透视虚拟技术在神经介入治疗微导管塑型中的应用

曲晓扬 张绪新 李彦钊 周敬斌 徐铭蔚 邓东风

动脉瘤是血管壁上的异常膨出，是导致蛛网膜下腔出血的主要原因[1,2]。颅内动脉瘤一旦破裂出血，致残致死率极高，其中10%～15%的患者因来不及就医而死亡。首次出血致死率高达35%，再次出血的致死率则达60%～80%，而且幸存者的生存质量也是难以保障的[3,4]。目前治疗颅内动脉瘤的方式有两种，介入栓塞治疗和开颅夹闭治疗[5,6]。近期的一项多中心随机临床试验对血管内弹簧圈栓塞和神经外科夹闭两种方法进行了比较，结果显示术后远期再出血的危险性均很低，而前者的致残致死率明显低于后者[7]。2002年发表的国际蛛网膜下腔出血动脉瘤试验结果发现，血管内治疗与开颅夹闭相比能够降低残死率，改善临床预后[8]。由此确立了介入治疗在颅内动脉瘤治疗中的地位。本文主要介绍介入治疗中关键治疗步骤——微导管塑型，现将透视虚拟技术指导微导管塑型过程及结果总结报道如下。

资料与方法

一、研究对象

选取大连大学附属中山医院神经外科自2015年7月至2017年7月收治的单个左侧后交通动脉瘤患者60例。采取抽签方式随机分为新技术组和常规组，每组30例。新技术组，男性17例，女性13例，年龄 35～67 岁，平均（51.3±0.2）岁；常规组，男性 16例，女性 14 例，年龄 31～72 岁，平均（51.7±0.3）岁。 2组患者平均年龄、病程、性别等基线资料差异均无统计学意义（P＞0.05），具有可比性。研究已征得患者及家属同意，并签署知情同意书。

二、影像学检查

2组患者均在术前采用德国西门子64排128层螺旋CT扫描仪行头颈部血管CTA检查。扫描参数为：120 kV，500 mA，球管旋转时间为 0.35 s，每旋转1周的时间为0.4 s，准直宽度64×0.625 mm。非离子型对比剂100～120 mL，用高压注射器经前臂浅静脉注射，采用标准算法对图像进行重建。根据检查结果，新技术组应用透视虚拟现实技术重建4D影像呈现载瘤动脉及动脉瘤开口方向，辅助微导管塑型，常规组实施常规介入治疗方式，微导管塑形依照术中DSA造影结果塑形。

三、虚拟图像重建

将患者头颈部CTA数据利用真实维度临床虚拟成像和交互技术，将构造的三维血管影像模型分割为若干段直线血管模型和弯曲血管模型，分别计算出导管路径，再将各段直线血管模型及各段弯曲血管模型路径进行连接，得到真实血管模型，并计算出动脉瘤瘤颈及相关信息。将术前可能用到的微导管、微导丝等进行数据化处理与之前的建模结合。在血管模型上塑造微导管的模型：（1）在矢状面上找到血管中心线（记为L1），其次找到动脉瘤中心（记为O），做O点平面至载瘤动脉血管中心线的最小垂直经线（记为L2），测量载瘤动脉L1血流方向与L2的夹角（记为α）；（2）在横断面上，找出载瘤动脉中心点（记为A）；做O至A点连线（记为L3），以A点为起点做重力线，以重力线为起始方向，逆时针L3与重力线的连线夹角记为B；（3）微导管塑型过程为以α为微导管塑型的第一个角度，微导管的第一个弯曲头端的长度以L2为标准，其次给微导管另一个平面上的弯曲，弯曲角度为（180°-B）。

四、微导管塑形

将术中所需微导管按照虚拟现实模拟出的标准比例模型进行1∶1精准蒸汽熏蒸塑形。根据计算机得出的等比例微导管弯曲角度对微导管进行塑型，其中载瘤血管长轴与近心段血管之夹角为关键角，必须保证微导管与虚拟微导管形态一致，根据计算机计算的角度进行关键角的塑形。具体操作如下：塑形针芯插入微导管头端，依照塑形模型弯折出微导管预塑形状，然后用开水汽熏30 s，0.9%氯化钠溶液冷却；撤出针芯，完成微导管塑形，并及时应用于术中。

五、具体介入手术过程

进行常规消毒铺巾，局部麻醉下采用改良Seldinger技术穿刺股动脉，放置动脉鞘，进行全身肝素化，再次造影，以确认血管及动脉瘤形态与术前模型吻合。在微导丝的配合下，将虚拟现实技术模拟出的微导管靠近目标动脉开口，妥善放置好微导管后，进行动脉瘤的栓塞。常规组手术微导管塑形依靠传统术中DSA影像，术者凭经验塑形。

六、统计学分析

采用SPSS20.0软件进行统计分析，患者手术时间采用均数±标准差（±s）表示，比较采用t检验；治疗效果和并发症采用率和构成比表示，组间比较采用χ2检验。P＜0.05为差异具有统计学意义。

结 果

通过透视虚拟技术辅助微导管塑型的新技术组平均手术时间较常规组明显减少，差异有统计学意义（P＜0.05）。2组并发症出现率比较，差异无统计学意义（P＞0.05）（表 1）。

表1 2组动脉瘤患者的治疗平均手术时间和并发症比较

讨 论

透视虚拟现实技术，是集合计算机图形技术、多媒体技术、传感器技术、人机交互技术、网络技术、立体显示技术以及仿真技术等多种技术而发展起来的综合性技术[11]。其与多媒体、网络技术并称为三大前景最好的计算机技术，是由计算机生成的真实世界的交互式模拟[12]。在医学领域上，虚拟现实技术可以将同一个患者的多种影像数据，如CT、CTA、MRI、弥散张量成像等，进行融合并重建，融合后可从不同角度及不同平面对病灶及其周围环境进行观察，将其由空间想象变成可感现实[13,14]。从而将人体通过数据精确模拟出来，并可进行相关的术前演示及准备，大大增加了手术的可控性与预知性[15]。

临床发现，开颅手术不适用于深处或重要功能区的动脉瘤，并且开颅手术对患者的创伤较大，手术本身也存在一定的风险[9]。所以介入手术为动脉瘤的治疗提供了一个良好的选择。对于颅内动脉瘤介入治疗来说，尤其载瘤动脉过于弯曲或者动脉瘤开口刁钻时，依靠合适的工具可以取得事半功倍的效果[10]。虚拟现实技术提供给术者一个强大的辅助作用，辅助微导管塑形，使微导管符合动脉瘤开口方向，避免不必要的到位尝试。以往的微导管仅凭临床2D或粗糙的3D图像塑型，没有4D图像参考，因此很大程度是依靠临床医生的经验，而透视虚拟技术的出现改变了这种“盲塑”。透视虚拟技术是经过4D医学数字成像和通信 （是医学图像和相关信息的国际标准）临床数据整合，应用临床四维成像技术与交互技术，术前全真模拟出血管形态及动脉瘤开口方向，也可直接观察瘤颈形态。因此，透视虚拟现实技术辅助塑型的微导管更符合动脉瘤栓塞要求。

通过透视虚拟技术辅助微导管塑型与以往介入治疗动脉瘤塑型微导管技术比较：（1）时间性：新技术通过术前模拟载瘤动脉及动脉瘤构型，可以明确二者关系，并在术前可以准确塑型微导管及模拟手术，大大减少实际手术操作时间。（2）成功率：新技术组通过虚拟现实技术模拟出血管内部情况、动脉瘤瘤颈开口位置及方向，根据虚拟微导管制作的术中微导管精准贴合血管弯曲和动脉瘤形状；且根据临床数据分析，根据虚拟微导管制作出的真实微导管均准确置入动脉瘤中，无滑脱，术后造影证实动脉瘤栓塞致密。（3）并发症：新技术组术后出现1例血管痉挛并发症。（4）形态学：微导管塑形的基本目标为微导管合适自然地置入载瘤动脉，并提供良好且有效的支撑力。目前微导管塑型仅凭借术者经验根据术中造影结果弯折出大致形状，容易受到术者主观限制，加之DSA和CTA影像并不能全方位显示动脉瘤瘤颈及载瘤动脉与动脉瘤血管内的情况，所以常规微导管塑形技术具有局限性。此项技术的出现改变了以往凭经验塑型的操作方式，将动脉瘤与载瘤动脉外部关系清晰呈现，同时可以通过透视虚拟现实技术模拟出血管内部情况，类似血管内窥镜，从内部观察动脉瘤瘤颈开口位置和方向，以及血管内部是否有影响操作的斑块和狭窄，调整微导管的塑形。本研究证明根据虚拟显示技术制作的术中微导管可以精准贴合血管弯曲及动脉瘤形状。

透视虚拟技术将以往依靠经验塑形微导管的方式改变成具体可视化操作，精准辅助塑形微导管，使微导管在颅内动脉瘤栓塞术中顺利到位且保持稳定，有利于手术顺利进行，减少微导管操作相关并发症发生。经透视虚拟技术辅助微导管塑型，可减少手术操作时间，避免操作时间过长对患者产生不良影响。但本研究样本量较小，缺乏大样本综合分析，对复杂位置动脉瘤也缺乏应用经验，也有待进一步深入研究。

透视虚拟技术的出现作为一个新的里程碑，填补了之前影像学检查的不足，使病灶部位较之前更立体地呈现给术者，提供了良好的术前规划，使微导管塑形更加精准，更符合载瘤动脉及动脉瘤形态，减少手术操作时间，避免增加对动脉的骚扰，提高手术安全性。目前国内大部分医疗机构仅将透视虚拟技术用于教学，透视虚拟技术未来将在医学应用领域获得更广泛的应用。