基于计算机三维重建技术的改良侧脑室额角穿刺术研究

2017-04-25刘宇清黄绳跃何炳蔚沈恒华陈明武洪文瑶

福建医科大学学报 2017年1期

刘宇清，黄绳跃，何炳蔚，吕翱，沈恒华，陈明武，洪文瑶

刘宇清1，黄绳跃1，何炳蔚2，吕翱2，沈恒华2，陈明武1，洪文瑶1

成像，三维；侧脑室；穿刺术

侧脑室额角穿刺是神经外科医师常用的操作，应用于严重颅内压增高时紧急减压放液，脑室炎、脑室内出血的穿刺引流，脑积水脑室-腹腔分流术，脑室内颅内压测定等[1]。目前主要有2种穿刺方法，方法一：取冠状缝前或发际后2～3 cm、中线旁开2.5 cm作为穿刺点，穿刺方向平行于矢状面，垂直于外耳道假想连线方向穿刺[2]；方法二：穿刺点位置同前，穿刺方向朝向两侧外耳道假想连线中点[3]。但在具体手术操作中，上述方法在穿刺点和穿刺方向上均难以准确把握，常无法一次性到位，增加手术风险。本研究借助计算机三维重建技术，制作侧脑室-头皮(颅骨)三维模型，实施模拟穿刺，提出一种改良的侧脑室额角穿刺方法，并在此基础上设计制造引导装置，临床初步应用效果良好，穿刺成功率高，现报道如下。

1 临床资料

1.1 一般资料计算机虚拟穿刺组：选取2014年1月-2015年1月在笔者医院行三维螺旋CT(扫描层间距0.5 mm)头颅扫描的患者59例，男性38例，

女性21例，年龄(47±2.3)岁(21～68岁)。其中后颅窝占位性病变21例，脑室内出血11例，动脉瘤破裂蛛网膜下腔出血15例，单侧去骨瓣术后12例。临床穿刺组：选取2015年5月-2016年5月在笔者医院行侧脑室额角穿刺的患者32例，男性19例，女性13例，年龄(41±1.6)岁(17～73岁)。其中，后颅窝占位性病变2例，急性脑室内出血16例，脑外伤、脑出血经治疗并发脑积水14例。2组病例均为双侧侧脑室中度扩大，无受压、变形、移位。

1.2 方法

1.2.1 计算机虚拟穿刺组在计算机上读取59例患者二维头颅CT的DICOM原始数据(图1)，分别进行头皮、颅骨和侧脑室的信息提取并重建三维虚拟模型(图2)，在重建后的颅骨模型上确定矢状缝及眉心位置，将其沿法线方向投影到头皮表面并标记。取矢状线眉心上方10 cm、中线旁开3.5 cm作为穿刺点，穿刺方向垂直于颅骨钻孔点所在平面(方法三)(图3)。以上各长度均以头皮表面实际曲线距离确定，虚拟引流管直径0.3 cm，穿刺深度5～6 cm。

A：冠状面；B：矢状面；C：横断面.黄色部分为侧脑室.图1 患者头颅DICOM原始数据二维图像Fig 1 The two-dimensional head CT image in DICOM format

1.2.2 临床穿刺组按照方法三，在临床手术时将笔者自行设计制造的穿刺引导装置(图4)底座紧贴于骨孔所在平面，引流管沿着空心导管内壁向颅内穿刺，穿刺深度为5～6 cm，见脑脊液流出，即移出引导装置。

A：头皮模型；B：侧脑室模型；C：侧脑室-头皮复合模型.图2 患者头皮、侧脑室及侧脑室-头皮三维虚拟图像Fig 2 The 3D reconstruction to show the anatomy of the lateral ventricle

A：引流管穿刺方向为垂直于颅骨钻孔点所在的红色平面； B：引流管进入侧脑室额角.图3 The trajectory of the catheter utilized by method 3Fig 3 方法三模拟穿刺示意图

A：虚拟模型； B：实体模型.图4 引导装置实体模型Fig 4 The virtual model of guide device and the entity model of guide device

1.3 穿刺结果评价标准计算机虚拟穿刺组：引流管进入同侧侧脑室额角为成功；引流管未进入同侧侧脑室额角或进入对侧侧脑室为失败。临床穿刺组：一次性穿刺进入侧脑室且复查CT引流管头端位于同侧侧脑室额角为成功；多次穿刺、引流管未进入同侧侧脑室额角或进入对侧侧脑室为失败。

1.4 结果计算机虚拟穿刺组59例中，成功57例，失败2例(2例均为引流管进入对侧侧脑室额角)，成功率为96.61%；临床穿刺组32例中，成功30例(图5)，失败2例(1例进入对侧侧脑室额角，另1例第2次穿刺成功)，成功率为93.75%。

A：术前侧脑室影像图； B：术后侧脑室影像图白色箭头指示为引流管.图5 侧脑室CT影像Fig 5 Image of lateral ventricles

2 讨论

正常成人侧脑室的形态是一个可变的几何体[4]。临床上根据侧脑室扩大的程度大致分为轻度、中度、重度，正常时侧脑室体部横径与对应层面的顶骨横径之比约为1∶5～1∶6，轻度扩大时约为1∶4～1∶5，中度扩大时约为1∶3～1∶4，重度扩大时约为1∶2～1∶3[5]，本研究选择常见的中度扩大侧脑室进行研究。

在临床实践中，由于每个患者的个体差异及手术过程的不可复制性，对于成功或失败案例无法还原其穿刺过程，难以总结成败经验。随着计算机技术的发展，使得利用该技术验证目前常用的侧脑室额角穿刺方法的成功率，并寻找出一种新的穿刺方法成为可能[6]。笔者通过计算机三维重建技术，构建出单个个体侧脑室-头皮(颅骨)三维可视化虚拟模型，并在此模型上进行侧脑室额角模拟穿刺，寻找一种简单有效的穿刺方法，为临床实践提供参考依据。

2.1 传统穿刺方法及其局限性方法一为经典的侧脑室额角穿刺方法，本研究前期经计算机重建模拟穿刺结果显示成功率为59.52%。方法二是在方法一的基础上改变穿刺方向，本研究前期结果显示，该方法在计算机模拟穿刺上较方法一成功率明显提高，达到92.86%[6]。但上述2种穿刺方法在实际操作中均存在解剖学结构及参考系无法准确确定的问题，如：冠状缝由于头皮覆盖难以定位及发际高低因人而异，使穿刺点的位置不易把握；矢状面、外耳道假想连线及其中点均需术者主观想象确定，人为因素影响较大，增加了穿刺方向的不确定性。因此，方法一除了成功率不高外，加上实际操作中人为因素的影响，其实际成功率必然更低；而方法二虽然在计算机模拟穿刺上成功率较高，但有文献报道，其在临床实际应用中引流管头端能达到理想位置的比例低于77%[7]，与计算机模拟结果差距较大，且未统计是否一次性穿刺成功，说明该方法受人为因素影响较大。

鉴于目前侧脑室额角穿刺方法存在的不足，神经外科学者仍在不断尝试各种新的辅助穿刺方法，以提高一次性穿刺的成功率，如脑室镜引导下留置外引流管、红外线水平仪引导下穿刺、颅周定位仪引导下穿刺等[7-9]。也有报道运用颅脑CT成像数据，每位患者均重建侧脑室额角穿刺平面，得到穿刺方向及穿刺深度，但在临床实际工作中，患者常常病情紧急，来不及进行CT数据获取、重建、设计穿刺点及方向[10]，故术前穿刺方法的个性化确定，目前在临床上尚难以广泛推广。

2.2 改良穿刺方法及其优势基础解剖研究显示，侧脑室是一个位于大脑中央的形状不规则的复杂几何体，走向形同张开、高举的翅膀，从内下斜向外上[4]，CT图像沿龇耳基线上54 mm层面可同时显示侧脑室的前角、体部、三角区及部分后角[11]。几何学角度上，可将颅盖骨设想为近似球面，侧脑室位于球体中央，颅盖骨表面上任意一点的法线方向应均能通过侧脑室。本研究依此思路，通过计算机三维重建技术，构建侧脑室-头皮(颅骨)三维模型，经反复模拟穿刺发现，取矢状线眉心上方9～11 cm、中线旁开3.5 cm作为穿刺点，穿刺方向垂直于颅骨钻孔点所在平面的穿刺方法(方法三)能准确到达侧脑室额角区域。在本模拟穿刺实验中，穿刺成功率为96.61%，明显高于方法一，与方法二接近。笔者认为该方法最大的优势在于穿刺成功率高，且穿刺点和穿刺方向在实际操作中易于把握。穿刺点的位置是以眉心为基点沿矢状线向上9～11 cm，眉心及矢状线均容易定位，无需参考发际及冠状缝；而中线旁开3.5 cm，略大于传统方法旁开的2～3 cm，这是因为穿刺方向垂直于颅骨钻孔点所在平面，与传统的穿刺方向平行于矢状面或朝向两侧外耳道假想连线中点相比，与矢状面夹角较大，通过增大旁开距离实现侧脑室额角的准确穿刺。垂直穿刺方向的选择，也使得术者无需助手帮助指示外耳孔，不必想象矢状面、两侧外耳道假想连线及连线的中点，并免受手术铺巾的干扰。

为了在实际手术应用中最大限度把握穿刺点的垂直方向，笔者设计并通过3D打印技术，制作出一种简单实用的侧脑室额角穿刺引导装置。该引导装置的使用原理为：颅骨表面1 cm孔径的圆孔范围内曲面度小，近似为一平面，将引导装置底座紧贴于骨孔，其空心缺口导管基本垂直于颅骨表面，即使有少许误差，由于靶目标为一立体空间范围，穿刺为点到体的操作且距离仅5～6 cm，故仍可保证穿刺达侧脑室额角。本研究在临床手术中实施32例，30例均一次性穿刺成功，成功率为93.75%，接近于计算机模拟穿刺结果。

本研究利用计算机技术建立侧脑室-头皮(颅骨)三维模型，通过侧脑室额角模拟穿刺，探寻到一种改良的侧脑室额角穿刺方法，该方法对于侧脑室中度扩大，无脑室受压、变形、移位的患者，穿刺成功率高，且操作过程简单、人为因素干扰少，经临床初步实践实用性好，但该方法仍需通过更多病例的验证，积累经验，逐渐完善。

[1] 王忠诚. 神经外科学[M]. 武汉: 湖北科学技术出版社, 1998:155.

[2] 周良辅. 神经外科手术步骤点评[M]. 北京:科学技术技术文献出版社, 2011:31.

[3] 王强. 侧脑室额角穿刺方向的探讨[J]. 医师进修杂志, 2005,28(22):42-43.

[4] 杨治荣, 施巍, 沈晨, 等. 3D真人侧脑室模型的设计与构建[J]. 第二军医大学学报, 2012,33(11):1203-1206.

[5] 韩哲生. 颅内压与颅内压增高[M]. 甘肃:科学技术出版社, 1993:277.

[6] 刘宇清, 吕翱, 黄绳跃, 等. 计算机三维重建技术下模拟侧脑室额角穿刺方法的探讨[J]. 中华神经外科杂志, 2015,31(3):246-249.

[7] 卢家璋, 包陆君, 谢才兰, 等. 红外线水平定位仪引导在侧脑室额角穿刺术中的应用价值[J]. 齐齐哈尔医学院学报, 2013,34(12):1727-1730.

[8] 李春, 程彦, 余玉银, 等. 脑室镜联合腰大池置管治疗重型侧脑室内感染的临床研究[J]. 中国医药科学, 2016,6(8):199-201.

[9] 周军, 席光明. 颅周定位仪在侧脑室穿刺导航中的应用价值[J]. 陕西医学杂志, 2015,44(8):1017-1018.

[10] 李炜, 江荣才, 李鑫, 等. 侧脑室额角穿刺平面相关参数测量的初步研究[J]. 中国微侵袭神经外科杂志, 2016,21(7):294-296.

[11] 周庭永, 韩景茹, 马贻玲, 等. 侧脑室的横断面解剖学研究[J]. 解剖学杂志, 1997,20(3):289-292.