劉宇清， 黃繩躍， 何炳蔚， 呂 翱， 沈恒華， 陳明武， 洪文瑤

基于計算機三維重建技術的改良側腦室額角穿刺術研究

劉宇清1， 黃繩躍1， 何炳蔚2， 呂 翱2， 沈恒華2， 陳明武1， 洪文瑤1

成像，三維； 側腦室； 穿刺術

側腦室額角穿刺是神經(jīng)外科醫(yī)師常用的操作，應用于嚴重顱內壓增高時緊急減壓放液，腦室炎、腦室內出血的穿刺引流，腦積水腦室-腹腔分流術，腦室內顱內壓測定等[1]。目前主要有2種穿刺方法，方法一：取冠狀縫前或發(fā)際后2～3 cm、中線旁開2.5 cm作為穿刺點，穿刺方向平行于矢狀面，垂直于外耳道假想連線方向穿刺[2]；方法二：穿刺點位置同前，穿刺方向朝向兩側外耳道假想連線中點[3]。但在具體手術操作中，上述方法在穿刺點和穿刺方向上均難以準確把握，常無法一次性到位，增加手術風險。本研究借助計算機三維重建技術，制作側腦室-頭皮(顱骨)三維模型，實施模擬穿刺，提出一種改良的側腦室額角穿刺方法，并在此基礎上設計制造引導裝置，臨床初步應用效果良好，穿刺成功率高，現(xiàn)報道如下。

1 臨床資料

1.1 一般資料 計算機虛擬穿刺組：選取2014年1月-2015年1月在筆者醫(yī)院行三維螺旋CT(掃描層間距0.5 mm)頭顱掃描的患者59例，男性38例，

女性21例，年齡(47±2.3)歲(21～68歲)。其中后顱窩占位性病變21例，腦室內出血11例，動脈瘤破裂蛛網(wǎng)膜下腔出血15例，單側去骨瓣術后12例。臨床穿刺組：選取2015年5月-2016年5月在筆者醫(yī)院行側腦室額角穿刺的患者32例，男性19例，女性13例，年齡(41±1.6)歲(17～73歲)。其中，后顱窩占位性病變2例，急性腦室內出血16例，腦外傷、腦出血經(jīng)治療并發(fā)腦積水14例。2組病例均為雙側側腦室中度擴大，無受壓、變形、移位。

1.2 方法

1.2.1 計算機虛擬穿刺組 在計算機上讀取59例患者二維頭顱CT的DICOM原始數(shù)據(jù)(圖1)，分別進行頭皮、顱骨和側腦室的信息提取并重建三維虛擬模型(圖2)，在重建后的顱骨模型上確定矢狀縫及眉心位置，將其沿法線方向投影到頭皮表面并標記。取矢狀線眉心上方10 cm、中線旁開3.5 cm作為穿刺點，穿刺方向垂直于顱骨鉆孔點所在平面(方法三)(圖3)。以上各長度均以頭皮表面實際曲線距離確定，虛擬引流管直徑0.3 cm，穿刺深度5～6 cm。

A：冠狀面；B：矢狀面；C：橫斷面.黃色部分為側腦室.圖1 患者頭顱DICOM原始數(shù)據(jù)二維圖像Fig 1 The two-dimensional head CT image in DICOM format

1.2.2 臨床穿刺組 按照方法三，在臨床手術時將筆者自行設計制造的穿刺引導裝置(圖4)底座緊貼于骨孔所在平面，引流管沿著空心導管內壁向顱內穿刺，穿刺深度為5～6 cm，見腦脊液流出，即移出引導裝置。

A：頭皮模型；B：側腦室模型；C：側腦室-頭皮復合模型.圖2 患者頭皮、側腦室及側腦室-頭皮三維虛擬圖像Fig 2 The 3D reconstruction to show the anatomy of the lateral ventricle

A：引流管穿刺方向為垂直于顱骨鉆孔點所在的紅色平面； B：引流管進入側腦室額角.圖3 The trajectory of the catheter utilized by method 3Fig 3 方法三模擬穿刺示意圖

A：虛擬模型； B：實體模型.圖4 引導裝置實體模型Fig 4 The virtual model of guide device and the entity model of guide device

1.3 穿刺結果評價標準 計算機虛擬穿刺組：引流管進入同側側腦室額角為成功；引流管未進入同側側腦室額角或進入對側側腦室為失敗。臨床穿刺組：一次性穿刺進入側腦室且復查CT引流管頭端位于同側側腦室額角為成功；多次穿刺、引流管未進入同側側腦室額角或進入對側側腦室為失敗。

1.4 結果 計算機虛擬穿刺組59例中，成功57例，失敗2例(2例均為引流管進入對側側腦室額角)，成功率為96.61%；臨床穿刺組32例中，成功30例(圖5)，失敗2例(1例進入對側側腦室額角，另1例第2次穿刺成功)，成功率為93.75%。

A：術前側腦室影像圖； B：術后側腦室影像圖白色箭頭指示為引流管.圖5 側腦室CT影像Fig 5 Image of lateral ventricles

2 討 論

正常成人側腦室的形態(tài)是一個可變的幾何體[4]。臨床上根據(jù)側腦室擴大的程度大致分為輕度、中度、重度，正常時側腦室體部橫徑與對應層面的頂骨橫徑之比約為1∶5～1∶6，輕度擴大時約為1∶4～1∶5，中度擴大時約為1∶3～1∶4，重度擴大時約為1∶2～1∶3[5]，本研究選擇常見的中度擴大側腦室進行研究。

在臨床實踐中，由于每個患者的個體差異及手術過程的不可復制性，對于成功或失敗案例無法還原其穿刺過程，難以總結成敗經(jīng)驗。隨著計算機技術的發(fā)展，使得利用該技術驗證目前常用的側腦室額角穿刺方法的成功率，并尋找出一種新的穿刺方法成為可能[6]。筆者通過計算機三維重建技術，構建出單個個體側腦室-頭皮(顱骨)三維可視化虛擬模型，并在此模型上進行側腦室額角模擬穿刺，尋找一種簡單有效的穿刺方法，為臨床實踐提供參考依據(jù)。

2.1 傳統(tǒng)穿刺方法及其局限性 方法一為經(jīng)典的側腦室額角穿刺方法，本研究前期經(jīng)計算機重建模擬穿刺結果顯示成功率為59.52%。方法二是在方法一的基礎上改變穿刺方向，本研究前期結果顯示，該方法在計算機模擬穿刺上較方法一成功率明顯提高，達到92.86%[6]。但上述2種穿刺方法在實際操作中均存在解剖學結構及參考系無法準確確定的問題，如：冠狀縫由于頭皮覆蓋難以定位及發(fā)際高低因人而異，使穿刺點的位置不易把握；矢狀面、外耳道假想連線及其中點均需術者主觀想象確定，人為因素影響較大，增加了穿刺方向的不確定性。因此，方法一除了成功率不高外，加上實際操作中人為因素的影響，其實際成功率必然更低；而方法二雖然在計算機模擬穿刺上成功率較高，但有文獻報道，其在臨床實際應用中引流管頭端能達到理想位置的比例低于77%[7]，與計算機模擬結果差距較大，且未統(tǒng)計是否一次性穿刺成功，說明該方法受人為因素影響較大。

鑒于目前側腦室額角穿刺方法存在的不足，神經(jīng)外科學者仍在不斷嘗試各種新的輔助穿刺方法，以提高一次性穿刺的成功率，如腦室鏡引導下留置外引流管、紅外線水平儀引導下穿刺、顱周定位儀引導下穿刺等[7-9]。也有報道運用顱腦CT成像數(shù)據(jù)，每位患者均重建側腦室額角穿刺平面，得到穿刺方向及穿刺深度，但在臨床實際工作中，患者常常病情緊急，來不及進行CT數(shù)據(jù)獲取、重建、設計穿刺點及方向[10]，故術前穿刺方法的個性化確定，目前在臨床上尚難以廣泛推廣。

2.2 改良穿刺方法及其優(yōu)勢 基礎解剖研究顯示，側腦室是一個位于大腦中央的形狀不規(guī)則的復雜幾何體，走向形同張開、高舉的翅膀，從內下斜向外上[4]，CT圖像沿齜耳基線上54 mm層面可同時顯示側腦室的前角、體部、三角區(qū)及部分后角[11]。幾何學角度上，可將顱蓋骨設想為近似球面，側腦室位于球體中央，顱蓋骨表面上任意一點的法線方向應均能通過側腦室。本研究依此思路，通過計算機三維重建技術，構建側腦室-頭皮(顱骨)三維模型，經(jīng)反復模擬穿刺發(fā)現(xiàn)，取矢狀線眉心上方9～11 cm、中線旁開3.5 cm作為穿刺點，穿刺方向垂直于顱骨鉆孔點所在平面的穿刺方法(方法三)能準確到達側腦室額角區(qū)域。在本模擬穿刺實驗中，穿刺成功率為96.61%，明顯高于方法一，與方法二接近。筆者認為該方法最大的優(yōu)勢在于穿刺成功率高，且穿刺點和穿刺方向在實際操作中易于把握。穿刺點的位置是以眉心為基點沿矢狀線向上9～11 cm，眉心及矢狀線均容易定位，無需參考發(fā)際及冠狀縫；而中線旁開3.5 cm，略大于傳統(tǒng)方法旁開的2～3 cm，這是因為穿刺方向垂直于顱骨鉆孔點所在平面，與傳統(tǒng)的穿刺方向平行于矢狀面或朝向兩側外耳道假想連線中點相比，與矢狀面夾角較大，通過增大旁開距離實現(xiàn)側腦室額角的準確穿刺。垂直穿刺方向的選擇，也使得術者無需助手幫助指示外耳孔，不必想象矢狀面、兩側外耳道假想連線及連線的中點，并免受手術鋪巾的干擾。

為了在實際手術應用中最大限度把握穿刺點的垂直方向，筆者設計并通過3D打印技術，制作出一種簡單實用的側腦室額角穿刺引導裝置。該引導裝置的使用原理為：顱骨表面1 cm孔徑的圓孔范圍內曲面度小，近似為一平面，將引導裝置底座緊貼于骨孔，其空心缺口導管基本垂直于顱骨表面，即使有少許誤差，由于靶目標為一立體空間范圍，穿刺為點到體的操作且距離僅5～6 cm，故仍可保證穿刺達側腦室額角。本研究在臨床手術中實施32例，30例均一次性穿刺成功，成功率為93.75%，接近于計算機模擬穿刺結果。

本研究利用計算機技術建立側腦室-頭皮(顱骨)三維模型，通過側腦室額角模擬穿刺，探尋到一種改良的側腦室額角穿刺方法，該方法對于側腦室中度擴大，無腦室受壓、變形、移位的患者，穿刺成功率高，且操作過程簡單、人為因素干擾少，經(jīng)臨床初步實踐實用性好，但該方法仍需通過更多病例的驗證，積累經(jīng)驗，逐漸完善。

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(編輯：何佳鳳)

2016-05-11

福建省自然科學基金(2015J01421)

1.福建省立醫(yī)院 神經(jīng)外科，福建醫(yī)科大學 省立臨床醫(yī)學院，福州 350001； 2.福州大學 機械工程及自動化學院，福州 350116

劉宇清，男，副主任醫(yī)師

黃繩躍. Email: huangshenyue@126.com

R322.811； R446.8； R615； R651.1

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1672-4194(2017)01-0068-03