3D-Slicer軟件在橋小腦角區腫瘤的術前應用

岳振宇 劉展 王艮衛 陶勝忠 ?？肆?/p>

鄭州大學第二附屬醫院（鄭州450003）

3D-Slicer 軟件是一款主要由美國國立衛生研究院（NIH）資助免費開源區影像后處理軟件。該軟件是可以在多種操作系統上（Windows、MAC、Linux）使用的免費開源碼使用包，可通過繪畫、多邊形輪廓和各種連通性和形態學工具進行閾值分割，具有三維重建、配準、融合、分割等功能，主要用于生物醫學圖像的分析和可視化，并用于研究［1］。橋小腦角（cerebellopontine angle，CPA）區位于后顱窩的前外側端，是由橋腦外側緣、小腦半球前外側前部、顳骨巖尖圍成的狹小空間。此處的重要性在于三叉神經、聽神經、面神經、小腦前下動脈、內聽動脈等集中于此。CPA區腫瘤很常見，占所有顱內腫瘤的6% ～10%，而在CPA 區腫瘤中聽神經瘤［2］和腦膜瘤［3-4］占絕大多數，其他如三叉神經瘤、蛛網膜囊腫、膽脂瘤等，腫瘤種類較多且特征性不明顯，臨床診斷往往困難，手術過程較復雜，影響手術入路選擇的因素眾多，包括靜脈竇［5］、腫瘤周圍神經、血管等因素，很多醫生根據經驗及二維影像來設計手術切口及骨瓣位置，但它們仍然只能為小腦角、巖斜區和深中線結構提供有限的視角［6］，同時腫瘤的占位效應會導致腦組織正常解剖位置的移位，給手術的操作造成了更大的困難［7］，乙狀竇后入路是進入橋小腦角區的主要入路，但問題在于如何快速實施乙狀竇后入路開顱以及怎樣達到良好的術中顯露、避免術中過多出血及靜脈竇損傷和減少術后并發癥的發生等［8-10］。本研究利用3D-Slicer 軟件的三維重建、配準等功能，對頭皮、顱骨、靜脈竇、腫瘤周圍腦神經及血管進行重建，用于術前皮膚切口及骨瓣位置的規劃，輔助橋小腦角區腫瘤切除手術的實施。

1 資料與方法

1.1 一般資料回顧性納入2018年10月至2020年9月鄭州大學第二附屬醫院神經外科收治的橋小腦角區腫瘤患者。納入標準：頭部MRI 平掃增強證實CPA 區單發腫瘤，直徑≤5 cm，排除手術禁忌。其中男8 例，女12 例；年齡35 ～65 歲，平均（54.8 ± 6.1）歲；術后病理送檢回示，三叉神經瘤1 例、腦膜瘤4 例、膽脂瘤6 例、蛛網膜囊腫4 例、聽神經瘤5 例。本研究已獲得醫院倫理委員會批準和患者知情同意。

1.2 影像學方法患者均進行CT 和MRI 診斷檢查。影像學數據獲取頭顱影像原始數據（雙源CT、西門子3.0T MRI）通過院內網病歷系統軟件系統獲取。數據格式為DICOM。

1.3 3D-Slicer 重建本研究病例均使用3D-Slicer軟件（3D-Slicer4.10.0）進行重建。將CT、磁共振平掃+增強、MRV 等影像資料以DICOM 格式導入，使用General Register（BRAINS）模塊將CT、MRI 數據進行融合、匹配，運用Transforms 模塊進行匹配后的固定，使CT、MRI、MRV 等圖像位于同一坐標中，然后運行Segment Editor 模塊、Model 模塊、Volume clip with model 模塊，完成頭顱、顱骨、血管、腫瘤等的模型三維重建，運用Volume Rendering 進行各模型顯像。通過調整透明度，顯示內部腦組織、腫瘤、靜脈竇等重要解剖結構，對模型進行旋轉、剪輯以及測量，從不同角度、不同方向觀察腫瘤與周圍結構的關系，通過感興趣區域（ROI）進行觀察。在虛擬現實圖像中，對不同病例結合靜脈竇及顱骨重建情況，進行皮膚切口及骨窗設計。

1.4 手術方法20 例橋小腦角區腫瘤患者均在術前三維重建基礎上，根據乙狀竇后入路，精確設計手術切口和及骨窗位置，并在全麻氣管插管下順利完成開顱手術。

2 結果

2.1 手術情況本組20 例患者均根據3D-Slicer 軟件三維重建結果術前制定開顱計劃，設計皮膚切口位置，根據體表投影靜脈竇的位置設計骨窗，并按計劃順利完成手術，本組所有病例均可滿意顯露橫竇乙狀竇拐角，術中無不可控的乳突導靜脈及靜脈竇破裂出血情況。術中骨瓣大小位置適中，可提供較好的直達病變位置的手術視野，使乙狀竇后入路快速、簡單，出血量極少，術野干凈整潔，可有效避免靜脈竇損傷，極大地縮短了手術時間。

2.2 典型病例患者男，53 歲，以“左側耳鳴伴聽力下降半年余”為主訴入院。入院診斷為“左側橋小腦角區占位”。查體：無聲嘶、吞咽困難等，左耳聽力差，雙側瞳孔等大等圓，直徑約3.0 mm，對光反射均靈敏。

術前行頭顱CT、頭顱MRI、MRV、MRA，將影像學資料導入3D Slicer 軟件，進行融合，可將CT 及MRI 置于同一窗口（圖1A、1B），通過調節閾值可在骨窗像上觀察磁共振上腫瘤的位置。經三維重建后，可在軸位圖上觀察腫瘤（圖1C），更為直觀。利用CT 重建頭皮、血管、顱骨（圖2），然后將重建結果同時顯影，確定乙狀竇、腫瘤位置。根據體表投影定位，確定骨窗位置（圖3A），調節頭皮透明度后根據骨瓣位置確定手術切線（圖3B），測量外耳道至乙狀竇與橫竇交界在顱骨表面的距離，精確在體表定位，采用乙狀竇后入路，取直切口。術中手術切口、骨窗與重建結構基本吻合（圖3C），通過導航驗證腫瘤切除范圍，基本達鏡下全切。術后10 d 余，傷口愈合拆線出院，病理報告提示：神經鞘瘤。

3 討論

橋小腦角（CPA）區有多對腦神經和腦血管重要區域，由橋腦、小腦前部和顳骨巖部構成。它以內耳道（IAC）為中心，從Ⅳ神經尾端延伸到第IX-XXII 顱神經復合體［11］。CPA 區腫瘤臨床表現與病變自身性質無關，而是主要與病變所涉及的神經或大腦結構有關［12］，因此，CPA 區腫瘤的手術較為困難。在神經外科中，治療腦腫瘤最直接有效的方法就是進行手術，精確的手術入路和開顱術的術前計劃非常重要［13］，橋小腦角區的腫瘤手術常應用乙狀竇后入路，在此入路中找到“星點”即可確定骨孔位置。但在實際手術操作中，并非每個患者的“星點”解剖位置均正對橫竇、乙狀竇交界，可能存在解剖變異［5，14］。乙狀竇后入路開顱術是神經外科常用開顱術中較難掌握的一種［15］，有經驗的神經外科醫生將解剖結構與術前二維（2D）影像聯系起來定位顱內病變，然而，這種方法的準確性有時并不令人滿意，因為與臨床經驗密切相關［16］，處理不當會出現橫竇乙狀竇轉折處顯露不佳或者過度顯露，術中導靜脈或靜脈竇損傷出血及術后皮下積液、傷口愈合不良和腦脊液鼻漏等并發癥［17］。因此靜脈竇的保護、骨窗的設計顯得尤為重要。

圖1 典型病例術前的3D MRI 及CT 圖像及其融合圖像Fig.1 Preoperative 3D MRI and CT images and fusion images of typical cases

圖2 3D 重建后的圖像Fig.2 Image after 3D reconstruction

應用3D-Slicer 軟件對普通影像資料進行重建，構造出頭皮、顱骨、靜脈竇、腫瘤與腦組織等模型（圖2），進行多模態融合，利用閾值的調控，增加顱骨的透明度，可有效透視靜脈竇及腦組織，從而設計滿意顯露橫竇乙狀竇拐角的骨窗（圖3A）；再次顯示頭皮模型，通過增加透明度，根據所見骨瓣設計皮膚切口（圖3B），測量外耳道至乙狀竇與橫竇交界在顱骨表面的距離，精確在體表定位，從而設計出手術入路，在典型病例中已經得到驗證（圖3）。通過3D-Slicer 三維重建多模態融合輔助，使乙狀竇后入路操作快速、簡單，可有效避免靜脈竇損傷，使出血量極少，術野干凈整潔，極大地縮短了手術時間。

有些學者對一些淺表腫瘤以及血腫，還可將重建后虛擬圖像導入手機，通過軟件將導入圖像與患者頭部相應解剖位置及標記位置融合，或者通過Sina 軟件結合重建圖片投射到患者頭部［18］，達到簡易增強現實的效果，增加手術精確度，已經取得了良好的效果，也可以應用于脊椎腫瘤手術等的應用［19］，為手術的操作提供了很大的便捷。對于3D-Slicer 軟件橋小腦角區腫瘤切除應用中的研究較少。3D-Slicer 軟件被各國臨床醫生廣泛探索［20-21］，可以輔助3D 打印技術［22-23］，幫助手術醫師快速準確的確定手術入路完成手術，也可用于規范化培訓中的常規教學［24］。在術前談話中還可利用重建圖像向患者和家屬更好解釋手術方案及風險，讓患者和家屬對手術過程和手術風險有了充分“知情權”，和諧醫患關系［25］。

本研究中樣本量較少，需要較多的臨床病例進行探索，而且建模對影像學資料要求較高，影像學資料質量直接影響重建效果，有些特殊序列掃描需與放射科醫師進一步溝通討論。

綜上所述，3D-Slicer 軟件術前對靜脈竇、頭皮和顱骨的重建進行多模態融合，可幫助設計精確的骨瓣，可較好保護橫竇、乙狀竇，為橋小腦角區腫瘤切除常用的乙狀竇后入路提供更加精確的指導，可以使橋小腦角區腫瘤的手術更加精確、微創、安全、快速；3D-Slicer 軟件較平常的二維影像定位診斷更加立體直觀，相較于神經導航系統，花費較少，且操作簡單易學，值得在橋小腦角區腫瘤切除手術中進行推廣應用。