3D-Slicer软件在桥小脑角区肿瘤的术前应用

岳振宇 刘展 王艮卫 陶胜忠 常克亮

郑州大学第二附属医院（郑州450003）

3D-Slicer 软件是一款主要由美国国立卫生研究院（NIH）资助免费开源区影像后处理软件。该软件是可以在多种操作系统上（Windows、MAC、Linux）使用的免费开源码使用包，可通过绘画、多边形轮廓和各种连通性和形态学工具进行阈值分割，具有三维重建、配准、融合、分割等功能，主要用于生物医学图像的分析和可视化，并用于研究［1］。桥小脑角（cerebellopontine angle，CPA）区位于后颅窝的前外侧端，是由桥脑外侧缘、小脑半球前外侧前部、颞骨岩尖围成的狭小空间。此处的重要性在于三叉神经、听神经、面神经、小脑前下动脉、内听动脉等集中于此。CPA区肿瘤很常见，占所有颅内肿瘤的6% ～10%，而在CPA 区肿瘤中听神经瘤［2］和脑膜瘤［3-4］占绝大多数，其他如三叉神经瘤、蛛网膜囊肿、胆脂瘤等，肿瘤种类较多且特征性不明显，临床诊断往往困难，手术过程较复杂，影响手术入路选择的因素众多，包括静脉窦［5］、肿瘤周围神经、血管等因素，很多医生根据经验及二维影像来设计手术切口及骨瓣位置，但它们仍然只能为小脑角、岩斜区和深中线结构提供有限的视角［6］，同时肿瘤的占位效应会导致脑组织正常解剖位置的移位，给手术的操作造成了更大的困难［7］，乙状窦后入路是进入桥小脑角区的主要入路，但问题在于如何快速实施乙状窦后入路开颅以及怎样达到良好的术中显露、避免术中过多出血及静脉窦损伤和减少术后并发症的发生等［8-10］。本研究利用3D-Slicer 软件的三维重建、配准等功能，对头皮、颅骨、静脉窦、肿瘤周围脑神经及血管进行重建，用于术前皮肤切口及骨瓣位置的规划，辅助桥小脑角区肿瘤切除手术的实施。

1 资料与方法

1.1 一般资料回顾性纳入2018年10月至2020年9月郑州大学第二附属医院神经外科收治的桥小脑角区肿瘤患者。纳入标准：头部MRI 平扫增强证实CPA 区单发肿瘤，直径≤5 cm，排除手术禁忌。其中男8 例，女12 例；年龄35 ～65 岁，平均（54.8 ± 6.1）岁；术后病理送检回示，三叉神经瘤1 例、脑膜瘤4 例、胆脂瘤6 例、蛛网膜囊肿4 例、听神经瘤5 例。本研究已获得医院伦理委员会批准和患者知情同意。

1.2 影像学方法患者均进行CT 和MRI 诊断检查。影像学数据获取头颅影像原始数据（双源CT、西门子3.0T MRI）通过院内网病历系统软件系统获取。数据格式为DICOM。

1.3 3D-Slicer 重建本研究病例均使用3D-Slicer软件（3D-Slicer4.10.0）进行重建。将CT、磁共振平扫+增强、MRV 等影像资料以DICOM 格式导入，使用General Register（BRAINS）模块将CT、MRI 数据进行融合、匹配，运用Transforms 模块进行匹配后的固定，使CT、MRI、MRV 等图像位于同一坐标中，然后运行Segment Editor 模块、Model 模块、Volume clip with model 模块，完成头颅、颅骨、血管、肿瘤等的模型三维重建，运用Volume Rendering 进行各模型显像。通过调整透明度，显示内部脑组织、肿瘤、静脉窦等重要解剖结构，对模型进行旋转、剪辑以及测量，从不同角度、不同方向观察肿瘤与周围结构的关系，通过感兴趣区域（ROI）进行观察。在虚拟现实图像中，对不同病例结合静脉窦及颅骨重建情况，进行皮肤切口及骨窗设计。

1.4 手术方法20 例桥小脑角区肿瘤患者均在术前三维重建基础上，根据乙状窦后入路，精确设计手术切口和及骨窗位置，并在全麻气管插管下顺利完成开颅手术。

2 结果

2.1 手术情况本组20 例患者均根据3D-Slicer 软件三维重建结果术前制定开颅计划，设计皮肤切口位置，根据体表投影静脉窦的位置设计骨窗，并按计划顺利完成手术，本组所有病例均可满意显露横窦乙状窦拐角，术中无不可控的乳突导静脉及静脉窦破裂出血情况。术中骨瓣大小位置适中，可提供较好的直达病变位置的手术视野，使乙状窦后入路快速、简单，出血量极少，术野干净整洁，可有效避免静脉窦损伤，极大地缩短了手术时间。

2.2 典型病例患者男，53 岁，以“左侧耳鸣伴听力下降半年余”为主诉入院。入院诊断为“左侧桥小脑角区占位”。查体：无声嘶、吞咽困难等，左耳听力差，双侧瞳孔等大等圆，直径约3.0 mm，对光反射均灵敏。

术前行头颅CT、头颅MRI、MRV、MRA，将影像学资料导入3D Slicer 软件，进行融合，可将CT 及MRI 置于同一窗口（图1A、1B），通过调节阈值可在骨窗像上观察磁共振上肿瘤的位置。经三维重建后，可在轴位图上观察肿瘤（图1C），更为直观。利用CT 重建头皮、血管、颅骨（图2），然后将重建结果同时显影，确定乙状窦、肿瘤位置。根据体表投影定位，确定骨窗位置（图3A），调节头皮透明度后根据骨瓣位置确定手术切线（图3B），测量外耳道至乙状窦与横窦交界在颅骨表面的距离，精确在体表定位，采用乙状窦后入路，取直切口。术中手术切口、骨窗与重建结构基本吻合（图3C），通过导航验证肿瘤切除范围，基本达镜下全切。术后10 d 余，伤口愈合拆线出院，病理报告提示：神经鞘瘤。

3 讨论

桥小脑角（CPA）区有多对脑神经和脑血管重要区域，由桥脑、小脑前部和颞骨岩部构成。它以内耳道（IAC）为中心，从Ⅳ神经尾端延伸到第IX-XXII 颅神经复合体［11］。CPA 区肿瘤临床表现与病变自身性质无关，而是主要与病变所涉及的神经或大脑结构有关［12］，因此，CPA 区肿瘤的手术较为困难。在神经外科中，治疗脑肿瘤最直接有效的方法就是进行手术，精确的手术入路和开颅术的术前计划非常重要［13］，桥小脑角区的肿瘤手术常应用乙状窦后入路，在此入路中找到“星点”即可确定骨孔位置。但在实际手术操作中，并非每个患者的“星点”解剖位置均正对横窦、乙状窦交界，可能存在解剖变异［5，14］。乙状窦后入路开颅术是神经外科常用开颅术中较难掌握的一种［15］，有经验的神经外科医生将解剖结构与术前二维（2D）影像联系起来定位颅内病变，然而，这种方法的准确性有时并不令人满意，因为与临床经验密切相关［16］，处理不当会出现横窦乙状窦转折处显露不佳或者过度显露，术中导静脉或静脉窦损伤出血及术后皮下积液、伤口愈合不良和脑脊液鼻漏等并发症［17］。因此静脉窦的保护、骨窗的设计显得尤为重要。

图1 典型病例术前的3D MRI 及CT 图像及其融合图像Fig.1 Preoperative 3D MRI and CT images and fusion images of typical cases

图2 3D 重建后的图像Fig.2 Image after 3D reconstruction

应用3D-Slicer 软件对普通影像资料进行重建，构造出头皮、颅骨、静脉窦、肿瘤与脑组织等模型（图2），进行多模态融合，利用阈值的调控，增加颅骨的透明度，可有效透视静脉窦及脑组织，从而设计满意显露横窦乙状窦拐角的骨窗（图3A）；再次显示头皮模型，通过增加透明度，根据所见骨瓣设计皮肤切口（图3B），测量外耳道至乙状窦与横窦交界在颅骨表面的距离，精确在体表定位，从而设计出手术入路，在典型病例中已经得到验证（图3）。通过3D-Slicer 三维重建多模态融合辅助，使乙状窦后入路操作快速、简单，可有效避免静脉窦损伤，使出血量极少，术野干净整洁，极大地缩短了手术时间。

有些学者对一些浅表肿瘤以及血肿，还可将重建后虚拟图像导入手机，通过软件将导入图像与患者头部相应解剖位置及标记位置融合，或者通过Sina 软件结合重建图片投射到患者头部［18］，达到简易增强现实的效果，增加手术精确度，已经取得了良好的效果，也可以应用于脊椎肿瘤手术等的应用［19］，为手术的操作提供了很大的便捷。对于3D-Slicer 软件桥小脑角区肿瘤切除应用中的研究较少。3D-Slicer 软件被各国临床医生广泛探索［20-21］，可以辅助3D 打印技术［22-23］，帮助手术医师快速准确的确定手术入路完成手术，也可用于规范化培训中的常规教学［24］。在术前谈话中还可利用重建图像向患者和家属更好解释手术方案及风险，让患者和家属对手术过程和手术风险有了充分“知情权”，和谐医患关系［25］。

本研究中样本量较少，需要较多的临床病例进行探索，而且建模对影像学资料要求较高，影像学资料质量直接影响重建效果，有些特殊序列扫描需与放射科医师进一步沟通讨论。

综上所述，3D-Slicer 软件术前对静脉窦、头皮和颅骨的重建进行多模态融合，可帮助设计精确的骨瓣，可较好保护横窦、乙状窦，为桥小脑角区肿瘤切除常用的乙状窦后入路提供更加精确的指导，可以使桥小脑角区肿瘤的手术更加精确、微创、安全、快速；3D-Slicer 软件较平常的二维影像定位诊断更加立体直观，相较于神经导航系统，花费较少，且操作简单易学，值得在桥小脑角区肿瘤切除手术中进行推广应用。