图像重建及3D虚拟现实技术在经蝶垂体瘤手术中的应用

张锐 ，孟令雷 ，孔世奇 ，李辉 ，霍贵通

1.邢台市人民医院神经外三科，河北邢台 054000；2.邢台市人民医院医学影像科，河北邢台 054000；3.邢台市人民医院医务科，河北邢台 054000；4.邢台市第九医院神经外科 河北邢台 055250

垂体瘤是颅内常见肿瘤，目前绝大多数可应用经鼻蝶入路手术切除。自2017年以来，应用了计算机图像重建技术以及虚拟现实技术，帮助术者了解鼻腔及蝶窦内解剖，更好地定位鞍底，防止偏离中线，损伤颈内动脉，选取2017年1月—2017年6月在该院接受手术治疗的垂体瘤患者6例。现报道如下。

1 资料与方法

1.1 软件简介

3Dslicer软件是由哈佛大学医学院和麻省理工学院共同开发的一款开源的医学图像处理软件，功能强大。在国外,基于ITK和VTK的3D Slicer软件主要应用于医学图像分析、图像导航手术和微创手术。国内学者近年来也开始做了一些应用工作如天津医科大学岳树源等应用其完成脑神经纤维示踪、重建，病变患者重建肿瘤三维影像等工作，指导手术。还有一部分学者用来进行了基础医学研究[1-7]该研究主要应用了该软件的3D虚拟成像功能。

1.2 一般资料

垂体瘤患者6例我科行手术治疗男性4例，女性2例，年龄26～65岁，平均年龄42岁，无功能腺瘤3例，生长激素腺瘤2例，ACTH腺瘤1例，大腺瘤4例，微腺瘤2例。

1.3 临床表现

视力视野损害3例，均为无功能腺瘤患者，肢端肥大症2例，库欣综合征1例。术前垂体激素检测，功能性垂体腺瘤均有相应激素增高表现，无功能腺瘤激素分泌正常，该组患者术前无垂体功能低下表现。

1.4 术前准备及手术过程

应用该方法无需特别的术前检查，并不会增加患者费用，且不涉及改变手术方式或人体实验。首先，获取常规术前检查时做的蝶窦CT影像资料 （dicom格式，扫描层厚5 mm，层厚越薄，重建出的图像解析度越高，但过薄的扫描，增大数据运算负担，5 mm层厚比较均衡）。将获取的数据导入计算机，运行3Dslicer软件，将CT断层扫描图像重建为3D图像，并获取鼻腔，鼻甲，蝶窦前壁，蝶窦内影像资料，充分了解蝶窦内分膈情况，并可判断鞍底位置。（见图1，图2）。采用内镜经鼻蝶入路切除肿瘤，手术过程描述如下：常规气管插管全麻，采用仰卧位，头部高于心脏，利于静脉窦回流，减少术中出血，顶部略下垂，头右旋10°左右，利于术中操作。无菌贴膜覆盖面部，仅将双侧鼻孔暴露，使用碘伏原液消毒面部术野后，将碘伏原液稀释后冲洗双侧鼻腔，消毒完毕后使用无菌巾覆盖。①使用肾上腺素棉条收缩鼻甲黏膜，置入内镜观察鼻腔内情况，辨认下鼻甲，中鼻甲以及鼻后孔等解剖标志；②在棉条覆盖保护下，使用剥离支依次向外侧推移下鼻甲，中鼻甲，必要时可将诸鼻甲骨折。此时可观察到蝶窦前壁以及上鼻甲，蝶窦开口通常位于上鼻甲与鼻中隔间隙之间，蝶筛隐窝内，鼻后孔上约2 cm范围内，大都可明确观察到。如未发现开口，可按照后鼻孔上2 cm定位。明确蝶窦开口位置后，以此为依据，可做鼻中隔黏膜瓣，黏膜瓣做法较多，通常采用以蝶窦开口为中心，做一个U型切口，基底位于后鼻孔顶部，将黏膜瓣置入后鼻孔储藏，过短的黏膜瓣难以放置满意，影响后续操作；③将鼻中隔推向左侧，自犁骨根部折断，去除中隔骨质后，可见对侧鼻中隔黏膜。内镜置入左侧鼻腔，沿鼻中隔进入，寻找左侧蝶窦前壁及蝶窦开口，如中鼻甲遮挡视线，可骨折后推向外侧，寻找到左侧蝶窦开口后，可切除左侧蝶窦前壁黏膜，并切除左侧鼻中隔黏膜后端黏膜，此时，双侧鼻腔于蝶窦前壁连通。可清晰观察到犁骨残端，两侧蝶窦开口等解剖标志。可再次与术前获得的虚拟图像对照，从而确定暴露范围是否满意。一旦确认，使用磨钻磨除蝶窦前壁，清除窦腔内黏膜可暴露蝶窦全貌。清除蝶窦内黏膜时，通常可有静脉性出血，使用流体明胶控制出血，并使用温盐水反复冲洗，待术野清晰后，与虚拟图像对照，结合图像可确定颈动脉隆突，视神经-颈动脉陷窝等解剖标志，确定鞍底位置及打开范围；④使用金刚砂磨钻将鞍底骨质蛋壳化后，使用枪状咬骨钳自中线向外侧逐渐咬除骨质，避免撕扯动作，防止损伤颈内动脉。鞍底理想暴露范围为两侧到海绵窦，前方到前海绵间窦，下方到后海绵间窦。有时遇到较汹涌的静脉窦出血，可使用流体明胶或普通明胶海绵压迫，并继续使用温盐水冲洗，能有效控制出血。尖刀沿中线切开鞍底硬膜后，使用剪刀X型剪开硬膜，根据肿瘤性质，质地，大小，选择不同切除方式。功能性微腺瘤根据术前定位，需完整切除，否则肿瘤残留可导致术后内分泌症状无改善。大腺瘤切除顺序自鞍背向两侧海绵窦，最后切除前方，防止鞍隔过早塌陷遮挡导致的肿瘤残留。尤其需要注意的是质地稀软的巨大腺瘤，因易于吸出，需控制切除速度，以防鞍隔迅速下陷导致可能的鞍上血管损伤，造成颅内血肿等灾难性后果。肿瘤切除完全后，可见鞍隔塌陷，搏动良好，出血也往往随之停止，仅有少量静脉性渗血，采用湿润的明胶海绵填塞即可满意止血，注意避免鞍内过度填塞，防止术后出现视神经受压情况。鞍底修复对于垂体瘤来说，因鞍隔的存在，术中发生脑脊液漏的几率不大，在该组病例中，仅有1例出现了低流量脑脊液漏。使用可吸收性人工硬膜修补并纤维蛋白胶加固后，观察到漏液停止。其余5例仅使用明胶海绵填塞鞍内并用纤维蛋白胶封闭鞍底即可。将右侧鼻中隔黏膜瓣复位，封闭中隔缺损处，尽量恢复正常解剖结构，以吸收性胶原蛋白海绵卷固定之；⑤将诸鼻甲复位，鼻腔不需填塞，手术结束。术后7 d，耳鼻喉科行鼻腔冲洗，清理血痂。

2 结果

6例患者手术顺利完成，5例肿瘤切除满意，1例巨大鞍内鞍上无功能腺瘤因鞍上肿瘤下降不足导致部分残留，但患者视力视野较术前明显改善。3例功能性腺瘤术后激素水平明显下降，临床症状均得到改善。其中ACTH腺瘤患者随访3个月后，ACTH和皮质醇水平恢复正常。术后无出血，无脑脊液漏及感染发生。

3 讨论

3.1 经鼻蝶入路垂体瘤切除术的优势和存在的问题

垂体位置深在，上临视神经，视交叉，两侧为海绵窦及颈内动脉，后方为鞍背及斜坡。因此，Rhoton教授[8]认为自鼻腔蝶窦等自然间隙，通过前下方到达垂体，是一条安全，微创的通路。这是经蝶入路最大的以及天然的优势。但因经蝶入路与传统开颅手术相比，存在操作空间狭小，位置深在，照明困难，需要娴熟的显微操作技术，且国内各医院神经外科技术发展不均衡，在各大神经外科中心之外，基层神经外科医师对鼻腔及蝶窦解剖缺乏认知，因此该类手术开展起来较为困难。其中最重要的原因，就在于对鼻腔及蝶窦解剖的认识不足。在大型医院或各个神经外科中心，可采用神经导航来指导手术操作，而基层医院普遍不具备该条件。3Dslicer软件已经应用于脑出血的精准治疗，并取得了较好的效果[9]，但是对于该软件在经鼻垂体手术中的应用，国内尚无文献报道，该组病例做出了有益的尝试。

3.2 计算机图像导航及虚拟现实技术在临床的应用价值

对于经蝶手术而言，详细了解蝶窦解剖情况是至关重要的，术前需要常规做蝶窦的薄层CT扫描，尤其要获取骨窗位图像，了解蝶窦内部以及鞍底的形状。蝶窦内分隔常常附着于颈内动脉隆突之上，了解分隔情况有助于辨识颈内动脉的走行，避免损伤。然而，CT或MRI图像均为断层扫描，需要医师通过自己的经验，自行想象并构建出三维结构，这对于初学者或经验不是那么丰富的医师，存在一定困难，难以和实际解剖结构一一对应起来。通过3Dslicer软件，可以将CT断层扫描图像重建为三维图像，对于解剖的结构的理解，具有极大的帮助，并且通过术前的图像分析，作出详细的手术计划，降低手术风险和并发症的发生率。该组病例，与采用神经导航手术的病例组相比较，手术效果没有显著差异,[10-11]唯一不足在于slicer软件只能用于术前规划，无法提供实时的数据导航。

4 结论

计算机图像重建及虚拟现实技术，可以将CT，MRI等断层扫描图像重建为三维图像，对于医师理解解剖结构有极大帮助。并且经过我们实际应用，该技术可用于制定术前计划，术中图像引导，降低手术风险。该技术使用方便，费用低廉，仅需要一台较高性能的家用电脑即可使用，尤其适用于缺乏神经导航系统的基层医院，该方法值得推广。

图1 术前蝶窦CT可见蝶窦内分隔，经过图像重建后得到虚拟3D图像，术中可见实际情况与虚拟图像完全一致。

图2 术前强化CT可见肿瘤与颅底动脉环关系密切，但以往的技术难以判断肿瘤与动脉间的空间关系。通过多模态的图像重建后，并多角度旋转观察，可明确肿瘤与周围血管间关系，为安全切除肿瘤创造了条件。