廖正儉，陳忠儀，劉宇清，何炳蔚，黃繩躍，洪文瑤，潘儒君

(1.福建省立醫(yī)院神經(jīng)外科，福建醫(yī)科大學(xué)省立臨床學(xué)院，福建 福州 350001；2.福州大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院，福建 福州 350116)

中央?yún)^(qū)竇鐮旁腫瘤的解剖結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，位置深，尤其常累及矢狀竇、中央溝靜脈等重要引流靜脈及中央前后回的重要腦組織解構(gòu)，術(shù)中極易損傷這些解剖結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致術(shù)后腦腫脹、肢體偏癱、再出血、難治性癲癇等嚴(yán)重并發(fā)癥，嚴(yán)重的甚至危及到生命。目前臨床上主要依靠計(jì)算機(jī)斷層掃描成像(computed tomography，CT)與磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)等二維圖像，根據(jù)臨床經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)解剖知識判別病變的位置及毗鄰組織結(jié)構(gòu)關(guān)系，容易出現(xiàn)認(rèn)識偏差，導(dǎo)致術(shù)中損傷重要結(jié)構(gòu)，手術(shù)難度較大[1]。本研究分享24例符合上述條件的患者并且應(yīng)用CT與MRI等多模態(tài)影像數(shù)據(jù)，利用圖像融合技術(shù)生成三維虛擬模型并3D打印出實(shí)體化模型，觀察腫瘤及其與周圍組織結(jié)構(gòu)的關(guān)系，將應(yīng)用效果及心得體會報(bào)告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料選取2019年8月至2021年2月福建省立醫(yī)院神經(jīng)外科收治的24例大腦中央?yún)^(qū)竇鐮旁腫瘤患者作為研究對象，其中男16例，女8例，年齡34～76(48.52±9.98)歲，術(shù)前影像分析考慮腦膜瘤11例，膠質(zhì)瘤9例，轉(zhuǎn)移瘤3例，淋巴瘤1例。術(shù)前常規(guī)完善顱腦CT(CTV、CTA)與MRI(MRA、MRV)檢查，根據(jù)需要進(jìn)一步行正電子發(fā)射斷層顯像等檢查。

1.2 方法收集術(shù)前CT、MRI等影像學(xué)資料，計(jì)算機(jī)讀取患者的CT與MRI的DICOM原始數(shù)據(jù)，掃描參數(shù)：層厚2 mm，利用Mimics 15.0(Materialise公司，比利時(shí))軟件建模，根據(jù)顱骨、腫瘤、血管、腦組織等結(jié)構(gòu)的不同灰度特點(diǎn)進(jìn)行閾值劃分，重建獲得各個(gè)組織結(jié)構(gòu)的三維虛擬模型；最后以CT、MRI數(shù)據(jù)中分別重建得到的頭皮模型為基準(zhǔn)進(jìn)行配準(zhǔn)融合，區(qū)域閾值法對不同組織的閾值進(jìn)行選擇，完成原始顱腦三維虛擬模型構(gòu)建，以STL格式輸出進(jìn)行后處理，將圖像數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為三維虛擬模型，即可清晰、直觀地顯示腫瘤形態(tài)及周圍組織關(guān)系。應(yīng)用3D打印技術(shù)(Objet350 Connex3彩色3D打印機(jī)，Stratasys公司，美國)，將虛擬模型打印出與實(shí)際大小等比例、多色彩、多材質(zhì)的高逼真度實(shí)體訓(xùn)練模型。

1.3 觀察指標(biāo)收集患者術(shù)前及術(shù)后的影像學(xué)資料進(jìn)行對比分析，計(jì)算腫瘤的切除程度(extent of resection，EOR)：根據(jù)術(shù)前顱腦磁共振及術(shù)后2周復(fù)查了解腫瘤切除情況進(jìn)行對比，可分為全切除(1級)、近全切除(2級)、次全切除(3級)和部分切除(4級)[2]。4周后隨訪并依據(jù)卡氏(Karnofsky，KPS)功能狀態(tài)評分標(biāo)準(zhǔn)[3]進(jìn)行評分：生活自理級為KPS評分>80分；生活半自理級為KPS評分50～80分；依賴級為KPS評分<50分。分?jǐn)?shù)越高證明身體健康狀態(tài)越佳，預(yù)后越好。

2 結(jié)果

2.1 應(yīng)用效果根據(jù)患者術(shù)前顱腦CT(CTV、CTA)與MRI(MRA、MRV)等檢查數(shù)據(jù)資料構(gòu)建出三維可視化復(fù)合虛擬模型，利用Mimics 15.0軟件進(jìn)一步提取數(shù)據(jù)信息，將建模結(jié)果導(dǎo)入3D打印機(jī)制作出實(shí)體模型，清晰顯示出腫瘤與周圍重要組織結(jié)構(gòu)，特別是中央前后回、引流靜脈及矢狀竇的解剖關(guān)系。術(shù)前通過該模型進(jìn)行談話溝通、制定完善的手術(shù)方案及指導(dǎo)術(shù)中操作，達(dá)到安全切除腫瘤，其中全切除13例，近全切除6例，次全切除3例和部分切除2例，患者均順利出院及隨訪，無死亡病例?；仡?4例患者的多模態(tài)融合影像重建后三維可視化復(fù)合虛擬模型與術(shù)前原始影像及術(shù)中所見基本相符，提供全面直觀的立體解剖信息。所有患者密切隨訪2～20個(gè)月，隨訪患者術(shù)后言語、體動、認(rèn)知等情況，恢復(fù)良好。術(shù)后4周KPS評分均>80分，生活自理；其中3例腫瘤殘留于術(shù)后3個(gè)月行γ-刀治療，1例淋巴瘤術(shù)后于血液科進(jìn)一步規(guī)范治療，膠質(zhì)瘤患者術(shù)后于腫瘤科繼續(xù)輔助放化療。

2.2 典型病例匯報(bào)男性患者，45歲，反復(fù)頭痛伴左側(cè)肢體無力3個(gè)月，完善手術(shù)前各項(xiàng)檢查，增強(qiáng)磁共振發(fā)現(xiàn)右額頂竇鐮旁腦膜瘤伴瘤周水腫，系富血供腫瘤。術(shù)前融合CT與MRI的多模態(tài)圖像構(gòu)建三維虛擬模型，將建模結(jié)果導(dǎo)入打印機(jī)進(jìn)行實(shí)體模型制作，于術(shù)前精確還原了患者右側(cè)額頂部竇鐮旁腦膜瘤及周圍重要組織的解剖關(guān)系，依據(jù)實(shí)體模型做術(shù)前談話溝通、手術(shù)預(yù)案、模擬手術(shù)體位，針對性地分析術(shù)中可能碰到的問題及可采取的措施，術(shù)中設(shè)計(jì)手術(shù)入路、指導(dǎo)手術(shù)操作，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化、個(gè)體化手術(shù)治療，過程順利。術(shù)后2周復(fù)查MRI影像提示腫瘤全切，病理結(jié)果為良性腦膜瘤(WHO I級)，因一過性腦水腫出現(xiàn)短期肢體肌力減退，適度甘露醇脫水、白蛋白和激素減輕水腫等治療后恢復(fù)正常，長期隨訪結(jié)果良好，KPS評分100分。見圖1～4。

圖1 CTV掃描圖像

注：A為術(shù)前；B為術(shù)后。

圖3 原始3D虛擬模型

注：A為術(shù)前標(biāo)記；B為術(shù)中所見腫瘤；C為腫瘤全切。

3 討論

大腦中央?yún)^(qū)竇鐮旁腫瘤是顱內(nèi)腫瘤的常見發(fā)病部位之一，其與上下矢狀竇、上引流靜脈、胼周動脈及中央?yún)^(qū)腦組織等關(guān)系極其密切，其解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加上病變后結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。此區(qū)域的腫瘤位置較深，往往與周圍組織粘連緊密，暴露困難，手術(shù)操作空間小，又要注意保護(hù)周圍重要組織，尤其保護(hù)那些比較粗大的引流靜脈[4]，極大增加了手術(shù)難度與風(fēng)險(xiǎn)，即使經(jīng)驗(yàn)豐富的臨床醫(yī)生也很難輕松完成，一旦定位出現(xiàn)偏差，或者暴露不夠完全等情況，術(shù)中極易損傷這些靜脈而導(dǎo)致術(shù)后腦腫脹、肢體偏癱、再出血、難治性癲癇等嚴(yán)重并發(fā)癥，甚至危及到生命。因此，術(shù)前了解腫瘤及其與周邊的解剖關(guān)系對于手術(shù)的順利實(shí)施起著關(guān)鍵性意義。

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)快速發(fā)展，多學(xué)科技術(shù)相互融合，計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展促進(jìn)了醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的重大進(jìn)步，為精準(zhǔn)微創(chuàng)外科手術(shù)創(chuàng)造了有力保障，神經(jīng)外科手術(shù)也不斷追求微創(chuàng)、精準(zhǔn)的治療理念，單一MRI或CT圖像無法滿足目前流行的微創(chuàng)神經(jīng)外科要求，而融合術(shù)前顱腦CT(CTV、CTA)與MRI(MRA、MRV)的多模態(tài)圖像技術(shù)克服了這一模式的局限性，給術(shù)者提供全面直觀的位置信息，清晰地顯示腫瘤與功能區(qū)及矢狀竇等靜脈系統(tǒng)的解剖關(guān)系，并且通過多模態(tài)影像融合來實(shí)現(xiàn)可視化三維解剖結(jié)構(gòu)還可以幫助臨床醫(yī)生增加對腫瘤病理性質(zhì)和復(fù)雜顱腦結(jié)構(gòu)的理解，減少不必要的損傷，在實(shí)際手術(shù)過程中提供更大的輔助作用。目前已有較多文獻(xiàn)研究發(fā)現(xiàn)利用CT、MRI等多模態(tài)圖像資料相互融合應(yīng)用于顱腦腫瘤的精準(zhǔn)化手術(shù)方面具有很大臨床價(jià)值[5-7]。

3D打印技術(shù)始于1986年，作為一種新型快速成型技術(shù)受到國內(nèi)外媒體廣泛關(guān)注并快速發(fā)展，已經(jīng)應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，多種媒體雜志對其密集報(bào)道[8-10]。其最早應(yīng)用于工程、工業(yè)領(lǐng)域，近年來在醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用更引人注目，如醫(yī)療器材制造、醫(yī)學(xué)模型制作、人工器官以及生物組織工程等應(yīng)用，以及在醫(yī)學(xué)“科-教-研”方面起到重要的推進(jìn)作用[11-15]。3D打印將個(gè)體化的多模(CT、MR等)圖像轉(zhuǎn)化為三維可視化復(fù)合虛擬模型，通過“分層打印并逐層堆積”的原理打印出立體物理模型呈現(xiàn)真實(shí)的解剖結(jié)構(gòu)，制作出與實(shí)際1∶1比例的解剖實(shí)體模型，這一技術(shù)使得復(fù)雜的顱內(nèi)情況直觀化、可視化、個(gè)體化，非常適合應(yīng)用于神經(jīng)外科教學(xué)及臨床實(shí)踐，其應(yīng)用臨床具有廣闊前景[16-18]。本次研究中選擇24例中央?yún)^(qū)竇鐮旁腫瘤手術(shù)切除中，應(yīng)用多模態(tài)影像融合技術(shù)聯(lián)合3D打印技術(shù)，形象直觀地描述腫瘤與周圍重要組織的相互關(guān)系，進(jìn)行充分術(shù)前評估及有效溝通，設(shè)計(jì)具有針對性的手術(shù)方案及指導(dǎo)術(shù)中操作，從而有效減少并發(fā)癥及手術(shù)創(chuàng)傷，改善預(yù)后。

神經(jīng)外科學(xué)是一個(gè)專業(yè)性極強(qiáng)的臨床學(xué)科，本研究應(yīng)用多模態(tài)影像融合聯(lián)合3D打印在神經(jīng)外科的應(yīng)用，有效指導(dǎo)手術(shù)入路的選擇及腦腫瘤的精準(zhǔn)切除，發(fā)現(xiàn)其具有以下優(yōu)勢。(1)對復(fù)雜的中央?yún)^(qū)竇鐮旁腫瘤手術(shù)切除病例中，通過術(shù)前CT和MR等多模態(tài)影像資料評估矢狀竇的侵犯程度和側(cè)支靜脈走行情況，明確腫瘤形態(tài)及與周圍組織關(guān)系，改變了傳統(tǒng)單模態(tài)的影像信息，滿足精準(zhǔn)神經(jīng)外科的手術(shù)理念。(2)3D打印實(shí)體顱內(nèi)腫瘤模型，改變了既往簡單閱片方式，術(shù)者觀察到的直接是立體的實(shí)體解剖模型，為臨床醫(yī)生學(xué)習(xí)顱腦解剖及診療提供新思路，緩解傳統(tǒng)尸頭模型資源緊張、可重復(fù)性差、價(jià)格昂貴的困惱。例如本研究中的1例中央?yún)^(qū)竇鐮旁腫瘤手術(shù)切除應(yīng)用中，清楚地了解腦腫瘤及其與周圍解構(gòu)的解剖關(guān)系，和手術(shù)所見相吻合，手術(shù)過程就能夠有效避開引流靜脈，應(yīng)用效果良好。(3)術(shù)前應(yīng)用實(shí)體模型的觀察及講解，患者及家屬對自身疾病有直觀了解，解決醫(yī)患雙方專業(yè)知識不對稱和信任危機(jī)等客觀問題，例如通過實(shí)體模型通俗易懂地講述手術(shù)過程、手術(shù)的必要性、風(fēng)險(xiǎn)及可能存在的并發(fā)癥，得到高效認(rèn)可。本研究也發(fā)現(xiàn)其臨床應(yīng)用中還是存在不盡人意之處，比如怎樣進(jìn)一步提高重建與打印模型精準(zhǔn)度，特別是微小血管重建方面，如何應(yīng)用到急診危重患者等特殊情況，并積累更多的臨床病例。

綜上所述，多模態(tài)影像融合聯(lián)合3D打印可為中央?yún)^(qū)竇鐮旁腫瘤手術(shù)提供全面直觀的立體解剖信息，并且隨著該技術(shù)的不斷完善，其應(yīng)用范圍也會隨之進(jìn)一步拓展，以提高手術(shù)安全性及取得更好預(yù)后。