3D-Slicer 虛擬現實技術在神經外科腦腫瘤術前計劃中的應用分析

王松林 張玲

現階段,臨床開展神經外科手術的主要目的是以切除顱內病灶作為中心,最大程度上降低神經功能損傷［1,2］。近年來,隨著ROSA 機器人、術中超聲、神經導航等各項新技術在神經外科中的廣泛應用,神經外科手術臨床療效顯著提升［3,4］。雖然ROSA 機器人與神經導航在臨床上應用效果顯著,可有效提升神經外科手術精準性與微創性,然而治療費用較高［5,6］。而3D-Slicer 屬于免費的醫學影像軟件平臺,通過分析圖像,借助可視化圖像展開治療,有利于臨床醫師直觀進行解剖學習,具有術前評估、定位病變位置及引導其精準穿刺等優勢,對于基層醫院醫生而言,可以通過較少資源展開精準微創手術［7,8］。本研究主要分析3D-Slicer 虛擬現實技術在神經外科腦腫瘤術前制定個性化手術方案與術前計劃中的應用效果,現展開具體分析。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2020 年4 月～2021 年3 月于本院神經外科行手術治療的腦腫瘤患者18 例為研究對象,其中男12 例,女6 例；年齡45～70 歲,平均年齡(59.4±6.2)歲；腫瘤位置：5 例額葉、2 例頂葉、1 例顳葉、2 例鞍區、2 例頂枕葉、1 例竇匯區、5 例橋小腦腳；術后病理結果：2 例海綿狀血管瘤、1 例膠質瘤、2 例垂體瘤、4 例神經鞘瘤、9 例腦膜瘤；腫瘤直徑1.0～8.4cm,平均腫瘤直徑(4.0±1.7)cm。納入標準：①滿足手術指征者；②患者及其家屬知情且同意；③臨床癥狀表現為程度不同頭痛、頭暈、言語障礙、視力下降、抽搐及肢體乏力等；④有齊全病歷資料者。排除標準：①并發腎功能不全者；②重大器官功能存在障礙者；③合并其他部位惡性腫瘤者；④并發心功能不全者；⑤生命體征不穩定者；⑥中途退出者。

1.2 方法 ①獲取影像學數據：經院內網PACS 軟件系統得到頭顱影像原始數據,其中CT 平掃層厚5 mm、CT 血管造影(CTA)數據層厚0.5 mm、顱骨數據層厚2 mm、MRI 數據層厚0.5～7.0 mm,將數據格式設置成DICOM。②3D-Slicer 重建：本組研究病例由同一名副主任醫師以3D-Slicer 軟件重建,采取DICOM 格式將數據導入,通過運行Editor 或者Segment Editor 模塊以三維重建腫瘤、血管、顱骨及頭顱,以Diffusion 模塊對錐體束進行重建,對于重建得到的模型以Registration 模塊進行匹配與融合。通過對透明度進行調整,不僅能將重要的解剖結構顯示出來,如神經、血管、腫瘤、腦組織等,還能夠隨意對模型進行測量、剪輯與旋轉,從不同的角度與方向對腫瘤和四周結構關系進行觀察。通過在虛擬的現實圖象當中,結合不同病例的重建情況,實施手術模擬與設計手術入路。③手術方法：在術前基于三維重建的基礎上,設計出腦腫瘤患者手術切口與手術入路,于全身麻醉氣管插管狀態下,順利實施開顱手術。

2 結果

18 例患者均按照最佳模擬手術方案,成功完成術前計劃與模擬手術操作,且順利按照計劃完成手術。所有患者實際的手術情況和模擬手術中所見處于完全吻合狀態,通過借助顯微鏡與內鏡下將腫瘤完全切除；術后各項臨床癥狀均得到好轉,無新發癥狀出現,且術后無患者出現死亡,無視力下降、腦膜炎等并發癥發生；經術后3 個月復查,頭顱MRI 增強結果顯示無腫瘤復發。

3 討論

在神經外科術后,患者很容易遺留神經功能損傷癥狀,進而對其預后和生活質量造成不良影響,因此人們對于神經外科手術的要求越來越高,不僅需要最大化將病損組織切除,同時還要最小化對神經功能造成損傷［9］。近年來,3D-Slicer 軟件在臨床上得到應用,其所得三維成像不僅能夠讓復雜操作變得簡單化,同時還能夠將顱內腫瘤、水腫、血腫等體積精確計算出來,從而以三維方式將不同的神經纖維束通路與受損情況展現出來［10］。在神經外科術后,纖維束受損程度、神經功能的缺損程度與患者預后有著密切關聯,因此纖維束受損程度與其整體走行是重點關注內容。通過在手術前對纖維束和四周病變組織病理解剖位置間關系進行精確重建,可對患者的神經功能保留起著重要意義［11］。傳統影像學僅能夠將腫瘤影像學的邊界顯示出來,無法對白質纖維束結構進行分辨。而采取3D-Slicer 軟件則能夠將腦白質走行清楚顯示出來,從而有利于臨床醫師精準制定出術前規劃與診療計劃［12］。本研究中,通過以3D-Slicer 軟件對18 例腦腫瘤患者展開術前重建操作,設計出個性化的手術入路,結果發現術中所見與模擬手術相符,且手術效果顯著,術后無一例患者出現并發癥或死亡,具有較高安全性與有效性。對于功能區的腫瘤,在確保功能基礎上,最大程度上將腫瘤切除,對于神經外科醫師而言,是其一直所追求目標。通過在手術前重建影像資料,能夠幫助醫師直觀掌握腫瘤和四周重要結構之間的關系,進而設計出最優的手術切口和最佳手術入路,防止術者單純根據自身經驗來實施手術,從而達到盡量降低神經功能受損的目的。在手術方案的設計中,通過借助DTI 序列對錐體束進行重建,進而將腫瘤信息描繪出來,于三維圖上直觀掌握腫瘤和錐體束之間的關系；通過借助增強MRI 中T1MRP 序列,將頭皮剝除,對全腦組織與腦表面靜脈進行重建,仔細辨認出中央溝與中央前后回部位,經對透明度進行調節,將腫瘤和四周結構關系顯示出來,從而避開重要的解剖部位與血管,根據不同病例,設計出針對性手術方案,不僅能避免對患者造成較大損傷,還能利于其盡快恢復。

綜上所述,通過在術前進行三維重建與手術模擬,能夠讓操作者更明確術區解剖關系,進而在術前談話過程中,通過以重建圖象對患者進行講解,能夠讓其了解手術具體實施方案與所存在風險,還能利于制定出各類應急預案,進而在實際實施手術時,根據術前計劃全面落實各項手術操作。對于部分淺表腫瘤,可通過將重建后所得虛擬圖象導入至手機中,借助軟件對導入圖像、患者頭部解剖位置與標記位置進行融合,或者通過其他軟件與投影儀,在患者頭部疊加上虛擬圖片,從而起到簡易的增強效果,提升手術精確度。除此之外,3D-Slicer 軟件能夠免費在官網下載,且官網有著相應的使用教程,基層醫院可將3D-Slicer 虛擬現實技術作為輔助手術方式,以此來提升外科手術的成功率,適宜臨床深入研究與推廣應用。