探讨多模态三维体绘制重建在微血管减压术术前的评估价值

金冬花 刘展 牛光明 陶胜忠 耿晓腾 王在斌 卢慧鹏

郑州大学第二附属医院神经外科（郑州450014）

微血管减压术（microvascular decompression，MVD）是治疗三叉神经痛、面肌痉挛等颅神经压迫疾病的有效手段［1-4］，而术前明确是否存在血管压迫、明确责任血管以及术中能否将责任血管完全从神经根部游离垫开是保证手术效果的重要因素［5-7］。目前，最常用术前判断责任血管的方法是MRI，常用的序列包3D⁃TOF 和3D⁃CISS 或FIESTA等序列［8］。但是，因术前MRI 的二维局限性影响了对神经根同其周围血管关系的判断从而无法保证完全分辨出责任血管。为了术前更加准确的判断神经根和周围血管的关系从而避免责任血管的遗漏，近年来许多学者开始尝试采用3DSlicer、Neuro Tech、Osiri、Mimics 等软件对患者术前MRI图像进行多模态三维影像重建，对重建的图像进行多角度观察证实三维重建图像更有利于对责任血管的判断［9-12］，其中3D⁃Slicer 是使用最为频繁的免费图像处理软件［13］。但在既往研究中，研究者多使用面绘制重建（model maker）方法进行三维重建，但面绘制重建的原理决定了模型细节丧失严重且失真，容易遗漏较细血管。而3D⁃Slicer 中的体绘制重建（volume rendering）对模型细节的显示更佳，但对计算机的设备要求高，不同结构显示缺乏层次感从而限制其使用［14］。本研究尝试将体绘制和面绘制结合，通过影像配准、局部建模、图像分割以及三维重建等步骤，可以快速、清晰、完整且层次分明的显示所要观察的图像。2018年以来，应用这种方法对我科所有需接受微血管减压术的三叉神经痛和面肌痉挛患者进行术前责任血管判断，发现其可100%模拟术中所见，提高手术成功率。

1 资料与方法

1.1 病人资料选取郑州大学第二附属医院神经外科2016年12月至2017年12月未进行术前多模态三维体绘制重建的原发性三叉神经痛（19 例）和面肌痉挛（9例）共28例患者作为未重建组，2018年1月至2019年8月术前进行多模态三维体绘制重建的MVD 手术的原发性三叉神经痛（20例）和面肌痉挛（14 例）共34 例患者作为重建组，两组患者年龄、性别、诊断等比较差异均无统计学意义（表1）。纳入标准：（1）经药物治疗或其他外科治疗无效或复发；（2）首次接受微血管减压术；（3）能够在本单位完成术前MRI 检查者并接受微血管减压手术治疗者。排除标准：（1）由肿瘤压迫、动脉瘤压迫、骨质增生等继发性因素引起者；（2）身体一般情况差，不能耐受手术者。所有患者术前均在我院影像中心接受钆增强（Gd）3D⁃TOF、3D⁃SPC 或3D⁃CISS 核磁共振扫描（西门子公司，3.0T）。重建组术前患者的影像资料均由神经外科同一位人员完成统一流程的三维重建。

1.2 多模态三维体绘制重建过程以3D Slicer 4.10.1 版本为例，将同一患者的3D TOF 和3D CISS序列原始DICOM 图像导入到3D slicer 中，首先确定两序列是否匹配。由于两序列的层厚和层距并不完全一致，两序列被认为匹配的原则是中经中脑导水管至四脑室正中孔矢状面的脑室结构完全重叠。如果两序列中图像存在位置差异，需要将两序列Volume 文件在Transform 模块中进行配准并进行保存（图1）。

图1 图像配准Fig.1 Multimodeling registration

继而在Editor 模块中对三叉神经、面听神经和脑干以及周围血管进行Label创建并根据各自Label建模（图2、3）。

使用Segmentation 模块中的Clip with model 分别对TOF 和SPC（或CISS）序列，进行分割（图4）。

分别在Volume rendering 模块中对上述切割完成的序列进行体绘制重建，360 度观察血管的走形、血管神经根的关系从而判断是否存在责任血管、血管来源以及血管和神经根的关系（图5）。

图2 神经建模Fig.2 Making neural modelin

图3 脑干和血管建模Fig.3 Brainstem and vascular modeling

图4 图像分割Fig.4 Image segmentation

图5 血管和神经体绘制重建Fig.5 Volume rendering reconstruction of blood vessels and nerves

为了更好的模拟术中所见，对手术视野进行虚拟重建。首先使用Volume rendering 模块进行重建，通过调节Volume properties 消除高信号脑脊液对体绘制重建图像的干扰，充分显示神经根和血管，进而使用ROI 对重点观察部位进行切割后，360 度观察术野，了解血管和神经关系（图6）。

图6 术野体绘制重建Fig.6 Volume rendering and reconstruction of surgical field

1.3 手术过程手术过程则均采用经典“公园长椅位”经乙状窦后入路微血管减压术。术中锐性分离患侧小脑半球岩面蛛网膜显露三叉神经根部或者面听神经根部。未重建组根据术前MRI 提示的责任血管将三叉神经和面神经根部周边血管全部分离后，垫以特氟龙垫片，使血管和神经完全脱离接触至少2 mm 以上。重建组则根据多模态三维体绘制重建图像对“责任血管”进行分离垫开，对术前判断“非责任”血管不予分离垫开。

1.4 结果判定判定效果［15-16］：完全缓解，MVD 后面部疼痛完全消失或面部抽搐症状完全消失，不需口服药物；部分缓解，术后仍有面痛发作，但疼痛剧烈程度和发作频率较术前明显改善，不需服药或口服药物可以控制或面部抽搐程度、抽搐频率改善＞60%；无效，术后面部疼痛缓解不明显或无缓解，口服药物不能控制或面部抽搐症状无明显改善。复发：面部疼痛或者面部抽搐完全缓解或者部分缓解后再一次出现和术前面部疼痛或者面部抽搐程度相同的症状。

1.5 统计学方法使用SPSS 26.0 采用非参数检验对两组资料进行相关性分析或者组间比较，P＜0.05 认为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 血管压迫率未重建组和重建组在术前发现是否存在血管压迫率分别是85.71%和100%、判断责任血管的准确率是78.57%和100%，对比两组组间差异有统计学意义（P＜0.05）。

2.2 术后结果

2.2.1 术后缓解率未重建组和重建组术后立刻完全缓解率为64.29%和91.18%。术后1年累计完全缓解率为82.14%和97.71%，部分缓解率为14.29%和2.94%，无效率为为3.57%和0%。

2.2.2 术后复发率未重建组和重建组术后1年复发率为7.14%和0%。两组术后缓解率和复发率比较差异有统计学意义（P＜0.05）。

2.2.3 术后并发症未重建组和重建组术后发生并发症（患侧持续超过一周的耳鸣或面瘫、术区出血致二次血肿清除术等）率为50%和15.79%。两组组间差异有统计学意义（P＜0.05，表1）。

表1 未重建组和重建组统计分析结果Tab.1 Statistical analysis ofthe unreconstructed group and the reconstructed group

3 讨论

自上世纪80年代首次将MRI 检查应用于了解三叉神经根部解剖结构以来［17］，MRI 已经成为术前了解三叉神经根部是否存在血管压迫的最重要手段［18］。但是不同序列的二维MRI 影像因无法有效的完全显示神经根和责任血管的三维关系，从而限制了其对责任血管的判断。多模态影像融合和三维重建技术的发展可以在同一幅立体图像中观察到血管和神经根的空间关系，从而有效提高责任血管的检出率［19］。在本研究中，术前判断责任血管的检出率为100%，之前焦迎斌等多篇文献报道的术前多模态融合三维重建判断责任血管的准确性分别为92%和97.9%［20］，并未达到100%。分析可能主要存在以下原因：（1）三维重建前不同序列SH（如TOF 和FIESTA 序列）未进行刚性配准或者因MRI 扫描过程中不同序列层厚差异过大导致不同序列刚性配准误差过大从而影响判断。（2）未增强的3D⁃TOF 图像中对后颅窝小动脉的远端和静脉显示不清从而无法在三维影像中显示这些血管。（3）单纯基于FIESTA、CISS 或者SPC 序列进行面绘制重建时，因神经根、动脉和静脉灰度值相近而无法分辨。

在本研究中，使用3D Slicer 的同一流程对TOF序列和SPC 或CISS 序列进行多模态融合并三维重建，术前可有效判断血管和神经关系。为了提高责任血管检出率，术前3D⁃TOF 序列均采用Ga 增强TOF 扫描；为了减少配准误差，在扫描不同序列时尽量保持层厚相差0.1 mm，这样保证重建后图像清晰度的同时也避免了不同序列图像在配准时出现中间部完全配准、周边明显偏差的现象（图1）；同时，进行精准分割并重建的范围包括从中脑到延髓、从基底动脉尖到小脑后下动脉起始部，通过血管的行程可以准确的进行血管分类和命名；最后在基于CISS 或者SPC 序列直接体绘制重建的图形中通过调节灰度映射值的透明度和颜色（Scalar Opacity Mapping 和Scalar Color Mapping）来模拟术野所见（图6）。以上措施确保术前的三维重建图像能完全模拟术中所见，从而提高责任血管检出率、提高手术成功率并减少并发症。但值得注意的是，在本研究中术后面部疼痛或者面部抽搐的完全缓解率仍未达到100%，这也说明单纯血管机械压迫并不是导致三叉神经痛或者面肌痉挛的唯一原因，长期压迫后神经损伤、中枢性因素以及术中操作所带来的损伤或者局部黏连都有可能是影响预后的因素。

本研究证明术前运用多模态三维体绘制重建方法可以更有效地判断责任血管，从而提高手术疗效并减少手术并发症。采用静态三维重建，尽管本研究中基于三维图像对责任血管的判断正确率为100%，但是既往研究也提示术中牵拉小脑半球、快速释放脑脊液、分离蛛网膜束带等操作可以导致血管和神经脱离，从而导致术中未发现责任血管［21］。因此在今后的研究中，可进一步通过有限元分析的方法模拟术中牵拉等动作产生的神经和血管位移将更具有指导意义。此外，本研究存在样本量偏少，术后随访时间略短等不足，更大样本量的分析以及更长程的随访将更具临床意义。