神经内镜经蝶手术三维可透视化模型的构建及术前规划作用的研究

武晓瑛，汤敏，缪星宇

(1.陕西省人民医院骨科;2.陕西省人民医院影像科;3.陕西省人民医院神经外科，陕西 西安 710068)

神经内镜下经蝶鞍区手术是目前鞍区占位病变切除最微创的手术方式［1］，但神经内镜提供的二维镜下图像缺乏立体感，对手术入路及病变区域的解读可能产生一些分歧和偏差，这有可能导致蝶鞍区手术产生的致命性影响［2－3］。本研究收集患者术前CT、MRI、MRA等影像数据，利用 Vitreafx影像学数据工作站进行处理，构建了个体化、可透视的三维数字解剖模型，并在术前模拟神经内镜经蝶手术过程，与实际手术对比;初步总结内镜经蝶手术三维可透视化模型构建和在术前规划中的应用经验，以指导临床工作。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2014年3月至2015年3月经MRI诊断为鞍区肿瘤的患者36例。其中男19例，女17例;年龄21～75岁，平均(49.2±15.4)岁。临床病理诊断为大型垂体腺瘤18例;巨大型垂体腺瘤12例;Rathke囊肿2例;颅咽管瘤3例;鞍上后床突脊索瘤1例。所有患者均签署知情同意书。

1.2 原始数据采集及模型构建

所有患者术前均行CT和MRI薄层头颅扫描。CT(TOSHIBA Aquilion one 320排)采用连续轴位螺旋扫描，层厚0.5 mm，间隔 0.5 mm，显示野(FOV)220 mm，矩阵 256 ×250;MRI(PHILIPS 1.5T)采用T1加权及T1加权对比增强连续薄层扫描，矢状位，层厚1.0 mm，间隔 0 mm，FOV 240 mm，距阵 512 ×512，静脉注射顺磁性造影剂钆喷酸葡胺后扫描，必要时加扫CTA或MRA。影像资料以DICOM格式导人Vitreafx图像工作站(TOSHIBA公司)进行数据处理。建立蝶鞍区三维可透视化立体旋转模型，并采用仿真内窥镜模式观察，修剪图像，保留手术入路及肿瘤周边相关断面。通过3D预览模式排除人为因素造成的图像丢失。最后调整对比度和灰度，使相应显影效果达到最佳状态，供手术使用。

1.3 原位显示组织结构

首先通过软件分割各相关解剖结构，单独显示蝶鞍区骨质、血管、视神经、垂体、脑组织、肿瘤等;然后通过使用阈值和擦除工具，修剪各解剖结构图像，使图像清晰光滑;最后将各解剖结构以不同颜色标记，以区分显示。

1.4 经单侧鼻孔—蝶窦入路术前模拟

从不同角度观察和了解入路相关的解剖结构和肿瘤形态、供应血管和毗邻关系，测量入路角度、距离，如蝶窦定位等指标。通过放大视野、旋转模型、改变透明度等方式反复比较手术步骤中的处理及注意事项，如鞍底结构、颈内动脉隆突、视神经隆突、视神经－颈内动脉凹陷观察、保护颈内动脉和视神经等，制定详尽的手术方案。根据三维可透视化手术模拟情况，按选定的手术入路实施手术，并与三维可透视化手术模型作对比分析，具体如下。

术前通过个体化的可透视蝶鞍区模型，模拟神经内镜下单鼻孔经蝶窦入路鞍区占位病变切除手术。逐层分区域显露并观察相关及剖定位标志，即鼻腔内软组织、鼻中隔、中鼻甲、上鼻甲、后鼻孔、蝶窦开口、蝶骨嵴、蝶鞍区骨质、蝶窦、蝶窦间隔、颈内动脉隆突、视神经隆突、视神经－颈内动脉凹陷、视神经、视交叉、视神经管、斜坡骨质、颈内动脉和肿瘤等，用于术中定位。可透视蝶鞍区模型的提供旋转功能，通过多角度观察肿瘤与鞍底、视交叉、视神经、颈内动脉、下丘脑的空间毗邻关系，明确切除肿瘤的技术要点，如测量蝶窦开口与蝶窦内部各部位及后鼻孔的角度和距离，指导蝶窦前壁开窗的位置及角度;测量鞍底与颈内动脉隆突、视神经隆突、视神经—颈内动脉凹陷、鞍结节、鞍背的距离和角度，指导鞍底的开窗。切除侵犯人海绵窦内的肿瘤时，确定是否打开海绵窦内侧壁以及打开的方位和范围，以制定个体化的手术方案。

2 结果

2.1 经单侧鼻孔—蝶窦入路模拟手术与实际手术比较

本组病例手术均在神经内镜下完成，手术中虚拟三维图像有手术进程同步显示，依照手术路径多视角观察并分析手术路径中的解剖结构和处理要点。可透视蝶鞍区模型能够明确观察蝶窦前壁、鞍底、蝶窦间隔等解剖标志(图1)。手术结果显示，根据方案实施的手术术野显露良好，术中解剖与手术模拟结果吻合。但鞍底的海绵间窦、垂体和垂体柄、鞍底硬脑膜等细微结构在三维可透视化模型中没有看到，而在实际手术中内镜下均可发现。

图1 个体化可透视蝶鞍区模型三维图像

2.2 手术结果

本组36例患者，术前手术区域均成功构建三维可透视化模型。手术前三维可透视化模拟手术，术中各种解剖结构定位明确，手术时间显著缩短。30例垂体腺瘤及2例Rathke囊肿患者均达到术中全切;3例颅咽管瘤中2例术中全切，1例术中切除约90%，仅钙化部分残余;1例鞍上后床突脊索瘤术中切除约80%。全组病例平均出血量30mL，无术中输血。全组病例无手术死亡及术后严重并发症。

3 讨论

蝶鞍区域汇集了颅底最密集复杂的的血管神经及重要组织结构，毗邻结构复杂［4－5］;从解剖学角度，经蝶斜区域颅底手术是手术路径最短，治疗最直接的手术入路。蝶窦是暴露颅底中央区的唯一自然腔隙，也是颅底中央区手术路径最近、最微创的操作入路途径［5］。神经内镜克服了传统显微镜下经鼻蝶入路视野不足的缺点，深部照明好且术野清晰，可提供多视角观察，操作灵活，不仅可消除盲区，拓展显微镜下手术视野，还可为深部视野提供更好的观察质量，神经内镜视野下手术操作具有较高的精确性与安全性［6－7］，神经内镜下扩大经鼻蝶手术切除蝶窦斜坡区病变成为理想的手术方式［8－9］。但神经内镜仅能提供的二维镜下图像缺乏立体感［10］，要求术者不仅要有较好的解剖知识，而且还要有清晰的术区三维概念。而目前手术前影像学提供的数据信息，不论MRI还是CT的冠状位、矢状位及轴位均为二维解剖关系图像，易受手术入路和视角的影响。内镜手术中术野形态的分析完全依赖手术医生的三维重建经验，个人思维方式和空间重建能力的不同，对鞍区肿瘤空间位置和结构的理解会产生分歧和偏差，非常不利于精确性要求很高的颅脑手术，尤其对于蝶鞍斜坡区的手术将产生致命性的影响。本研究利用CT、MRI、MRA等影像数据，经 Dextroscope影像学数据工作站处理后构建的三维数字解剖模型，进行三维重建与可透视化。可透视蝶鞍区模型的提供旋转功能，通过多角度全方位显示，便于对手术区周围结构的观察理解，提高了术者在术前的信心，对手术医生术前个体化掌握患者蝶鞍斜坡区域的解剖关系有极大帮助。另外，本研究经单侧鼻孔—蝶窦入路模拟手术中，鞍底的海绵间窦、垂体和垂体柄、鞍底硬脑膜等细微结构在三维可透视化模型中没有看到，而在实际手术中内镜下均可发现。一部分是因为海绵间窦、垂体、垂体柄被肿瘤压迫、变扁，一部分是由于影像分辨率的原因，术前影像不能观察到，而肿瘤切除后这些组织才得以暴露。

目前，随着医学影像技术和计算机技术的发展，有关人体解剖结构的三维重建及可视化研究已经成为医学影像学研究热点［11－12］。而目前神经内镜下经前方入路切除前颅底、蝶鞍斜坡区病变也是颅底外科发展的一个趋势［13］，在蝶鞍斜坡等颅底手术前，利用重建的蝶鞍斜坡区域数字模型，术前准确地评估血管神经、颅底骨质和肿瘤的分布及毗邻关系，虚拟现实环境下个体化重建斜坡及经前方入路解剖模型，观察经前方入路到达斜坡时所涉及解剖结构，模拟手术入路，手术医生可通过对虚拟图像进行交互模拟操作制定手术路径，制定详细而准确的手术计划，将会大大提高鞍区肿瘤手术的成功率及安全性。

不同患者的解剖结构不同，蝶鞍斜坡区域变异较大;病理改变，亦会导致局部实际结构与解剖图谱及手术图谱并不一致;在临床应用方面，即使专家具有丰富的手术经验，但面对一些疑难病例，手术风险也很大。因此手术前规划手术路径、拟定手术计划、反复模拟手术过程直至方案成熟，可以缩短手术时间，减少手术并发症［14－15］。目前，应用虚拟现实技术对前方入路到蝶鞍斜坡区的三维数字模型重建及虚拟现实模拟手术技术尚需进一步的研究和探讨，使外科手术越来越安全、精确，创伤越来越小。

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