基于PC的胶质瘤三维可视化模型的建立

刘付轩聪，罗荣城

(南方医科大学南方医院，广州510515)

胶质瘤是颅内最常见的肿瘤，占颅内肿瘤的35.26% ～60.96%［1］。国内外大宗病例研究表明，手术仍然是最主要、最基本、最有效的治疗方法。能否在术前模拟手术经过，制定个体化手术方案，可直接影响手术成功率和治愈率。随着“虚拟人”、计算机虚拟技术和现代医学影像等技术的快速发展，数字人体技术已经从不同的角度进行了初步的探索，并取得了初步的成果，使得胶质瘤三维(3D)可视化研究与应用成为可能［2］。2010年我们成功建立了基于个人计算机(PC)平台的胶质瘤3D可视化模型。现报告如下。

1 资料与方法

1.1 临床资料 1例男性成年患者，因头痛1个月入院。无癫痫发作病史，既往史、个人史等均无特殊，入院体查未见明显神经功能异常表现。入院后完善各项检查，CT、MRI、脑电图等均提示左颞叶胶质瘤。经常规翼点入路开颅手术切除病灶，病理证实为弥漫性胶质瘤(WHOⅡ级)。

1.2 PC平台及软件 CPU AMD Athlon XP 2000+(1 700 mHz)，内存 DDR SDRAM1024 M，显示卡NVIDIA GeForce2 MX400 64 MB，磁盘驱动器Maxtor 250 GB(7200 RPM，Ultra-ATA/133)，操作系统Microsoft Windows XP Professional。3D重建软件Mimics 10.01软件(比利时Materialise公司)。

1.3 胶质瘤3D可视化模型建立方法 采用CT 64(飞利浦 BRILLIANCE)和 MRI(飞利浦 ACHIEVA 1.5 T)扫描患者头部，收集相应的CT/MRI图像，在满足临床应用后另存为Dicom或BMP格式备用。在PC平台运用Mimics软件Segmentation工具，利用CT图像对颅骨组织重建骨骼模型，MRI图像重建脑组织模型，并分别保存为3D实体模型文件STereo Lithography(STL)格式。运用 Mimics软件Simulation工具等，利用3D体积数据空间配准，重建包含脑组织(含病变组织)、颅骨的3D可视化模型。采用Mimics软件医学计算机辅助设计(Med-CAD

2 结果

成功建立了在个人PC平台的胶质瘤3D可视化模型，详见图1、2。该模型清晰度高，立体感强，可直观、全面的观察病灶的形态及其局部解剖特征，并能实现翻转、切割等功能，可初步行模拟手术肿瘤切除。经实际手术操作对比，病变大小、位置、毗邻关系等基本符合模型环境。

图1 重建模型中肿瘤与颅骨相对位置

图2 重建模型中肿瘤及周围组织结构

3 讨论

胶质瘤外科治疗的主要目的是通过最大限度地切除肿瘤而控制肿瘤的生长和复发，同时保留正常的神经功能以提高患者术后生存质量。然而，仅凭术者的经验或术中依靠组织颜色、质地和连续性等特点，不易区分肿瘤与正常脑组织，尤其是低级别的胶质瘤。对于位于脑功能区的肿瘤，由于手术可能造成严重的功能障碍，导致术后患者生存质量降低，使术者往往采取较为保守的手术态度，造成术中切除不足，导致术后肿瘤复发，总体治疗效果不佳［3］。

随着医学图像计算机处理水平的提高，形成了针对神经外科各种手术的相关技术如神经导航、手术显微镜、神经内镜、术中超声及术前、术中磁共振解剖及功能成像、正电子发射型计算机断层显像(PET)等，而这些技术可建立1个统一的医学可视化手术平台。但是，由于各种医学可视化系统如Dextroscope术前计划系统，一般都要使用昂贵的专业图形工作站，甚至用多CPU处理器的超级计算机或用分布式计算的方法来实现;各种影像设备的医学图像工作站，多硬件，要求高，专属软件体系，系统庞大，价格昂贵，各系统间难以兼容共享。同时CT、MRI和DSA等控制台计算机一般忙于日常科室临床工作，不能为专科临床医生提供独立的工作环境等，严重制约了可视化系统发展，也使得基于PC平台进行3D图像处理成为未来的发展趋势［4～7］。

Mimics软件是一套高度整合且易用的3D图像生成及编辑处理软件，数据来源广泛，通过3D模型建立编辑，输出通用的计算机辅助设计(CAD)、有限元分析(FEA)、快速成形(RP)格式，有利于PC平台进行大规模的数据转换处理。

在采用Mimics软件重建过程中，我们发现，CT/MRI对人体各种组织信号的表现各有优势，①CT图像对密度差异较大的组织如骨组织等显示效果较好，同时还可重建骨骼模型;②MRI图像则可清晰的分辨脑组织，并重建脑组织模型。胶质瘤3D可视化数字模型在临床应用中，应同时包含颅骨、血管、脑组织等重要组织。我们根据CT对骨骼组织成像清晰的优势，选择CT图像为基准，利用Mimics软件Simulation工具等，同时运用3D图像融合方法，进行3D模型空间配准，以骨骼组织为基准，实现不同模型空间配准融合［8］，重建包含脑组织(含病变组织)、颅骨的3D可视化模型。

基于PC平台胶质瘤3D可视化数字模型的建立，有助于手术医生术前通过3D立体模型了解肿瘤大小、毗邻关系，术前进行具体、直观的病例讨论，从而制定出更为合理的手术方案，减少手术并发症，且易使手术团队及患者等能清楚地了解手术过程，积极配合，降低手术风险。

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