3D Slicer多模態影像融合技術在腦膜瘤手術中的應用

李志強 李筱姝 夏吉勇 徐 亮 孫躍春 苗 林 任雅盼

隨著顯微神經外科技術的發展，手術治療腦膜瘤的水平日益提高，腫瘤全切除率明顯提高，而手術并發癥發生率明顯降低[1]。但對顱底腦膜瘤或巨大腦膜瘤，手術難度和風險仍很大。2016 年6 月至2019年5月應用3D Slicer多模態影像融合技術輔助手術治療顱底腦膜瘤或巨大腦膜瘤12例，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料12 例中，男8 例，女4 例；年齡36～65歲，平均（45.8±3.7）歲；病程2周至10年，平均（32.1±11.1）個月。均為首次手術，單發，術前未放療。

1.2 影像學資料MRI 檢查示蝶骨嵴腦膜瘤4 例，鞍結節腦膜瘤2 例，大腦鐮旁腦膜瘤4 例，大腦凸面側裂區腦膜瘤2 例；腫瘤最大徑20.3～50.4 mm，平均（36.1±4.3）mm。根據需要重建的結構選擇影像學檢查：CT、MRI可重建腫瘤、顱骨、顱神經；TOF-MRA序列可重建動脈；DTI序列可重建白質纖維束；MRV可重建較粗的靜脈及靜脈竇。12例根據需要重點觀察的結構，選擇影像學檢查，CT 及MRI 均采用容積掃描，CT層厚設置為2 mm，MRI層厚為1 mm。將獲取的數據以DICOM 格式導入計算機，應用3D Slicer 軟件不同模塊進行處理。

1.3 腦膜瘤的影像學評估 用3D Slicer 軟件General Registration 模塊將CT、MRI 影像進行配準融合。顱骨、腫瘤、周圍血管及白質纖維束、顱神經進行三維圖像重建。以1 例右側蝶骨嵴腦膜瘤為例具體介紹：①用3D Slicer 軟件Segement Editor 模塊處理CT及MRI 數據，對顱骨、腫瘤、顱神經（視神經）進行三維重建（圖1A、1B），可見腫瘤大小及其在顱內位置；②基于MRA-TOF 序列及CT 數據用3D Slicer 軟件Volume Rendering 建模，Editor 模塊重建顱內動脈與腫瘤（圖1C、1D），能顯示動脈是否有移行牽拉及浸潤；③基于DTI序列用3D Slicer軟件Editor模塊進行錐體束與腫瘤重建（圖1E、1F），為了更接近實際情況，也可使用CSD 或Contrack 算法進行追蹤，quench編輯修改，可明確腫瘤與錐體束關系，明確纖維束是否受腫瘤推擠，指導規劃術中腫瘤邊界的切除范圍及評估預后；④根據需要可以基于MRV 數據用3D Slicer軟件Editor模塊對重要靜脈、靜脈竇、腫瘤進行重建，判斷腫瘤的引流靜脈以及是否侵犯或壓迫靜脈竇；⑤腫瘤切除術中情況與術前三維重建去除腫瘤時情況對比完全一致（圖1G、1H）。

圖1 1例蝶骨嵴腦膜瘤手術前后腫瘤與顱骨、動脈、白質纖維、顱神經的三維重建與融合過程

1.4 手術預案的制定、實施 將多模態融合三維重建好的腦、腫瘤、顱骨、顱神經、白質纖維及重要血管的虛擬影像，通過3D Slicer軟件的3D Viewer窗口進行三維顯示，根據需要可調整各個角度進行觀察，對一些不重要的結構可以選擇性隱藏、淡化、透明化處理，以便對感興趣區域進行著重觀察，充分掌握腫瘤及病變周圍的顱骨、重要血管、顱神經的毗鄰關系，判斷腫瘤全切除的難度、易于損傷的部位、腫瘤切除的順序、供血動脈及引流靜脈的處理等，精準術前規劃，詳細設計手術方案。根據具體情況還需綜合考慮以下因素[2]：①手術路徑盡可能短；②能良好顯露病變，能避開或減少重要血管、神經、錐體束牽拉的直視病變的路徑；③充分利用解剖腔隙或潛在的自然間隙；④對病變侵犯包繞的神經血管及靜脈竇格外注意，術前需提前評估好切除范圍，要警惕腫瘤部分殘留的風險；⑤術前要盡量明確腫瘤的供血動脈及引流靜脈，選擇相對容易處理的腫瘤基底部分的手術入路。

2 結果

2.1 手術結果12 例中，腫瘤全切除10 例（83.33%），次全切除2 例（16.7%；其中1 例海綿竇內殘余約10%，1 例包繞頸內動脈未能完整切除）。無手術死亡病例，無術區血腫及顱神經損傷。1例癲癇發作，術后繼續服用抗癲癇藥物半年，停用后未再發作；1例視野缺損術后明顯改善。術后出現對側肢體肌力下降或原有偏癱癥狀加重2 例，經治療后肌力恢復正常。12例術后隨訪6個月，未見腫瘤復發或增大。

2.2 術后病理結果 根據2016年版WHO中樞神經系統腫瘤病理分類標準[3]：纖維型4 例，上皮型3 例，混合型3例，血管瘤型2例。

3 討論

腦膜瘤是顱內常見的一種腫瘤，可與功能區、錐體束、顱神經、顱內重要的動脈靜脈、靜脈竇、重要骨性結構等關系密切[3]。術前詳細地了解這些解剖關系對于手術安全和保證手術效果至關重要，尤其是近年來精準神經外科概念的提出，更加要求術前做好充分的規劃。術前對腫瘤的毗鄰關系了解越精確，術前規劃越詳盡，越能保障病變的最大切除率、最小的手術副損傷率[4]。神經導航、術中超聲等在神經外科應用，使手術的安全性和準確性有了很大的提升[5]。但神經導航設備及軟件系統價格昂貴，基層醫院難以常規配置，術前仍以CT、MRI 的二維數據為主。多模態三維影像能提供更多有價值的解剖信息[6]。

當腫瘤體積較大時，正常的解剖關系被改變，神經、血管、錐體束常被瘤體擠壓變形，走行發生變化，與腫瘤粘連、術中出血等均會影響術者的判斷，導致醫源性血管、神經損傷。我們術前利用3D Slicer 軟件對CT、MRI、TOF-MRA、DTI 等數據進行三維重建，通過3D 虛擬可視化圖像，模擬腫瘤及周圍血管神經空間結構，展示腫瘤與顱骨、動脈、靜脈竇、顱神經、錐體束等關系，者進行精準的術前規劃。對于三維重建的選擇，可以選擇個體化的重建方案，得到的多模態融合圖像，通過3D Slicer軟件的3D Viewer 窗口進行三維顯示，可實現三維可視化。重建后的腫瘤及其他解剖結構，可以分層進行顯示，選取不同顏色進行標記便于觀察區分，對于一些不重要的結構可以隱藏，以便對感興趣區域進行著重觀察，還可以旋轉任意角度，從各個方向詳細觀察目標結構及毗鄰結構。瘤體較大、靠近功能區及顱神經時，術前要規劃好切除范圍、關鍵位置的最佳處理手段。術中可根據手術體位擺放，可以在軟件內調整圖像的位置與實際中的一致，以利于術中觀察指導。因出血等原因導致解剖不明時，可隨時參照電腦內三維圖像進行辨認，達到類似導航的效果。

3D Sclicer 軟件三維重建好的三維圖像可以在電腦、手機等電子產品上進行展示，便于術前規劃、術中觀察、術后總結學習，也可應用到與病人的術前談話。近年來，部分學者將該軟件應用于臨床，在三維重建、病變定位、虛擬現實、增強現實、虛擬內鏡等方面都有報道[7～9]，展示了比較廣闊的應用前景。該技術可實現三維可視化，基本能滿足非復雜顱內腫瘤的術前規劃，為基層醫院提升學科綜合能力提供新思路。