多模态影像融合联合多介质3D打印在复杂颈椎管内外沟通性肿瘤手术中的应用

郑树欢 天津市环湖医院 （天津 300350）

内容提要： 目的：分析多模态影像融合联合多介质3D打印在复杂颈椎管内外沟通性肿瘤的应用效果。方法：以2019年10月～2022年8月本院收治的复杂颈椎管内外沟通性肿瘤手术患者40例为观察对象，分别对患者应用多模态影像融合技术，应用多介质3D打印技术对数字模型进行打印并实施手术。结果：9例行一期内固定者共植入螺钉27枚，位置良好，未出现脊髓、大血管及相邻脏器损伤等并发症，5例患者术后出现神经损伤症状，术后随访未发现肿瘤复发情况。术后人体感觉功能、肌力恢复较好。结论：多模态影像融合联合多介质3D打印技术可直观性看出复杂颈椎管内外沟通性肿瘤中血管、骨质以及瘤体之间的关联，提升对神经血管和脊柱稳定性的保护，降低术后并发症。

复杂颈椎管内外沟通性肿瘤是颈椎外科一种少见的肿瘤，肿瘤极易压迫脊柱，导致患者瘫痪、残疾，严重威胁患者生命。脊髓膜、神经根、脊髓、血管、椎管壁组织、胎儿残留组织等都是椎管内的多种组织来源[1]。在临床上一般按照肿瘤与脊髓、硬脊膜之间的联系，可以把颈椎管内肿瘤分成三种类型，分别是髓内肿瘤、髓外硬膜下肿瘤、椎管内硬膜外肿瘤。由于椎管腔比下颈椎要大，所以有一个很大的“代偿空隙”，肿瘤在小的时候很难被发现，往往发现时肿瘤已经较大了。同时，由于椎管中存在着与呼吸、心跳等器官相连的脊髓、延髓等器官，椎管中的肿瘤往往因其体积大、与周边组织粘连，而难以分离、清除，在手术过程中会对患者的呼吸、心跳功能造成较大影响，严重时会对患者的生命造成威胁，具有较大的手术风险。当前临床针对颈椎管内外沟通性肿瘤的治疗主要以手术治疗为主，在手术开始之前需对其进行影像学检查[2]。常用磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）、计算机体层成像（Computed Tomography，CT）、CT血管成像（Computed Tomography Angiography，CTA）等影像学检查方式对其肿瘤、骨质以及血管等进行扫描，可较为清晰地呈现出其构造和影像。随着我国影像学技术的不断发展，当前将三维模型构建用于影像检查中可提升检查的效果，同时还能对手术部位进行模拟，提升治疗的效果。基于此，为更好地分析联合手术方式的应用效果，本研究选择本院收治的患者为研究对象，分析其建模技术的应用，以期为患者手术治疗的开展提供一定的指导，现报道如下。

1.资料与方法

1.1 临床资料

选择2019年10月～2022年8月本院收治的复杂颈椎管内外沟通性肿瘤手术患者共计40例为研究对象。其中，男性患者23例，女性患者17例，年龄18～70岁，平均（44.15±5.58）岁；临床表现：颈部疼痛37例、肢体麻木疼痛35例、肢体无力15例和括约肌功能障碍4例。复杂颈椎管内外沟通性肿瘤定义：①肿瘤长径超过4cm；②破坏脊柱骨质；③包裹或挤压椎动脉。

1.2 方法

多模态影像融合联合多介质3D打印：所有受试者均于术前接受MRI、CT薄层CT及CTA检查。将MRI、CT薄层扫描、CTA等图像数据以DICOM格式输出，并将其输入3D Slicer（版本4.10.2）；该算法利用肿瘤信号、骨骼信号和血管信号的不同对目标区域进行分割，并对其进行分类。在CT图像基础上利用CTA图像进行椎动脉、颈内动脉、颈内静脉等大血管的重建，并结合CT和MRI图像进行了三维立体建模。利用软件进行自动分割和人工调节，消除多余的数据，剔除不相关的组织，对三维虚拟模型进行优化。在CT的基础上利用人工智能技术将肿瘤、血管、脊柱等组织进行融合，在相同的坐标系下，获得不同的组织在相同的坐标系下的三维可视化虚拟模型，能够更加清晰地呈现出骨骼与血管之间的联系。其次，将3D打印技术中的数据输入系统进行录入，将立体光固化成型技术使之形成一个与实物尺寸完全匹配的实体模型[3]。对于需要进行内固定的患者可以在同一时间将最优的钉道设计出来，以提升建模的整体效果。

手术流程：综合患者肿瘤的实际情况设计出相应的手术方案用于术中的指导。常规外科手术前，根据以下准则选择对应的个手术方案：①椎间孔外侧直径＜2cm的肿瘤，采用单纯的后路切除；②采用前后联合进路行椎间孔外径＞2cm的肿瘤；③对未经穿透椎间孔内壁的肿瘤行单纯的前路或侧向手术[3]。对于符合下列条件之一的患者，应行一期内固定：①侧块关节彻底破坏；②1/2以上的椎骨破坏；③侧块联合椎体骨质破坏的比例为1/3～1/2。

2.结果

2.1 多模态影像融合联合多介质3D打印的手术效果

本组患者在实施手术之前均进行了针对性的颈椎MRI、CT薄层扫描和CTA检查，在此基础上应用多模态影像融合联合多介质3D打印模型构建，相较于传统的二维模型构建具备更高的清晰度，能够直观性地呈现出其内部解剖的相关信息等，详见图1。多模态影像融合联合多介质3D打印的手术中所有的患者均存在侧块及椎弓根的破坏情况，其中，合并有脊柱骨折10例，脊柱骨折大于脊柱骨折的1/2者4例；其中，包绕了椎动脉者12例，受压于椎动脉14例，明显受压于颈动脉6例。所有患者均采用联合印刷模式，20例为单纯后路，16例为前后路，2例为单纯前路，2例为单纯侧路。结果：所有病例肿瘤在内镜下全部切除；其中27例为神经鞘瘤，5例为神经纤维瘤，1例为单发纤维瘤，1例为血管淋巴管瘤，详见图2。

图1.颈6-7 椎管内外沟通性肿瘤患者的多模态影像融合及3D 打印[注：1a.术前骨窗位置颈部CT 薄层检查显示：5 号椎体已破坏，左侧椎弓根已消失；1b.CT 未见增强；1c.横断面；1d.矢状断面；1e.MRI 在冠状面上病灶有显著的强化；1f.血管和骨图像的融合和重构；1g.三维打印；1h～1j.多介质 3D 打印模型显示肿瘤及颈椎和动静脉血管( 黄色—肿瘤，白色—骨质，红色—动脉，蓝色—静脉)]

图2.颈4-6 椎管内外沟通性肿瘤全切及联合内固定患者的多模态影像融合及3D 打印（注：2a.术前颈椎CT 薄层扫描骨窗位示颈5 椎体破坏、左侧椎弓根缺失；2b.CT 增强扫描示肿瘤无强化；2c.轴位；2d.矢状位；2e.冠状位，MRI 增强扫描示肿瘤明显强化；2f.血管与骨质影像融合重建；2g.3D 打印模型；2h～2j.术后MRI 增强扫描示肿瘤全切；2k.术后X 射线片示，前方5 椎体次全切植骨融合内固定联合单侧后方侧块钉棒内固定）

2.2 复杂颈椎管内外沟通性肿瘤手术疗效

手术结束之后，患者的手术疗效如下：颈部疼痛改善患者为35例（35/40，87.5%），肢体麻木疼痛改善患者为31例（31/40，77.5%），肢体无力改善患者为22例（22/40，55.0%），括约肌功能障碍改善患者为39例（39/40，97.5%）。5例患者出现术后并发症，但未影响到正常生活，手术结束之后未发生瘫痪患者。9例行一期内固定的患者共植入螺钉27枚，未发生并发症情况。患者手术后对40例进行术后随访，随访时间为6～12个月，平均（9.25±3.15）个月，随访过程中并未发现有明显的肿瘤复发情况，植入螺钉整体稳固性较好。

2.3 人体感觉功能、肌力恢复情况

所有患者术后干预措施实施后，人体感觉功能、肌力恢复情况较好，其中优良为87.5%（35/40），中差为12.5%（5/40）。

3.讨论

椎管内外沟通性肿瘤较少见，多在肿瘤压迫脊髓，产生肢体疼痛、麻木等症状时发现。复杂颈椎管内外沟通性肿瘤手术主要发生于颈段椎管，国外某学者报告其占脊髓肿瘤的17.5%[4]。影像学上主要表现为肿瘤通过椎间孔在椎管内外生长，呈哑铃状，该处椎间孔扩大。同时，该疾病在早期并无明显的临床特征，在实际诊断时存在一定的难度。这类肿瘤血供极其丰富，手术切除比较复杂、难度较大，稍有不慎就会造成脊髓损伤，且肿瘤形态不规则，胸腔内部分肿瘤较大，术区解剖结构紊乱，如不及时地给予针对性的治疗则会影响到患者的生命安全。手术是治疗该肿瘤的一种常见方式，肿瘤与椎动脉、椎弓根、颈神经根近端都有很大的联系[5]。在对患者实施手术之前需要综合其实际情况制定出针对性的手术方案，经全面评估后选择适宜的治疗方案。在手术之前，明确不同类型的颈动脉和颈部血管连接的关系可以更好地保障颈动脉和神经的一期切除，保护和修复脊髓的稳定性。在临床上，通过进行腰椎穿刺脑脊液的检查，可以根据椎管的通畅情况来大概判断是否存在肿瘤，也可以通过检测蛋白和细胞的数量来确定是否存在肿瘤。CT是一种可以明确的定位的方法，尤其是对于脊椎的破坏性病变，如果有必要的话还可以进行增强扫描，或者是进行脊柱的三维重建。MRI是最安全、最便捷的检查方法，可以精确地反映出椎管肿瘤的位置、与脊髓和硬脊膜的联系、与周围的蛛网膜下腔、硬脊膜外腔和骨质的改变，并可以根据病变的性质作出初步的诊断。CTA能够清晰地显示出血管的影像特征，但对于肿瘤等软组织的显示存在一定的不足[6]。因此，当前临床针对复杂颈椎管内外沟通性肿瘤患者的诊断需要通过空间模拟的形式进行拟合，将不同的诊断方式有效结合构建出肿瘤周围组织解剖结构的内部构造。当前，我国影像学技术发展的速度不断加快，在进行病例诊断的过程中重视应用三维建模技术对于精准评估肿瘤组织结构关系有着重要的意义。

3D打印技术能够直接利用三维适形放疗的优势，精确把控照射剂量。有研究结果显示，将3D打印技术应用于肿瘤的诊断和治疗当中对于提升治疗效果、减少术后并发症具有较好的应用价值。Kawaguch等[7]利用3D打印技术建立外科导航模型研制出一种新型的椎弓根螺钉和Magerl螺钉的三维成像，并获得了良好的疗效。利用CT或MRI对多幅图像进行匹配，可以实现基于不同成像原理的多幅图像的匹配与重叠，从而实现对多幅图像的精确、快捷辨别处理。将多种模态图像的优点结合起来克服单个图像模型的局限，得到更加精确、全面、严谨、更细致的图像信息。田晓玲等[8]应用3D打印辅助微创治疗高血压脑出血手术患者，得出的结论提示，3D打印导板辅助治疗高血压脑出血可精准穿刺血肿部位，降低治疗费用。还有的研究结果表明，将3D打印技术应用于颈椎外科手术治疗当中，不仅能够提升整体手术的效果，同时还能减少患者的手术时间、住院时间以及并发症的发生率，对于提升整体手术效率具有较好的作用。本研究选择本院收治的患者为研究对象分析其建模成效的效果，得出的结论显示患者术后恢复情况较好，对椎动脉与脊髓的损伤程度较低，且可有效降低并发症的发生率。分析原因是多模式数字和实体模型能直观地反映出骨、血管等之间的关联，并能揭示出传统的二维图像无法识别的某些隐藏信息。如果能了解椎管在肿瘤内的活动情况，就能在手术中进行预防和预防，从而达到较好的手术治疗效果[9]。其次，3D打印模式可以为肿瘤手术提供良好的指导，便于在术中实时参照椎管的走向，防止意外伤害，同时也可以规划各种不同的切除途径，以降低对重要骨的损伤，防止脊柱不稳定。对于患者需要进行脊柱内固定的情况，不但可以提供一个直观的参照，而且可以通过导板定位入针位置和方向来引导，可以降低术后发生瘫痪情况，减少术中的风险。因此，将联合打印方式应用于肿瘤手术具有较好的实践效果。手术开始之前需要综合患者的实际情况制定出针对性的手术方案，借助联合成像的优势呈现出不同骨间的关系，提高手术效果。

综上所述，多模态影像融合联合多介质3D打印技术可直观性地显示复杂颈椎管内外沟通性肿瘤中血管、骨质以及瘤体之间的关联，提升对神经血管和脊柱稳定性的保护，降低术后并发症。