CT和MRI融合配準(zhǔn)在口腔頜面部腫瘤中的應(yīng)用*

郭建徠 聶 斐 周緒經(jīng) 邵益森 蔣 琳 涂佛昊

江西中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院口腔科,江西省南昌市 360006

頜面部腫瘤因周圍血管神經(jīng)豐富,術(shù)中涉及頸部淋巴結(jié)清掃、皮瓣移植、骨移植的多方面,手術(shù)難度大,風(fēng)險(xiǎn)高,并發(fā)癥多[1]。計(jì)算機(jī)體層攝影(CT)和核磁共振(MRI)是目前外科醫(yī)師術(shù)前評(píng)估腫瘤的重要參考標(biāo)準(zhǔn)[2]。CT可清晰顯示骨組織影像,了解骨組織腫瘤及侵襲范圍,但對(duì)軟組織結(jié)構(gòu)顯示欠佳 ;MRI 則軟組織分辨力高,可以很好地顯示腫瘤的浸潤(rùn)范圍及病變中的不同組織成分,卻無(wú)法精確顯示骨結(jié)構(gòu)。然而,上述影像收集了三維數(shù)據(jù),通常只能在二維平面顯示,限制了腫瘤病灶的三維立體展示[3]。腫瘤的三維建模結(jié)合3D打印可以直觀立體、可操作性的多方位了解腫瘤。CT、MRI 的融合配準(zhǔn)技術(shù)使CT 圖像骨組織和MRI軟組織成像的優(yōu)勢(shì)在融合后的圖像中并存[4]。本研究旨在用CT和MRI融合圖像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建模,分離出頜面部腫瘤模型,以精確判定腫瘤的邊界及重要毗鄰結(jié)構(gòu),以更好地進(jìn)行術(shù)前規(guī)劃,同期組織缺損修復(fù),減輕手術(shù)并發(fā)癥,早期恢復(fù)功能,提高患者生命質(zhì)量。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2018年1月—2021年10月于我院接受診療的口腔頜面部腫瘤病例12例,其中男患者10例,女患者2例;年齡35～79歲,平均年齡(51.67±11.89)歲;上頜骨腫瘤患者2例、下頜骨腫瘤患者2例、口底癌1例,舌癌7例,其中3例舌癌累及頜骨、1例累及咽部。納入標(biāo)準(zhǔn)：術(shù)前行CT平掃、MRI 檢查,并應(yīng)用 CT及 MRI 圖像配準(zhǔn)融合技術(shù)建立頜面部腫瘤及顱骨模型、術(shù)前規(guī)劃并模擬手術(shù)。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)不能配合檢查的患者;(2)未采用手術(shù)治療方案者。

1.2 方法

1.2.1 影像檢查與審閱：患者術(shù)前行CT 及 MRI檢查 ,并保存 CT 和 MRI 數(shù)據(jù)。CT 檢 查：128 排雙源 CT 機(jī)(炫速雙源CT機(jī),德國(guó) Siemens),頜面部CT加后處理。MRI 檢查： MR750 3.0T磁共振掃描儀(Discovery MR750 3.0T, 美國(guó) GE),頜面部掃描。所有患者的 CT、MRI 圖像均由1名放射科副主任醫(yī)師和1名頜面外科主任醫(yī)師雙盲評(píng)價(jià),確定腫瘤邊界,毗鄰血管分布,是否累及周圍淋巴結(jié)。

1.2.2 CT、MRI 配準(zhǔn)及腫瘤建模：將患者影像數(shù)據(jù)導(dǎo)入 3Dslicer,分別選取 CT (見圖1-Ⅰ)和 MRI Out of phase OX T2(反相位T2加權(quán)橫斷面)序列(見圖1-Ⅱ)進(jìn)行配準(zhǔn)。使用landmark registration模塊手工標(biāo)記4～6個(gè)標(biāo)記點(diǎn),半自動(dòng)配準(zhǔn)功能計(jì)算出CT與MRI坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,圖像配準(zhǔn)后獲得重采樣的MRI圖像,其坐標(biāo)與CT一致(見圖1-Ⅲ)。根據(jù)重采樣的MRI逐層分割出腫瘤軟組織邊界(圖 1-Ⅳ),骨組織圖像(見圖1-Ⅳ)可以在segment editor模塊通過閾值法自動(dòng)分割得到,閾值區(qū)間采用 [185,3 071] ,并手動(dòng)修正。最終建模得到腫瘤和顱骨的三維模型[5](見圖 2),以 STL 格式導(dǎo)出模型數(shù)據(jù),3D打印后進(jìn)行術(shù)前規(guī)劃,手術(shù)模擬,根據(jù)預(yù)計(jì)缺損范圍確定術(shù)后修復(fù)方案。

圖 1 CT、MRI 圖像的配準(zhǔn)融合Ⅰ.CT 圖像 Ⅱ.MRI 檢查Out of phase OX T2序列圖像 Ⅲ.CT、MRI的融合圖像 Ⅳ.基于融合配準(zhǔn)圖像重建的頜面部腫瘤模型

2 結(jié)果

2.1 患者影像分析及建模 通過3Dslicer軟件成功重建出頜面部腫瘤患者 CT、MRI 配準(zhǔn)圖像,分離頜骨、腫瘤及周邊重要結(jié)構(gòu),建立了頜面部骨組織和腫瘤軟組織融合的立體模型,圖1分別列舉了上頜骨、下頜骨、舌部腫瘤的CT、MRI、融合影像、腫瘤建模橫斷面影像。圖2分別列舉了上頜骨腫瘤、下頜骨腫瘤、舌部腫瘤建模后的三維影像。圖2c為充分暴露舌部腫瘤,建模時(shí)去除了部分上頜骨的影像。

圖2 頜面部腫瘤建模后的三維影像a.上頜骨腫瘤 b.下頜骨腫瘤 c.舌部腫瘤

根據(jù)建模獲得的腫瘤模型,測(cè)量腫瘤最大直徑,平均值為(4.20±1.76)cm(1.2 ～ 8)cm。根據(jù) TNM分期,T4N0M0的例數(shù)最多,有6例;其次為T1N0M0,有2例,T2M0N0 1例,T3M0N0 1例,T4N1M0 1例,T4N2bM0 1例。

2.2 手術(shù)結(jié)果 術(shù)前根據(jù)頜面部骨組織和腫瘤軟組織三維模型(圖2)進(jìn)行手術(shù)切除模擬,評(píng)價(jià)了不同切除范圍對(duì)患者頜面部咀嚼、發(fā)音、顏面部美觀的影響。12 例患者術(shù)前模擬的手術(shù)方案與實(shí)際手術(shù)執(zhí)行的一致。術(shù)中冰凍結(jié)果切緣均為陰性,按腫瘤模型預(yù)備的皮瓣及腓骨合適。術(shù)后病理11例為鱗癌,1例考慮淋巴瘤。術(shù)后追蹤腫瘤有無(wú)復(fù)發(fā)。失訪患者 2 例,中位隨訪時(shí)間 7.2個(gè)月(2 ～ 12個(gè)月)。隨訪CT或MRI 圖像均為正常術(shù)后表現(xiàn),無(wú)復(fù)發(fā)征象。

3 討論

術(shù)前CT、MRI的融合匹配可以更充分地了解頜面部腫瘤與周圍組織關(guān)系,要將收集到的增強(qiáng) CT 與 MRI圖像進(jìn)行配準(zhǔn)、融合、分割和三維重建,首先CT與MRI拍攝時(shí)的頭顱的位置應(yīng)該是一致。CT和MRI半自動(dòng)匹配是把不同模態(tài)的兩個(gè)序列圖像統(tǒng)一到新的坐標(biāo)系。頭顱位置一致,只需要簡(jiǎn)單的平移變換就可以較快的配準(zhǔn)在一起,而且重復(fù)性高。如果位置明顯不一致,半自動(dòng)配準(zhǔn)后的匹配度較差。可先將CT的圖像進(jìn)行轉(zhuǎn)換,三維方向調(diào)整,獲得與MRI一致頭顱位置的CT圖像,再進(jìn)行半自動(dòng)匹配,較易匹配,但多次轉(zhuǎn)換可能降低數(shù)據(jù)的可信度。然后,配準(zhǔn)采用半自動(dòng)的點(diǎn)配準(zhǔn)方式進(jìn)行,分別在CT 及 MRI 圖像上選擇具有特征性的點(diǎn)、線、面提取標(biāo)志點(diǎn)。頭部可選取左、右側(cè)眼球、第2頸椎椎體及鞍底中心等 4 個(gè)解剖標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行配準(zhǔn)。此外,部分病例還增加了鼻尖點(diǎn)、軟硬腭交界的中點(diǎn)等點(diǎn)輔助。這2個(gè)標(biāo)志點(diǎn)靠近頜面部,有利于頜面部組織的優(yōu)先配準(zhǔn)。融合后,MRI獲得了與CT匹配的新坐標(biāo)系,糾正了垂直向的空間失真,配準(zhǔn)后再行分割的MRI圖像準(zhǔn)確度更高。

Longo 等[6]提出了“5P”醫(yī)學(xué)的概念,包含了預(yù)防性(Preventive)、預(yù)測(cè)性(Predictive)、個(gè)體化(Personalized)、參與性(Participatory)和精準(zhǔn)性(Precision)[7],“5P”醫(yī)學(xué)模型是一種跨學(xué)科和多學(xué)科的方法。醫(yī)學(xué)影像的日益優(yōu)化和圖像處理技術(shù)的智能化為“5P”醫(yī)學(xué)的新興創(chuàng)造了良好的條件。術(shù)前CT、MRI的融合匹配可以更充分地了解頜面部腫瘤與周圍組織關(guān)系,精準(zhǔn)地確定手術(shù)安全邊界;術(shù)前可使用軟件對(duì)頜骨進(jìn)行旋轉(zhuǎn),模擬切除、虛擬修復(fù)、模擬內(nèi)固定置入[8],通過術(shù)前手術(shù)方案設(shè)計(jì)、操作預(yù)演、頜骨切除導(dǎo)板的使用,可以更好地預(yù)測(cè)手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、損傷范圍等;可根據(jù)術(shù)前設(shè)計(jì)的最佳截骨范圍,預(yù)測(cè)術(shù)后骨骼缺損的形狀,可個(gè)體化制作出形態(tài)、大小完全一致的頜骨缺損模型,最大限度與骨面相貼合,骨骼塑形更快而更好地匹配頜面部復(fù)雜的解剖結(jié)構(gòu)[9]。目前虛擬技術(shù)亦允許即刻放置腓骨并以咬合為導(dǎo)向引導(dǎo)種植體的位置,也允許即刻的個(gè)體化義齒修復(fù)[10],但其圍手術(shù)期管理與手術(shù)流程技巧等亟待完善[7];可經(jīng)患者同意3D打印出頜骨和腫瘤模型的三維建模,直觀地為患者提供術(shù)前咨詢和方案討論,加強(qiáng)患者的參與感。

CT與MRI配合準(zhǔn)融合技術(shù)在術(shù)后軟組織的修復(fù)中較單獨(dú)的CT更具優(yōu)勢(shì)。例如其中1例上頜骨缺損腫瘤已向鼻腔延伸,修復(fù)時(shí)不僅要考慮骨組織的缺損,還要斟酌軟組織和黏膜的缺損,可在CT和MRI配準(zhǔn)融合的計(jì)算機(jī)模型上糾正偏曲的鼻中隔及鼻翼,恢復(fù)和諧的面中份形態(tài),再計(jì)算分割口腔、鼻腔所需要的軟組織尺寸;還應(yīng)考慮到該患者現(xiàn)有上頜骨牙槽嵴低平,為后期牙列的更好修復(fù)應(yīng)盡量恢復(fù)正常的牙槽嵴高度,這就需要更多的軟組織[10]。

目前頜骨缺損多采用自體骨和異體骨移植,但是自體骨來(lái)源不足、異體骨容易免疫排斥,因此衍生了各種人工骨材料。如個(gè)性化塑型的骨水泥植入物,聚醚醚酮(PEEK)材料,羥基磷灰石晶體—可溶性膠原支架復(fù)合骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞和人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞,明膠/海藻酸鈉/58S生物玻璃骨缺損修復(fù)支架復(fù)合大鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞,均獲得了較多的新生骨,骨密度接近正常骨組織。后續(xù)研究中期望能尋找出可推廣的骨缺損替代材料,實(shí)現(xiàn)頜骨與牙列同日重建。

綜上所述,CT、MRI圖像配準(zhǔn)融合,可以充分發(fā)揮CT和MRI圖像的優(yōu)勢(shì),更好地了解腫瘤邊緣、性質(zhì)及毗鄰解剖關(guān)系,提高頜面部腫瘤手術(shù)的預(yù)測(cè)性、個(gè)體化、參與性和精準(zhǔn)性,在口腔頜面部腫瘤術(shù)前規(guī)劃、預(yù)后評(píng)估及術(shù)后個(gè)體化修復(fù)中有重要的應(yīng)用價(jià)值。