引用本文： 王瀚, 劉翼, 劉志勇, 王躍龍, 易勇, 邱俊, 徐建國. 術前腫瘤三維重建在幕上凸面腦腫瘤開顱術中的應用. 華西醫學, 2022, 37(3): 397-401. doi: 10.7507/1002-0179.202201084 復制
腦腫瘤是神經系統較為常見的疾病之一，據相關研究估計，2015年我國新發顱內腫瘤10.60萬例，發病率為每10萬人中7.72例，居惡性腫瘤發病率第9位，其發病和死亡在各年齡組均有發生[1]。目前腦腫瘤的治療方式仍以手術治療為主[2]，因此術前對腦腫瘤的準確定位顯得至關重要。研究顯示，以往大多數神經外科醫生利用二維（two-dimensional，2D）斷層影像對顱內腫瘤進行輔助定位，其局限性在于出現定位誤差的可能性較大[3]。且在臨床實際工作中，有部分腦腫瘤雖然在影像學上顯影，但肉眼下與正常腦組難以區分，對腫瘤的完全切除及正常腦組織的保護造成較大困難。隨著科技的進步，神經外科手術不斷追求精準化、微創化，而腫瘤術前影像三維（three-dimensional，3D）重建技術將神經外科手術向精準化、微創化進一步推進。四川大學華西醫院宜賓醫院神經外科于2018年4月開始使用3D Slicer（一款醫學影像處理分析軟件），將其用于手術計劃的制定、腫瘤的切除、術中重要腦組織及引流靜脈的保護等。為探討其臨床優勢，本研究比較了3D Slicer術前腫瘤3D重建與傳統2D斷層影像用于幕上凸面腦腫瘤開顱術定位的準確性。現報告如下。
1 資料與方法
1.1 研究對象
前瞻性納入2018年4月－2020年11月四川大學華西醫院宜賓醫院神經外科收治并行手術治療的幕上凸面腦腫瘤患者，使用統計網（www.biostats.cn）兩組率比較的優效性檢驗，得出最小樣本量為40例。納入標準（全部滿足）：① 患者影像結果均初步考慮為顱內幕上腫瘤性病變；② 病變均為單發病灶；③ 患者均擬行常規開顱手術治療。排除標準（滿足任意一條）：① 復發的腦腫瘤患者；② 腫瘤體積超過1/2且位于顱底；③ 腫瘤卒中需要急診開顱的患者。采用隨機數字表法[4]對患者進行分組，奇數入重建組，偶數入對照組，手術均由腫瘤組醫師完成。本研究經四川大學華西醫院宜賓醫院倫理委員會批準，批準編號為2018-021-01，所有患者或家屬均自愿參與本研究，且簽署知情同意書。
1.2 研究方法
1.2.1 重建組
① 數據采集：采用256排螺旋CT（美國通用電氣公司）進行薄層掃描，包括CT平掃、動脈CT血管成像和靜脈CT血管成像（螺距0.99，管電壓100 kV，層厚0.625 mm），采用SGINA Pioneer 3.0T MRI（美國通用電氣公司）進行薄層掃描，掃描序列包括3D T1的平掃和增強序列（回波時間為3.3 ms，重復時間為8.6 ms，矩陣為256×256，視場240 mm×240 mm，層厚為1 mm)；② 數據配準：收集重建組患者的上述檢查原始數據（dicom格式），并導入到MATLAB R2018a（www.isharepc.com/4486.html，一款數學軟件）中的統計參數圖軟件（Statistical Parametric Mapping12）進行多序列的配準，以CT薄層平掃為基準，將各序列原點調整一致后，分別用3D T1的平掃序列、增強序列、動脈CT血管成像、靜脈CT血管成像進行空間配準；③ 3D重建和融合：將重建組影像數據配準后的各序列數據導入3D Slicer軟件，分別進行3D重建，即利用CT平掃數據在Segment Editor模塊中建立顱骨3D模型，采用動脈CT血管成像、靜脈CT血管成像結合CT平掃進行減影，分別重建腦動靜脈，利用增強3D T1序列重建腫瘤，利用平掃3D T1序列通過統計參數圖軟件里的工具剝除頭皮后重建腦組織，最后將所有3D模型同時融合顯現，了解腦組織、血管、腫瘤的關系；④ 利用3D Slicer術前3D影像重建，輔助手術切口設計和骨瓣成形、預判腦引流靜脈和供血動脈的走行，以及腫瘤與重要腦組織的關系等，術中在保護腦血管、腫瘤毗鄰腦組織的前提下盡量全切腫瘤，患者均在直視下開顱，硬腦膜切開后在顯微鏡下切除腫瘤。
1.2.2 對照組
① 數據采集：采用與重建組一致的256排螺旋CT進行薄層掃描，包括CT平掃、動脈CT血管成像和靜脈CT血管成像，并采用與重建組一致的3.0T MRI進行薄層掃描，掃描序列包括3D T1的平掃和增強序列；② 患者術前采用經驗性分析2D斷層影像學檢查結果來確定手術定位，術中在保護腦血管、腫瘤毗鄰腦組織的前提下盡量全切腫瘤，患者均在直視下開顱，硬腦膜切開后在顯微鏡下切除腫瘤。
1.3 觀察指標
① 一般情況：包括年齡和性別；② 影像學特點：有無中線結構偏移；③ 腫瘤情況：腫瘤生長部位和腫瘤大小；④ 手術及術后情況：包括術中定位及腫瘤暴露情況滿意率、腦引流靜脈是否損傷、術中骨窗最大直徑、手術時間、術后是否發生皮下積液或顱內感染，其中術中定位及腫瘤暴露滿意定義為骨窗全范圍覆蓋腫瘤且骨窗緣到腫瘤邊緣的垂直徑線距離≤2 cm。
1.4 統計學方法
采用SPSS 26.0統計軟件對數據進行分析及處理。符合正態分布的計量資料以均數±標準差表示，組間比較采用獨立樣本t檢驗。計數資料采用例數和百分比表示，組間比較采用χ2檢驗或Fisher確切概率法。雙側檢驗水準α=0.05。
2 結果
2.1 兩組患者基礎情況比較
共納入幕上凸面腦腫瘤患者43例，其中重建組22例，年齡18～60歲；對照組21例，年齡26～59歲。兩組患者的年齡、性別構成、中線移位發生率、腫瘤生長部位和腫瘤大小差異均無統計學意義（P>0.05），見表1。
表1
兩組患者基礎情況比較
2.2 兩組患者手術及術后情況比較
兩組患者的腦引流靜脈損傷發生率和術后皮下積液或顱內感染發生率差異無統計學意義（P>0.05），重建組的術中定位及腫瘤暴露情況滿意率高于對照組，骨窗最大直徑和手術時間低于對照組，差異均有統計學意義（P<0.05），見表2。
表2
兩組患者手術及術后情況比較
2.3 重建組典型病例
患者，女，43歲，右利手，主訴“頭痛1個月”。神經系統體格檢查無異常，頭部MRI檢查示左額中回后部占位，入院診斷考慮低級別膠質瘤。術前通過3D Slicer軟件建立顱骨、腦組織?腦動靜脈及腫瘤模型并將其融合顯示，了解腫瘤毗鄰功能區腦回、血管的關系，隨后模擬了手術切口和骨窗的設計，最終在顯微鏡下全切腫瘤組織，周圍引流靜脈保護滿意。見圖1。
圖1
重建組典型病例診療相關圖像
a. 頭部MRI示左額葉占位；b. 術前通過3D Slicer軟件建立顱骨、腦組織、腦動靜脈及腫瘤模型并將其融合（藍色為靜脈系統，紅色為動脈系統，綠色為腫瘤）；c. 根據術前3D重建影像對術中切口和骨窗進行設計；d. 腦腫瘤與周圍血管、腦溝回位置關系的3D重建影像； e. 術中腫瘤與周圍血管、腦溝回的位置關系；f. 術中腫瘤全切，周圍引流靜脈保留完整
3 討論
以往大多數神經外科醫生利用2D斷層影像對顱內腫瘤進行輔助定位，但傳統2D斷層影像定位存在顯示平面單一、不可隨意調整、不能任意旋轉、無法顯示不同層次病灶的立體關系及毗鄰關系等缺點，對主刀醫生的空間構象能力要求極高[5]。隨著科技的進步，術前3D重建已應用于醫學的多個領域，包括關節性疾病、牙科種植手術、腦血管疾病和腦功能性疾病等，均取得了良好的臨床效果[6-11]。本研究顯示，術前腫瘤3D重建用于幕上凸面腦腫瘤開顱術定位具有較好的準確性，與既往關于3D重建定位準確性的研究結論一致[11-13]。考慮原因可能與以下幾點有關：① 3D重建影像較傳統2D斷層影像更為立體、直觀，結構展示效果更逼真，能成功引起術者的視覺效應，使術者更好地記憶影像結果，并形成具有3D空間的手術思維；② 3D重建影像能準確模擬手術操作，有助于制定患者個體化治療方案，從而提高手術安全性和準確性；③ 術前醫患溝通時，由于傳統2D斷層影像缺乏真實感，且醫生表述患者病情過于專業，不便于患者及家屬及時準確地了解病情，但生動、直觀的3D重建影像可以提高醫患溝通效果，增強醫生在手術過程中的信心，有助于順利完成手術。
本研究利用3D Slicer軟件術前3D立體成像輔助腦腫瘤手術切除，為不具備神經導航條件的基層神經外科醫師提供了一種極易獲得的微創且精準的神經外科手術輔助方法。術者在使用傳統手術方法設計骨窗時，為了盡可能地充分暴露腫瘤組織常常傾向于設計更大的骨窗，但過大的手術骨窗可能導致術后出現皮下積液，甚至發生顱內感染等嚴重并發癥，而有部分術者通過分析頭部CT或MRI上的參數，或根據自身經驗判斷，可能出現開顱骨窗過小而不能完全覆蓋病灶，導致術中操作困難，從而需要進一步擴大骨窗，給患者帶來更大的創傷[14]。本研究顯示，術前3D立體成像輔助腦腫瘤手術切除可以在提高腫瘤術中定位準確性和暴露滿意率的同時減小顱骨開窗的范圍，整個操作過程簡單、快捷、易掌握，可明顯縮短手術時間。
此外，我們在術前對腦腫瘤的3D重建過程中也發現了一些不足：① 手術醫師或技師需要熟悉相關軟件的操作流程，才能更精確地掌握腫瘤與周圍血管和組織的關系；② 對邊界與腦組織不易區分的腫瘤，3D重建影像不能確定其切除深度，還需結合術中MRI、熒光造影、術中超聲等[15-17]，甚至需要依靠術者豐富的手術經驗進行綜合判斷；③ 在利用3D Slicer軟件輔助制定術前計劃時，對于顱內壓高、腫瘤較大的患者，由于腦組織及表面血管受擠壓、變形，重建后的影像可能不清晰，對手術的指導意義欠佳。
總之，本研究比較了術前腫瘤3D重建與傳統2D斷層影像對幕上凸面腦腫瘤開顱術定位的準確性，結果顯示術前腫瘤3D重建可有效輔助手術醫生準確定位顱內病灶，縮短手術時間，減小開顱骨窗，從而有助于神經外科醫生對腦腫瘤患者進行更精準的定位與治療。
利益沖突：所有作者聲明不存在利益沖突。
腦腫瘤是神經系統較為常見的疾病之一，據相關研究估計，2015年我國新發顱內腫瘤10.60萬例，發病率為每10萬人中7.72例，居惡性腫瘤發病率第9位，其發病和死亡在各年齡組均有發生[1]。目前腦腫瘤的治療方式仍以手術治療為主[2]，因此術前對腦腫瘤的準確定位顯得至關重要。研究顯示，以往大多數神經外科醫生利用二維（two-dimensional，2D）斷層影像對顱內腫瘤進行輔助定位，其局限性在于出現定位誤差的可能性較大[3]。且在臨床實際工作中，有部分腦腫瘤雖然在影像學上顯影，但肉眼下與正常腦組難以區分，對腫瘤的完全切除及正常腦組織的保護造成較大困難。隨著科技的進步，神經外科手術不斷追求精準化、微創化，而腫瘤術前影像三維（three-dimensional，3D）重建技術將神經外科手術向精準化、微創化進一步推進。四川大學華西醫院宜賓醫院神經外科于2018年4月開始使用3D Slicer（一款醫學影像處理分析軟件），將其用于手術計劃的制定、腫瘤的切除、術中重要腦組織及引流靜脈的保護等。為探討其臨床優勢，本研究比較了3D Slicer術前腫瘤3D重建與傳統2D斷層影像用于幕上凸面腦腫瘤開顱術定位的準確性。現報告如下。
1 資料與方法
1.1 研究對象
前瞻性納入2018年4月－2020年11月四川大學華西醫院宜賓醫院神經外科收治并行手術治療的幕上凸面腦腫瘤患者，使用統計網（www.biostats.cn）兩組率比較的優效性檢驗，得出最小樣本量為40例。納入標準（全部滿足）：① 患者影像結果均初步考慮為顱內幕上腫瘤性病變；② 病變均為單發病灶；③ 患者均擬行常規開顱手術治療。排除標準（滿足任意一條）：① 復發的腦腫瘤患者；② 腫瘤體積超過1/2且位于顱底；③ 腫瘤卒中需要急診開顱的患者。采用隨機數字表法[4]對患者進行分組，奇數入重建組，偶數入對照組，手術均由腫瘤組醫師完成。本研究經四川大學華西醫院宜賓醫院倫理委員會批準，批準編號為2018-021-01，所有患者或家屬均自愿參與本研究，且簽署知情同意書。
1.2 研究方法
1.2.1 重建組
① 數據采集：采用256排螺旋CT（美國通用電氣公司）進行薄層掃描，包括CT平掃、動脈CT血管成像和靜脈CT血管成像（螺距0.99，管電壓100 kV，層厚0.625 mm），采用SGINA Pioneer 3.0T MRI（美國通用電氣公司）進行薄層掃描，掃描序列包括3D T1的平掃和增強序列（回波時間為3.3 ms，重復時間為8.6 ms，矩陣為256×256，視場240 mm×240 mm，層厚為1 mm)；② 數據配準：收集重建組患者的上述檢查原始數據（dicom格式），并導入到MATLAB R2018a（www.isharepc.com/4486.html，一款數學軟件）中的統計參數圖軟件（Statistical Parametric Mapping12）進行多序列的配準，以CT薄層平掃為基準，將各序列原點調整一致后，分別用3D T1的平掃序列、增強序列、動脈CT血管成像、靜脈CT血管成像進行空間配準；③ 3D重建和融合：將重建組影像數據配準后的各序列數據導入3D Slicer軟件，分別進行3D重建，即利用CT平掃數據在Segment Editor模塊中建立顱骨3D模型，采用動脈CT血管成像、靜脈CT血管成像結合CT平掃進行減影，分別重建腦動靜脈，利用增強3D T1序列重建腫瘤，利用平掃3D T1序列通過統計參數圖軟件里的工具剝除頭皮后重建腦組織，最后將所有3D模型同時融合顯現，了解腦組織、血管、腫瘤的關系；④ 利用3D Slicer術前3D影像重建，輔助手術切口設計和骨瓣成形、預判腦引流靜脈和供血動脈的走行，以及腫瘤與重要腦組織的關系等，術中在保護腦血管、腫瘤毗鄰腦組織的前提下盡量全切腫瘤，患者均在直視下開顱，硬腦膜切開后在顯微鏡下切除腫瘤。
1.2.2 對照組
① 數據采集：采用與重建組一致的256排螺旋CT進行薄層掃描，包括CT平掃、動脈CT血管成像和靜脈CT血管成像，并采用與重建組一致的3.0T MRI進行薄層掃描，掃描序列包括3D T1的平掃和增強序列；② 患者術前采用經驗性分析2D斷層影像學檢查結果來確定手術定位，術中在保護腦血管、腫瘤毗鄰腦組織的前提下盡量全切腫瘤，患者均在直視下開顱，硬腦膜切開后在顯微鏡下切除腫瘤。
1.3 觀察指標
① 一般情況：包括年齡和性別；② 影像學特點：有無中線結構偏移；③ 腫瘤情況：腫瘤生長部位和腫瘤大小；④ 手術及術后情況：包括術中定位及腫瘤暴露情況滿意率、腦引流靜脈是否損傷、術中骨窗最大直徑、手術時間、術后是否發生皮下積液或顱內感染，其中術中定位及腫瘤暴露滿意定義為骨窗全范圍覆蓋腫瘤且骨窗緣到腫瘤邊緣的垂直徑線距離≤2 cm。
1.4 統計學方法
采用SPSS 26.0統計軟件對數據進行分析及處理。符合正態分布的計量資料以均數±標準差表示，組間比較采用獨立樣本t檢驗。計數資料采用例數和百分比表示，組間比較采用χ2檢驗或Fisher確切概率法。雙側檢驗水準α=0.05。
2 結果
2.1 兩組患者基礎情況比較
共納入幕上凸面腦腫瘤患者43例，其中重建組22例，年齡18～60歲；對照組21例，年齡26～59歲。兩組患者的年齡、性別構成、中線移位發生率、腫瘤生長部位和腫瘤大小差異均無統計學意義（P>0.05），見表1。
表1
兩組患者基礎情況比較
2.2 兩組患者手術及術后情況比較
兩組患者的腦引流靜脈損傷發生率和術后皮下積液或顱內感染發生率差異無統計學意義（P>0.05），重建組的術中定位及腫瘤暴露情況滿意率高于對照組，骨窗最大直徑和手術時間低于對照組，差異均有統計學意義（P<0.05），見表2。
表2
兩組患者手術及術后情況比較
2.3 重建組典型病例
患者，女，43歲，右利手，主訴“頭痛1個月”。神經系統體格檢查無異常，頭部MRI檢查示左額中回后部占位，入院診斷考慮低級別膠質瘤。術前通過3D Slicer軟件建立顱骨、腦組織?腦動靜脈及腫瘤模型并將其融合顯示，了解腫瘤毗鄰功能區腦回、血管的關系，隨后模擬了手術切口和骨窗的設計，最終在顯微鏡下全切腫瘤組織，周圍引流靜脈保護滿意。見圖1。
圖1
重建組典型病例診療相關圖像
a. 頭部MRI示左額葉占位；b. 術前通過3D Slicer軟件建立顱骨、腦組織、腦動靜脈及腫瘤模型并將其融合（藍色為靜脈系統，紅色為動脈系統，綠色為腫瘤）；c. 根據術前3D重建影像對術中切口和骨窗進行設計；d. 腦腫瘤與周圍血管、腦溝回位置關系的3D重建影像； e. 術中腫瘤與周圍血管、腦溝回的位置關系；f. 術中腫瘤全切，周圍引流靜脈保留完整
3 討論
以往大多數神經外科醫生利用2D斷層影像對顱內腫瘤進行輔助定位，但傳統2D斷層影像定位存在顯示平面單一、不可隨意調整、不能任意旋轉、無法顯示不同層次病灶的立體關系及毗鄰關系等缺點，對主刀醫生的空間構象能力要求極高[5]。隨著科技的進步，術前3D重建已應用于醫學的多個領域，包括關節性疾病、牙科種植手術、腦血管疾病和腦功能性疾病等，均取得了良好的臨床效果[6-11]。本研究顯示，術前腫瘤3D重建用于幕上凸面腦腫瘤開顱術定位具有較好的準確性，與既往關于3D重建定位準確性的研究結論一致[11-13]。考慮原因可能與以下幾點有關：① 3D重建影像較傳統2D斷層影像更為立體、直觀，結構展示效果更逼真，能成功引起術者的視覺效應，使術者更好地記憶影像結果，并形成具有3D空間的手術思維；② 3D重建影像能準確模擬手術操作，有助于制定患者個體化治療方案，從而提高手術安全性和準確性；③ 術前醫患溝通時，由于傳統2D斷層影像缺乏真實感，且醫生表述患者病情過于專業，不便于患者及家屬及時準確地了解病情，但生動、直觀的3D重建影像可以提高醫患溝通效果，增強醫生在手術過程中的信心，有助于順利完成手術。
本研究利用3D Slicer軟件術前3D立體成像輔助腦腫瘤手術切除，為不具備神經導航條件的基層神經外科醫師提供了一種極易獲得的微創且精準的神經外科手術輔助方法。術者在使用傳統手術方法設計骨窗時，為了盡可能地充分暴露腫瘤組織常常傾向于設計更大的骨窗，但過大的手術骨窗可能導致術后出現皮下積液，甚至發生顱內感染等嚴重并發癥，而有部分術者通過分析頭部CT或MRI上的參數，或根據自身經驗判斷，可能出現開顱骨窗過小而不能完全覆蓋病灶，導致術中操作困難，從而需要進一步擴大骨窗，給患者帶來更大的創傷[14]。本研究顯示，術前3D立體成像輔助腦腫瘤手術切除可以在提高腫瘤術中定位準確性和暴露滿意率的同時減小顱骨開窗的范圍，整個操作過程簡單、快捷、易掌握，可明顯縮短手術時間。
此外，我們在術前對腦腫瘤的3D重建過程中也發現了一些不足：① 手術醫師或技師需要熟悉相關軟件的操作流程，才能更精確地掌握腫瘤與周圍血管和組織的關系；② 對邊界與腦組織不易區分的腫瘤，3D重建影像不能確定其切除深度，還需結合術中MRI、熒光造影、術中超聲等[15-17]，甚至需要依靠術者豐富的手術經驗進行綜合判斷；③ 在利用3D Slicer軟件輔助制定術前計劃時，對于顱內壓高、腫瘤較大的患者，由于腦組織及表面血管受擠壓、變形，重建后的影像可能不清晰，對手術的指導意義欠佳。
總之，本研究比較了術前腫瘤3D重建與傳統2D斷層影像對幕上凸面腦腫瘤開顱術定位的準確性，結果顯示術前腫瘤3D重建可有效輔助手術醫生準確定位顱內病灶，縮短手術時間，減小開顱骨窗，從而有助于神經外科醫生對腦腫瘤患者進行更精準的定位與治療。
利益沖突：所有作者聲明不存在利益沖突。
