神經內鏡經蝶手術三維可透視化模型的構建及術前規劃作用的研究

武曉瑛，湯敏，繆星宇

(1.陜西省人民醫院骨科;2.陜西省人民醫院影像科;3.陜西省人民醫院神經外科，陜西 西安 710068)

神經內鏡下經蝶鞍區手術是目前鞍區占位病變切除最微創的手術方式［1］，但神經內鏡提供的二維鏡下圖像缺乏立體感，對手術入路及病變區域的解讀可能產生一些分歧和偏差，這有可能導致蝶鞍區手術產生的致命性影響［2－3］。本研究收集患者術前CT、MRI、MRA等影像數據，利用 Vitreafx影像學數據工作站進行處理，構建了個體化、可透視的三維數字解剖模型，并在術前模擬神經內鏡經蝶手術過程，與實際手術對比;初步總結內鏡經蝶手術三維可透視化模型構建和在術前規劃中的應用經驗，以指導臨床工作。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2014年3月至2015年3月經MRI診斷為鞍區腫瘤的患者36例。其中男19例，女17例;年齡21～75歲，平均(49.2±15.4)歲。臨床病理診斷為大型垂體腺瘤18例;巨大型垂體腺瘤12例;Rathke囊腫2例;顱咽管瘤3例;鞍上后床突脊索瘤1例。所有患者均簽署知情同意書。

1.2 原始數據采集及模型構建

所有患者術前均行CT和MRI薄層頭顱掃描。CT(TOSHIBA Aquilion one 320排)采用連續軸位螺旋掃描，層厚0.5 mm，間隔 0.5 mm，顯示野(FOV)220 mm，矩陣 256 ×250;MRI(PHILIPS 1.5T)采用T1加權及T1加權對比增強連續薄層掃描，矢狀位，層厚1.0 mm，間隔 0 mm，FOV 240 mm，距陣 512 ×512，靜脈注射順磁性造影劑釓噴酸葡胺后掃描，必要時加掃CTA或MRA。影像資料以DICOM格式導人Vitreafx圖像工作站(TOSHIBA公司)進行數據處理。建立蝶鞍區三維可透視化立體旋轉模型，并采用仿真內窺鏡模式觀察，修剪圖像，保留手術入路及腫瘤周邊相關斷面。通過3D預覽模式排除人為因素造成的圖像丟失。最后調整對比度和灰度，使相應顯影效果達到最佳狀態，供手術使用。

1.3 原位顯示組織結構

首先通過軟件分割各相關解剖結構，單獨顯示蝶鞍區骨質、血管、視神經、垂體、腦組織、腫瘤等;然后通過使用閾值和擦除工具，修剪各解剖結構圖像，使圖像清晰光滑;最后將各解剖結構以不同顏色標記，以區分顯示。

1.4 經單側鼻孔—蝶竇入路術前模擬

從不同角度觀察和了解入路相關的解剖結構和腫瘤形態、供應血管和毗鄰關系，測量入路角度、距離，如蝶竇定位等指標。通過放大視野、旋轉模型、改變透明度等方式反復比較手術步驟中的處理及注意事項，如鞍底結構、頸內動脈隆突、視神經隆突、視神經－頸內動脈凹陷觀察、保護頸內動脈和視神經等，制定詳盡的手術方案。根據三維可透視化手術模擬情況，按選定的手術入路實施手術，并與三維可透視化手術模型作對比分析，具體如下。

術前通過個體化的可透視蝶鞍區模型，模擬神經內鏡下單鼻孔經蝶竇入路鞍區占位病變切除手術。逐層分區域顯露并觀察相關及剖定位標志，即鼻腔內軟組織、鼻中隔、中鼻甲、上鼻甲、后鼻孔、蝶竇開口、蝶骨嵴、蝶鞍區骨質、蝶竇、蝶竇間隔、頸內動脈隆突、視神經隆突、視神經－頸內動脈凹陷、視神經、視交叉、視神經管、斜坡骨質、頸內動脈和腫瘤等，用于術中定位?？赏敢暤皡^模型的提供旋轉功能，通過多角度觀察腫瘤與鞍底、視交叉、視神經、頸內動脈、下丘腦的空間毗鄰關系，明確切除腫瘤的技術要點，如測量蝶竇開口與蝶竇內部各部位及后鼻孔的角度和距離，指導蝶竇前壁開窗的位置及角度;測量鞍底與頸內動脈隆突、視神經隆突、視神經—頸內動脈凹陷、鞍結節、鞍背的距離和角度，指導鞍底的開窗。切除侵犯人海綿竇內的腫瘤時，確定是否打開海綿竇內側壁以及打開的方位和范圍，以制定個體化的手術方案。

2 結果

2.1 經單側鼻孔—蝶竇入路模擬手術與實際手術比較

本組病例手術均在神經內鏡下完成，手術中虛擬三維圖像有手術進程同步顯示，依照手術路徑多視角觀察并分析手術路徑中的解剖結構和處理要點?？赏敢暤皡^模型能夠明確觀察蝶竇前壁、鞍底、蝶竇間隔等解剖標志(圖1)。手術結果顯示，根據方案實施的手術術野顯露良好，術中解剖與手術模擬結果吻合。但鞍底的海綿間竇、垂體和垂體柄、鞍底硬腦膜等細微結構在三維可透視化模型中沒有看到，而在實際手術中內鏡下均可發現。

圖1 個體化可透視蝶鞍區模型三維圖像

2.2 手術結果

本組36例患者，術前手術區域均成功構建三維可透視化模型。手術前三維可透視化模擬手術，術中各種解剖結構定位明確，手術時間顯著縮短。30例垂體腺瘤及2例Rathke囊腫患者均達到術中全切;3例顱咽管瘤中2例術中全切，1例術中切除約90%，僅鈣化部分殘余;1例鞍上后床突脊索瘤術中切除約80%。全組病例平均出血量30mL，無術中輸血。全組病例無手術死亡及術后嚴重并發癥。

3 討論

蝶鞍區域匯集了顱底最密集復雜的的血管神經及重要組織結構，毗鄰結構復雜［4－5］;從解剖學角度，經蝶斜區域顱底手術是手術路徑最短，治療最直接的手術入路。蝶竇是暴露顱底中央區的唯一自然腔隙，也是顱底中央區手術路徑最近、最微創的操作入路途徑［5］。神經內鏡克服了傳統顯微鏡下經鼻蝶入路視野不足的缺點，深部照明好且術野清晰，可提供多視角觀察，操作靈活，不僅可消除盲區，拓展顯微鏡下手術視野，還可為深部視野提供更好的觀察質量，神經內鏡視野下手術操作具有較高的精確性與安全性［6－7］，神經內鏡下擴大經鼻蝶手術切除蝶竇斜坡區病變成為理想的手術方式［8－9］。但神經內鏡僅能提供的二維鏡下圖像缺乏立體感［10］，要求術者不僅要有較好的解剖知識，而且還要有清晰的術區三維概念。而目前手術前影像學提供的數據信息，不論MRI還是CT的冠狀位、矢狀位及軸位均為二維解剖關系圖像，易受手術入路和視角的影響。內鏡手術中術野形態的分析完全依賴手術醫生的三維重建經驗，個人思維方式和空間重建能力的不同，對鞍區腫瘤空間位置和結構的理解會產生分歧和偏差，非常不利于精確性要求很高的顱腦手術，尤其對于蝶鞍斜坡區的手術將產生致命性的影響。本研究利用CT、MRI、MRA等影像數據，經 Dextroscope影像學數據工作站處理后構建的三維數字解剖模型，進行三維重建與可透視化。可透視蝶鞍區模型的提供旋轉功能，通過多角度全方位顯示，便于對手術區周圍結構的觀察理解，提高了術者在術前的信心，對手術醫生術前個體化掌握患者蝶鞍斜坡區域的解剖關系有極大幫助。另外，本研究經單側鼻孔—蝶竇入路模擬手術中，鞍底的海綿間竇、垂體和垂體柄、鞍底硬腦膜等細微結構在三維可透視化模型中沒有看到，而在實際手術中內鏡下均可發現。一部分是因為海綿間竇、垂體、垂體柄被腫瘤壓迫、變扁，一部分是由于影像分辨率的原因，術前影像不能觀察到，而腫瘤切除后這些組織才得以暴露。

目前，隨著醫學影像技術和計算機技術的發展，有關人體解剖結構的三維重建及可視化研究已經成為醫學影像學研究熱點［11－12］。而目前神經內鏡下經前方入路切除前顱底、蝶鞍斜坡區病變也是顱底外科發展的一個趨勢［13］，在蝶鞍斜坡等顱底手術前，利用重建的蝶鞍斜坡區域數字模型，術前準確地評估血管神經、顱底骨質和腫瘤的分布及毗鄰關系，虛擬現實環境下個體化重建斜坡及經前方入路解剖模型，觀察經前方入路到達斜坡時所涉及解剖結構，模擬手術入路，手術醫生可通過對虛擬圖像進行交互模擬操作制定手術路徑，制定詳細而準確的手術計劃，將會大大提高鞍區腫瘤手術的成功率及安全性。

不同患者的解剖結構不同，蝶鞍斜坡區域變異較大;病理改變，亦會導致局部實際結構與解剖圖譜及手術圖譜并不一致;在臨床應用方面，即使專家具有豐富的手術經驗，但面對一些疑難病例，手術風險也很大。因此手術前規劃手術路徑、擬定手術計劃、反復模擬手術過程直至方案成熟，可以縮短手術時間，減少手術并發癥［14－15］。目前，應用虛擬現實技術對前方入路到蝶鞍斜坡區的三維數字模型重建及虛擬現實模擬手術技術尚需進一步的研究和探討，使外科手術越來越安全、精確，創傷越來越小。

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