如果再加上一個掃描序列，就會給病人帶來更大的經濟壓力和心理負擔。因此，我們旨在利用3D Slicer軟件，僅通過FEISTA序列實現NVR術前可視化。

3D重建廣泛應用于解剖結構的交互演示，靈活性大，可以改變角度，讓人們更清楚地觀察到解剖細節。3D Slicer是一個開源軟件平臺，可用于3D重建。該軟件功能多樣，支持自動分割和重建，可以從任何角度觀察解剖結構[6]。

在本文中，我們比較了Slicer 3D重建與MRI FIESTA在三叉神經痛NVR術前可視化方面的準確度。

1 方法與材料

1.1 受試者

篩選我科于2013年1月～2015年4月間收治的104名TN患者，排除不符合納入標準的患者，共納入40位接受MVD治療的患者（表1）。所有患者均接受術前MRI FIESTA檢查和MVD。

表1 患者的MRI FIESTA 3D重建和術中發現比較

1.2 MRI檢查

MRI掃描均在1.5 T磁共振掃描儀（Signa Excite; GE Medical Systems, Milwaukee, WI, USA）上完成。對每位受試者進行MRI FIESTA序列掃描。根據前期文獻，本研究定義了3種神經血管關系：無關、接觸和壓迫，壓迫定義為神經成角或血管處發生位移[7-8]。

1.3 分割與三維重建

所有患者的醫學數字成像和通信（DICOM）圖像均導入到3D slicer軟件（3D Slicer 4.0）；進行分割和3D重建（圖1）。所有的MRI FIESTA序列和3D模型由兩位資深神經放射學專家分別進行評價。

圖1 通過FIESTA序列采集的三維軸位圖像

1.4 手術治療

所有采用MVD手術方式的患者均采用乙狀竇后入路，隨后行硬腦膜切開術和橋小腦角探查。打開蛛網膜，充分暴露三叉神經和周圍結構。鑒定和分離責任血管，在血管和三叉神經之間填充聚四氟乙烯涂層棉。術中應用內鏡多角度觀察NVR。手術記錄由術者記錄。3位神經外科醫生參與手術過程。術中發現是判斷NVR的金標準。

1.5 統計學分析

術中發現、術前MRI FEISTA和三維重建的一致性通過Kappa（k）統計數據來表現，分為極好（≥0.75）、良好（0.60～0.74）、 一 般（0.40～0.59）、差（＜0.4）。在 分 析NVR時，通過敏感性和特異性來評估MRI FIESTA和3D重建的預測價值。通過卡方檢驗研究MRI FEISTA與三維重建之間的神經血管差異。使用SPSS軟件包（SPSS，Chicago，IL，USA）進行了統計分析。P值顯著性水平為0.05。

2 結果

2.1 患者基本資料

本組人群包括25名女性和15名男性，年齡從30歲到78歲不等（平均61歲）。22例（55%）患者右側疼痛，18例（45%）患者左側疼痛。疼痛單獨累及三叉神經第一、第二、第三分支者數量分別為3（7.5%）、25（62.5%）和3（7.5%）。第一、二支合并疼痛者為3（7.5%），第二、三支合并疼痛者為4（10%），只有2例（5%）三叉神經痛患者累及到3個分支。

2.2 術中發現

有3種NVR：壓迫、接觸和無關。本組病例中，3例接觸，36例壓縮，只有1例無關。

分析責任血管時，小腦上動脈（SCA）壓迫23例；小腦前下動脈（AICA）壓迫7例，小腦中下動脈（SPV）壓迫5例，椎動脈壓迫2例。2例患者存在多根血管壓迫，其中一例是SCA與SPV合并壓迫，另一例是SCA與VA合并壓迫。

2.3 MRI FIESTA發現

探查患者責任血管，31例出現壓迫，其次是無關（n=6），3例患者出現接觸。MRI與術中發現之間Kappa值為0.232[95%置信區間（CI），-0.10～1.56]。在明確NVR時，MRI FEISTA的敏感性和特異性分別為87.2%和100%（表2）。所有患者的責任血管中，SCA占23例，AICA、VA和SPV分別占3例。2例患者中，SCA和VA均是三叉神經痛的責任血管。6例患者NVR為無關。在明確責任血管方面，MRI和術中發現的 Kappa 值是 0.373（95%CI，0.15～0.59）。

表2 術中發現和MRI FIESTA上神經血管關系比較（例）

2.4 三維重建發現

在分割和三維重建后，我們分別對不同的患者進行了責任血管和NVR的探查。35例患者出現壓迫，4例患者為接觸，1例患者為無關。三維重建和術中發現之間的Kappa值為0.633 [95%CI，0.25～1.0]。在明確NVR方面，三維重建的敏感性和特異性都是100%（表3）。在接觸和壓迫的病例中，SCA是主要的責任血管（n=21），其次是AICA（n=9），SPV（n=5）以及VA（n=2）。2例患者存在多血管壓迫，這與術中發現一致（SCA與SPV均受壓或SCA與VA均受壓）。三維重建和術中發現在明確責任血管方面的Kappa值為 0.922（95%CI，0.82～1.0）。

表3 術中發現和3D重建上神經血管關系比較（例）

2.5 MRI FIESTA序列與三維重建的比較

這兩種檢測方法在明確NVR方面的k值為0.195（95%CI，-0.13～0.52）。兩種方法之間存在著顯著差異（χ2=8.09，P=0.088）。

MRI FIESTA序列與三維重建在確定責任血管方面的Kappa值為0.321 （95%CI，0.10～0.54），兩種方法無顯著差異（χ2=82.01，P=0.000）。

3 討論

如前所述，MVD是治療TN的重要方法，因此術前判斷NVR十分重要。最近的報道認為術前MRI與3D重建技術在判斷NVR及責任血管方面十分有益[9-10]。

本研究中，40例患者進行了MRI FIESTA檢查及3D重建。單純利用MRI FIESTA判斷的責任血管與術中金標準相比，符合程度較低（k=0.373）；利用3D重建技術判斷的責任血管與術中金標準相比符合程度高（k=0.922）。MRI FIESTA與3D重建的結果之間有統計學差異（χ2=82.01，P=0.000），提示3D重建的結果與術中發現更加一致，比MRI FIESTA更能準確地判斷責任血管。對于利用MRI FIESTA與3D重建判斷血管神經關系，也可以得到與上面類似的結果。

利用3D重建技術判斷NVR的敏感性與特異性都是100%，而利用MRI FIESTA的則是87.2%和100%。Leal等[9]報道的3D高分辨MRI的敏感性與特異性是96.7%與100%，Vergani等[10]報道則是96%與75%。這表明3D重建技術比MRI FIESTA和3D高分辨技術能更高地判斷NVR。

MRI FIESTA序列能較好地識別被腦脊液包繞的結構，因而對于判定血管神經壓迫有效[11]。然而單獨的MRI FIESTA并不能區別動脈與靜脈，同時對于判斷責任血管效果較差[12]。在我們的研究中，MRI FIESTA判斷責任血管的結果與術中發現相差較大。

3D slicer是一款開源圖像處理軟件[13]。在基于MRI FIESTA序列的分割與重建條件下比MRI FIESTA更好的準確性。另外，利用3D slicer分割與重建出來的圖像比利用工作臺重建的圖像更加清晰，能更好分辨出橋小腦角結構。與前期研究不同的是，我們可以從任何角度觀察NVR，從而有利于排除MRI FIESTA中假陽性結果[14-15]。

在早期利用MRI判斷血管神經壓迫的研究中，Masur等[16]發現MRI中的三叉神經移位或者壓迫與臨床中三叉神經痛相關，而單純的血管神經接觸則并不會都引起三叉神經痛。實際上，許多三叉神經痛的患者并沒有血管神經壓迫，對于此類病人，MRI對于決定治療策略并無明顯作用。對于沒有實際壓迫的病人，盡管MVD對于MRI中假陰性的患者有效，但也是對患者的一種傷害[8]。本研究中，83.3%（5/6）在MRI FIESTA上面被認為無血管神經壓迫的患者被3D重建證實為有壓迫，這些血管壓迫經術中確認表現為血管環。在MRI FIESTA看不到的角度上，這些彎曲的血管環壓迫并牽拉著三叉神經。本研究有利于辨別此類患者。

對于責任血管，本研究與前期研究一致[15-17]。小腦上動脈是主要的責任血管，其它常見血管為小腦前下動脈、巖上靜脈和椎動脈。2例患者為多根血管壓迫，1例是小腦上動脈與巖上靜脈，另1例為小腦上動脈與椎動脈。如前所述，MRI FIESTA最大的缺點在于難以判別動脈與靜脈。本研究通過重建技術準確識別5例巖上靜脈壓迫的患者，而在這5例中，2例在MRI FIESTA上認為是動脈壓迫。盡管術中發現為判斷的金標準，然而由于手術術野的限制，術者有時很難準確地判定責任血管[14]。相反，對三叉神經及其周圍的結構進行重建視野更加廣闊，并且多角度地追蹤責任血管的來源。

本研究不足如下：首先，入選患者的樣本量偏少，可能導致偏倚；其次，利用3D slicer進行重建需要一定時間的學習，且該軟件的界面并不友好；再者，盡管我們在辨認靜脈作為責任血管上有了進步，但是距離克服一些真實場景下的缺點還有一段距離。因而需要一些大樣本前瞻性研究來進一步確定3D重建的有效性。

4 結論

三叉神經痛是一種由于血管神經壓迫所導致的臨床癥狀，而MVD是一種廣為接受的治療方式。術前精確地判定NVR對于手術準確十分重要。術前根據MRI FIESTA進行3D重建的結果與術中發現高度一致，因而對于術前準備有益。然而還需要一些大樣本前瞻性研究來進一步確定本研究結果。

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Presurgical Visualization of the Neurovascular Relationship in Trigeminal Neuralgia with 3D Modeling Using Free Slicer Software

ZHANG Danfeng, CHEN Jigang, HAN Kaiwei, HOU Lijun
Department of Neurosurgery, Changzheng Hospital, Second Military Medical University, Shanghai 200003, China

ObjectiveTo explore whether segmentation and 3D modeling are more accurate in the preoperative detection of the neurovascular relationship (NVR) in patients with trigeminal neuralgia (TN) compared to MRI fast imaging employing steady-state acquisition (FIESTA).MethodsSegmentation and 3D modeling using 3D Slicer were conducted for 40 patients undergoing MRI FIESTA and microsurgical vascular decompression (MVD).ResultsThe NVR, as well as the offending vessel determined by MRI FIESTA and 3D Slicer, was reviewed and compared with intraoperative manifestations using SPSS. Thekagreement between the MRI FIESTA and operation in determining the NVR was 0.232 and that between the 3D modeling and operation was 0.6333. There was no significant difference between these two procedures (χ2= 8.09,P=0.088). Thekagreement between the MRI FIESTA and operation in determining the offending vessel was 0.373, and that between the 3D modeling and operation was 0.922. There were significant differences between two of them (χ2=82.01,P=0.000). The sensitivity and specificity for MRI FIESTA in determining the NVR were 87.2% and 100%, respectively, and for 3D modeling were both 100%.ConclusionThe segmentation and 3D modeling were more accurate than MRI FIESTA in preoperative verification of the NVR and offending vessel. This was in consistent with surgical manifestations and was more helpful for preoperative decision and surgical plan.

3D modeling; 3D slicer; MRI fast imaging employing steady-state acquisition; neurovascular relationship; offending vessel; trigeminal neuralgia

R445.2

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2017.12.005

1674-1633(2017)012-0020-05

2017-11-22

國家自然科學基金（81371382）；國家自然科學基金（81671206）。

侯立軍，教授，博士生導師，主要研究方向為顱腦創傷、顱腦腫瘤。

通訊作者郵箱：lijunhoucz@126.com

本文編輯 王靜