多模態影像融合技術聯合3D打印技術在經蝶垂體腺瘤切除術中的應用

陳忠儀,洪文瑤,廖正儉,鄭詩豪,黃繩躍,劉宇清

(福建省立醫院神經外科、福建醫科大學省立臨床醫學院,福州350001)

垂體腺瘤是常見的顱內良性腫瘤之一,經單鼻孔蝶竇入路切除垂體腺瘤,具有創傷小、恢復快等特點,已成為目前治療垂體腺瘤的常規的術式[1]。由于鞍區毗鄰解剖結構十分復雜,如頸內動脈、視神經、海綿竇、前顱底、下丘腦、斜坡等均與鞍區結構關系密切[2-3]。經蝶手術雖然創傷小,但對于手術入路有著極高的要求,如果手術路徑發生偏差,存在極大的風險,甚至可能危及患者的生命。因此,正確的手術入路對于經蝶垂體瘤切除術成功的實施顯得格外重要[4]。為此,本研究探討多模態影像融合技術聯合3D打印技術在經蝶垂體腺瘤手術中的應用價值。

1 對象與方法

1.1 研究對象

選擇2015年6月—2016年9月福建省立醫院收治的垂體腺瘤患者5例,男3例,女2例,年齡25～76(45.5±3.1)歲。臨床表現為頭痛、視力下降、視野縮小及月經紊亂、泌乳2例,性功能減退1例,肢端肥大1例,肥胖1例。泌乳素腺瘤2例,生長激素腺瘤1例,促腎上腺皮質激素腺瘤2例。大腺瘤(直徑1～4 c m)3例,巨大腺瘤(直徑＞4 c m)2例。

1.2 研究方法

1.2.1 術前手術方案的設計

應用多模態影像融合技術將CT、MRI圖像融合,獲得關于腫瘤及其毗鄰神經血管結構的關系、蝶竇的發育、破壞及腫瘤對鞍底骨質影響情況的信息。在co mmunication system(PACS)系統中以DICOM格式輸出,并在計算機上將患者二維DICOM原始數據導入Mi mics統計軟件中,采用動態自適應區域生長的分割方法,根據顱骨、血管和腦膜瘤灰度值差異,取不同的I值分割出目標區域的圖像,提取完整的組織結構,重建三維虛擬模型。對整體顱腦三維虛擬模型進行優化處理,剔除無關的組織結構,以簡化模型。同時,獲取用于手術規劃的信息數據,并根據CT原始坐標系,將顱骨、血管和腦膜瘤等組織結構裝配融合,獲得同一坐標系下各組織結構的三維可視化復合虛擬模型,以直觀地顯示垂體腺瘤的部位、大小、周邊和內部血管的關系。再應用3D打印技術,將三維可視化復合虛擬模型以Surface Tesselation Language(STL)格式導入快速成型機前處理軟件,采用光固化成型技術,將三維可視化復合虛擬模型實體化,制作出與實際大小一致的實體解剖模型,即為設計的手術方案。

1.2.2 手術方法

對5例患者行經蝶垂體腺瘤切除術。患者取仰臥位,頭垂15°。采用氣管插管、全身麻醉。麻醉后,常規消毒、鋪巾,Har dy氏撐開器放入右側鼻腔,見右側蝶篩隱窩和蝶竇開口,電凝鼻黏膜,銳性切開長約1.5 c m,神經剝離子扒開黏膜,撐開器將鼻中隔推向左側,固定撐開器,并沿中線咬除蝶竇前壁骨質,進入蝶竇,電凝切口蝶竇后壁黏膜。磨鉆磨開鞍底骨質,咬骨鉗擴大骨窗,穿刺腫瘤,未抽出液體。然后,電凝后“十字”切口硬膜,可見腫瘤組織,腫瘤刮勺和腫瘤鉗分塊除腫瘤組織。見鞍隔塌陷滿意,并無明顯的可切除腫瘤組織后,顯微鏡下徹底壓迫止血,以人工腦膜封閉鞍底,鞍底重建,鼻腔放置止血膨脹海綿,術畢。

2 結果

5例患者術前均構建出三維可視化復合虛擬模型(封四圖1)。3D技術打印出垂體腺瘤實體模型,其可清晰地顯示腫瘤與顱骨、蝶竇、鞍底及鞍底硬膜、頸內動脈、海綿竇的關系(封四圖2)。

5例患者術后均順利出院,均無手術死亡,無術后顱內感染、出血及腦脊液漏。術后一過性尿崩1例,伴有電解質紊亂1例,均經對癥治療后恢復正常。1例術后垂體功能低下,給予長期激素替代治療。術前視力下降的3例,術后均有改善。5例患者均獲隨訪,隨訪時間3～18個月,腫瘤均無復發。

3 討論

經蝶垂體腺瘤切除術已成為目前治療垂體腺瘤的常規方法,較傳統的開顱切除術治療垂體腺瘤的術后并發癥和復發率均明顯降低[4]。然而,蝶竇和鞍底的準確定位是影響該術式手術時間長短和安全性的主要因素。傳統的定位方法主要依靠解剖標志和術者的經驗,對于蝶竇氣化不良、蝶竇內分割過多、鞍底扁平或二次手術導致解剖結構紊亂的患者,會使手術變得非常困難,風險明顯增大。

多模態影像融合技術是將同一對象在不同成像機制下得到的多幅圖像進行空間配準和疊加,其優點在于克服了單一影像模式的局限性,從而獲得更為準確、全面、嚴謹及更具細節的影像學信息,達到優勢互補、綜合利用的目的[5]。多模態影像融合神經導航系統是當今神經外科技術進一步向常規手術精確化、開放手術微創化、復雜手術簡單化的技術手段,其多源影像數據疊加技術,可以同時對CT、CTA、MR-Tl、MR-T2、MRA、f MRI及PET、腦磁圖等任意兩種以上影像數據進行自動和手動融合[6]。近年來,在經蝶垂體腺瘤手術中的應用多模影像融合技術已開始漸漸引起人們的關注[7-8]。MRI是目前垂體病變的首選影像學檢查方法,MRI對軟組織和神經結構分辨率高,能準確顯示垂體內病變形態、大小、位置、血供和確定腫瘤與鞍旁軟組織結構的關系,但對骨性結構顯示欠佳[9]。CT成像的優勢是能提供骨結構和鈣化的詳細影像,在經蝶手術中能很好地顯示骨性標志,更好地定位蝶竇前壁和鞍底以及明確骨質受破壞程度,但對垂體及腫瘤不能精確顯示[10]。影像融合技術可以將CT和MRI圖像融合在一起,實現影像信息的優化和互補,并可根據術者的要求調配兩者的對比度來客觀顯示病灶與周邊組織結構的位置關系[11],實時引導手術進程,為手術的準確性和安全性提供保障[12]。

3D打印技術是快速成型技術之一,20世紀80年代首先應用于工程領域,其利用分割成層狀的重建三維可視化模型,行逐層堆積成實體模型,是使用三維數據制造實體模型的一種行之有效的方法。經過30多年的發展,3D打印技術現已在醫學模型制造、個性化醫療器械制作、人工組織器官替代品制作等醫學領域中逐步應用。目前,國際上利用3D打印技術制造醫學模型的研究及應用主要在頜面外科、口腔科、骨科等領域,并已初步取得了良好的效果[13]。然而,在神經外科領域中3D打印技術也逐漸應用[14-17],但采用多模態影像融合3D打印技術重建的垂體腺瘤實體模型并應用于臨床手術指導少見報道。

本研究中,5例患者均采用多模態影像融合3D打印技術,成功構建垂體腺瘤實體模型,可清晰地顯示腫瘤與鞍底顱骨、垂體、海綿竇及周邊血管的關系。5例患者術后均順利出院,均無手術死亡,無術后顱內感染、出血及腦脊液漏,提示通過實體解剖模型可以幫助術者在最短的時間內選擇正確的路徑找到蝶竇開口和鞍底,并可減少在術中對周圍重要神經、血管結構的損傷,同時能夠準確確定鞍底及骨窗位置,保證手術入路的正確方向,從而縮短手術時間,提高腫瘤切除率,減少術后并發癥。