張丹楓，陳吉鋼，韓凱偉，侯立軍

第二軍醫(yī)大學(xué)附屬長征醫(yī)院 神經(jīng)外科，上海 200003

運(yùn)用Slicer 3D重建技術(shù)實(shí)現(xiàn)三叉神經(jīng)痛神經(jīng)血管關(guān)系術(shù)前可視化（譯文）

張丹楓，陳吉鋼，韓凱偉，侯立軍

第二軍醫(yī)大學(xué)附屬長征醫(yī)院 神經(jīng)外科，上海 200003

目的探討Slicer軟件和3D重建技術(shù)在術(shù)前明確三叉神經(jīng)痛（TN）患者的神經(jīng)血管關(guān)系（NVR）中是否比穩(wěn)態(tài)捕獲快速M(fèi)RI成像（MRI FIESTA）具有更高的準(zhǔn)確性。方法研究納入40例行術(shù)前MRI FIESTA和顯微血管減壓術(shù)（MVD）患者。術(shù)前使用3D Slicer軟件重建和MRI分別確定神經(jīng)血管關(guān)系和責(zé)任血管，結(jié)果與術(shù)中發(fā)現(xiàn)進(jìn)行比較。結(jié)果在明確NVR方面，MRI FIESTA與術(shù)中發(fā)現(xiàn)的一致性（kappa值k=0.232），而3D重建與術(shù)中發(fā)現(xiàn)一致性（k=0.633）。兩種方法一致性無顯著差別（χ2=8.09，P=0.088）。在明確責(zé)任血管方面，MRI FIESTA與術(shù)中發(fā)現(xiàn)的一致性（k=0.373），而3D重建與術(shù)中發(fā)現(xiàn)的一致性（k=0.922），兩種方法一致性有顯著差異（χ2=82.01，P=0.000）。在明確NVR方面，MRI FIESTA的敏感性與特異性分別為87.2%和100%；3D重建的敏感性與特異性均為100%。結(jié)論在術(shù)前明確NVR和責(zé)任血管中，3D重建技術(shù)比MRI FIESTA具有更高的準(zhǔn)確性。3D重建技術(shù)與術(shù)中發(fā)現(xiàn)一致，對術(shù)前決策和制定手術(shù)計(jì)劃更有幫助。

三叉神經(jīng)痛；三維重建；穩(wěn)態(tài)捕獲快速M(fèi)RI成像；3D Slicer；神經(jīng)血管關(guān)系；責(zé)任血管

引言

三叉神經(jīng)痛（Trigeminal Neuralgia，TN）的特點(diǎn)是面部難以忍受的陣發(fā)性電擊樣疼痛，疼痛常常發(fā)生于單側(cè)，三叉神經(jīng)的一個(gè)或者多個(gè)分支中。三叉神經(jīng)入髓區(qū)的神經(jīng)血管壓迫被普遍認(rèn)為是特發(fā)性TN的主要原因[1]，因而，顯微血管減壓術(shù)（Microsurgical Vascular Decompression，MVD）成為其首選手術(shù)方式[2]。TN手術(shù)預(yù)后與神經(jīng)血管壓迫程度密切相關(guān)[3]。因此，術(shù)前明確神經(jīng)血管關(guān)系（Neurovascular Relationship，NVR）及其特征非常重要，不僅有助于MVD手術(shù)設(shè)計(jì)，而且能預(yù)測預(yù)后，從而幫助病人確定個(gè)體化最佳治療方法。

穩(wěn)態(tài)采集快速成像（Fast Imaging Employing Steady-State Acquisition，F(xiàn)IESTA） MRI序列可以清晰地顯示腦脊液、神經(jīng)血管結(jié)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于包括三叉神經(jīng)痛在內(nèi)的后顱窩解剖結(jié)構(gòu)的可視化。然而，僅靠FIESTA MRI序列不足以準(zhǔn)確地判斷NVC，而且難以區(qū)分動(dòng)脈和靜脈，因此需要另外一種MRI序列[4]。例如，F(xiàn)IESTA MRI與MRA結(jié)合可以很好的明確術(shù)前NVR[5]。然而，MRI相對昂貴且耗時(shí)較長，如果再加上一個(gè)掃描序列，就會(huì)給病人帶來更大的經(jīng)濟(jì)壓力和心理負(fù)擔(dān)。因此，我們旨在利用3D Slicer軟件，僅通過FEISTA序列實(shí)現(xiàn)NVR術(shù)前可視化。

3D重建廣泛應(yīng)用于解剖結(jié)構(gòu)的交互演示，靈活性大，可以改變角度，讓人們更清楚地觀察到解剖細(xì)節(jié)。3D Slicer是一個(gè)開源軟件平臺(tái)，可用于3D重建。該軟件功能多樣，支持自動(dòng)分割和重建，可以從任何角度觀察解剖結(jié)構(gòu)[6]。

在本文中，我們比較了Slicer 3D重建與MRI FIESTA在三叉神經(jīng)痛NVR術(shù)前可視化方面的準(zhǔn)確度。

1 方法與材料

1.1 受試者

篩選我科于2013年1月～2015年4月間收治的104名TN患者，排除不符合納入標(biāo)準(zhǔn)的患者，共納入40位接受MVD治療的患者（表1）。所有患者均接受術(shù)前MRI FIESTA檢查和MVD。

表1 患者的MRI FIESTA 3D重建和術(shù)中發(fā)現(xiàn)比較

1.2 MRI檢查

MRI掃描均在1.5 T磁共振掃描儀（Signa Excite; GE Medical Systems, Milwaukee, WI, USA）上完成。對每位受試者進(jìn)行MRI FIESTA序列掃描。根據(jù)前期文獻(xiàn)，本研究定義了3種神經(jīng)血管關(guān)系：無關(guān)、接觸和壓迫，壓迫定義為神經(jīng)成角或血管處發(fā)生位移[7-8]。

1.3 分割與三維重建

所有患者的醫(yī)學(xué)數(shù)字成像和通信（DICOM）圖像均導(dǎo)入到3D slicer軟件（3D Slicer 4.0）；進(jìn)行分割和3D重建（圖1）。所有的MRI FIESTA序列和3D模型由兩位資深神經(jīng)放射學(xué)專家分別進(jìn)行評價(jià)。

圖1 通過FIESTA序列采集的三維軸位圖像

1.4 手術(shù)治療

所有采用MVD手術(shù)方式的患者均采用乙狀竇后入路，隨后行硬腦膜切開術(shù)和橋小腦角探查。打開蛛網(wǎng)膜，充分暴露三叉神經(jīng)和周圍結(jié)構(gòu)。鑒定和分離責(zé)任血管，在血管和三叉神經(jīng)之間填充聚四氟乙烯涂層棉。術(shù)中應(yīng)用內(nèi)鏡多角度觀察NVR。手術(shù)記錄由術(shù)者記錄。3位神經(jīng)外科醫(yī)生參與手術(shù)過程。術(shù)中發(fā)現(xiàn)是判斷NVR的金標(biāo)準(zhǔn)。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

術(shù)中發(fā)現(xiàn)、術(shù)前MRI FEISTA和三維重建的一致性通過Kappa（k）統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來表現(xiàn)，分為極好（≥0.75）、良好（0.60～0.74）、 一 般（0.40～0.59）、差（＜0.4）。在 分 析NVR時(shí)，通過敏感性和特異性來評估MRI FIESTA和3D重建的預(yù)測價(jià)值。通過卡方檢驗(yàn)研究MRI FEISTA與三維重建之間的神經(jīng)血管差異。使用SPSS軟件包（SPSS，Chicago，IL，USA）進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。P值顯著性水平為0.05。

2 結(jié)果

2.1 患者基本資料

本組人群包括25名女性和15名男性，年齡從30歲到78歲不等（平均61歲）。22例（55%）患者右側(cè)疼痛，18例（45%）患者左側(cè)疼痛。疼痛單獨(dú)累及三叉神經(jīng)第一、第二、第三分支者數(shù)量分別為3（7.5%）、25（62.5%）和3（7.5%）。第一、二支合并疼痛者為3（7.5%），第二、三支合并疼痛者為4（10%），只有2例（5%）三叉神經(jīng)痛患者累及到3個(gè)分支。

2.2 術(shù)中發(fā)現(xiàn)

有3種NVR：壓迫、接觸和無關(guān)。本組病例中，3例接觸，36例壓縮，只有1例無關(guān)。

分析責(zé)任血管時(shí)，小腦上動(dòng)脈（SCA）壓迫23例；小腦前下動(dòng)脈（AICA）壓迫7例，小腦中下動(dòng)脈（SPV）壓迫5例，椎動(dòng)脈壓迫2例。2例患者存在多根血管壓迫，其中一例是SCA與SPV合并壓迫，另一例是SCA與VA合并壓迫。

2.3 MRI FIESTA發(fā)現(xiàn)

探查患者責(zé)任血管，31例出現(xiàn)壓迫，其次是無關(guān)（n=6），3例患者出現(xiàn)接觸。MRI與術(shù)中發(fā)現(xiàn)之間Kappa值為0.232[95%置信區(qū)間（CI），-0.10～1.56]。在明確NVR時(shí)，MRI FEISTA的敏感性和特異性分別為87.2%和100%（表2）。所有患者的責(zé)任血管中，SCA占23例，AICA、VA和SPV分別占3例。2例患者中，SCA和VA均是三叉神經(jīng)痛的責(zé)任血管。6例患者NVR為無關(guān)。在明確責(zé)任血管方面，MRI和術(shù)中發(fā)現(xiàn)的 Kappa 值是 0.373（95%CI，0.15～0.59）。

表2 術(shù)中發(fā)現(xiàn)和MRI FIESTA上神經(jīng)血管關(guān)系比較（例）

2.4 三維重建發(fā)現(xiàn)

在分割和三維重建后，我們分別對不同的患者進(jìn)行了責(zé)任血管和NVR的探查。35例患者出現(xiàn)壓迫，4例患者為接觸，1例患者為無關(guān)。三維重建和術(shù)中發(fā)現(xiàn)之間的Kappa值為0.633 [95%CI，0.25～1.0]。在明確NVR方面，三維重建的敏感性和特異性都是100%（表3）。在接觸和壓迫的病例中，SCA是主要的責(zé)任血管（n=21），其次是AICA（n=9），SPV（n=5）以及VA（n=2）。2例患者存在多血管壓迫，這與術(shù)中發(fā)現(xiàn)一致（SCA與SPV均受壓或SCA與VA均受壓）。三維重建和術(shù)中發(fā)現(xiàn)在明確責(zé)任血管方面的Kappa值為 0.922（95%CI，0.82～1.0）。

表3 術(shù)中發(fā)現(xiàn)和3D重建上神經(jīng)血管關(guān)系比較（例）

2.5 MRI FIESTA序列與三維重建的比較

這兩種檢測方法在明確NVR方面的k值為0.195（95%CI，-0.13～0.52）。兩種方法之間存在著顯著差異（χ2=8.09，P=0.088）。

MRI FIESTA序列與三維重建在確定責(zé)任血管方面的Kappa值為0.321 （95%CI，0.10～0.54），兩種方法無顯著差異（χ2=82.01，P=0.000）。

3 討論

如前所述，MVD是治療TN的重要方法，因此術(shù)前判斷NVR十分重要。最近的報(bào)道認(rèn)為術(shù)前MRI與3D重建技術(shù)在判斷NVR及責(zé)任血管方面十分有益[9-10]。

本研究中，40例患者進(jìn)行了MRI FIESTA檢查及3D重建。單純利用MRI FIESTA判斷的責(zé)任血管與術(shù)中金標(biāo)準(zhǔn)相比，符合程度較低（k=0.373）；利用3D重建技術(shù)判斷的責(zé)任血管與術(shù)中金標(biāo)準(zhǔn)相比符合程度高（k=0.922）。MRI FIESTA與3D重建的結(jié)果之間有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（χ2=82.01，P=0.000），提示3D重建的結(jié)果與術(shù)中發(fā)現(xiàn)更加一致，比MRI FIESTA更能準(zhǔn)確地判斷責(zé)任血管。對于利用MRI FIESTA與3D重建判斷血管神經(jīng)關(guān)系，也可以得到與上面類似的結(jié)果。

利用3D重建技術(shù)判斷NVR的敏感性與特異性都是100%，而利用MRI FIESTA的則是87.2%和100%。Leal等[9]報(bào)道的3D高分辨MRI的敏感性與特異性是96.7%與100%，Vergani等[10]報(bào)道則是96%與75%。這表明3D重建技術(shù)比MRI FIESTA和3D高分辨技術(shù)能更高地判斷NVR。

MRI FIESTA序列能較好地識(shí)別被腦脊液包繞的結(jié)構(gòu)，因而對于判定血管神經(jīng)壓迫有效[11]。然而單獨(dú)的MRI FIESTA并不能區(qū)別動(dòng)脈與靜脈，同時(shí)對于判斷責(zé)任血管效果較差[12]。在我們的研究中，MRI FIESTA判斷責(zé)任血管的結(jié)果與術(shù)中發(fā)現(xiàn)相差較大。

3D slicer是一款開源圖像處理軟件[13]。在基于MRI FIESTA序列的分割與重建條件下比MRI FIESTA更好的準(zhǔn)確性。另外，利用3D slicer分割與重建出來的圖像比利用工作臺(tái)重建的圖像更加清晰，能更好分辨出橋小腦角結(jié)構(gòu)。與前期研究不同的是，我們可以從任何角度觀察NVR，從而有利于排除MRI FIESTA中假陽性結(jié)果[14-15]。

在早期利用MRI判斷血管神經(jīng)壓迫的研究中，Masur等[16]發(fā)現(xiàn)MRI中的三叉神經(jīng)移位或者壓迫與臨床中三叉神經(jīng)痛相關(guān)，而單純的血管神經(jīng)接觸則并不會(huì)都引起三叉神經(jīng)痛。實(shí)際上，許多三叉神經(jīng)痛的患者并沒有血管神經(jīng)壓迫，對于此類病人，MRI對于決定治療策略并無明顯作用。對于沒有實(shí)際壓迫的病人，盡管MVD對于MRI中假陰性的患者有效，但也是對患者的一種傷害[8]。本研究中，83.3%（5/6）在MRI FIESTA上面被認(rèn)為無血管神經(jīng)壓迫的患者被3D重建證實(shí)為有壓迫，這些血管壓迫經(jīng)術(shù)中確認(rèn)表現(xiàn)為血管環(huán)。在MRI FIESTA看不到的角度上，這些彎曲的血管環(huán)壓迫并牽拉著三叉神經(jīng)。本研究有利于辨別此類患者。

對于責(zé)任血管，本研究與前期研究一致[15-17]。小腦上動(dòng)脈是主要的責(zé)任血管，其它常見血管為小腦前下動(dòng)脈、巖上靜脈和椎動(dòng)脈。2例患者為多根血管壓迫，1例是小腦上動(dòng)脈與巖上靜脈，另1例為小腦上動(dòng)脈與椎動(dòng)脈。如前所述，MRI FIESTA最大的缺點(diǎn)在于難以判別動(dòng)脈與靜脈。本研究通過重建技術(shù)準(zhǔn)確識(shí)別5例巖上靜脈壓迫的患者，而在這5例中，2例在MRI FIESTA上認(rèn)為是動(dòng)脈壓迫。盡管術(shù)中發(fā)現(xiàn)為判斷的金標(biāo)準(zhǔn)，然而由于手術(shù)術(shù)野的限制，術(shù)者有時(shí)很難準(zhǔn)確地判定責(zé)任血管[14]。相反，對三叉神經(jīng)及其周圍的結(jié)構(gòu)進(jìn)行重建視野更加廣闊，并且多角度地追蹤責(zé)任血管的來源。

本研究不足如下：首先，入選患者的樣本量偏少，可能導(dǎo)致偏倚；其次，利用3D slicer進(jìn)行重建需要一定時(shí)間的學(xué)習(xí)，且該軟件的界面并不友好；再者，盡管我們在辨認(rèn)靜脈作為責(zé)任血管上有了進(jìn)步，但是距離克服一些真實(shí)場景下的缺點(diǎn)還有一段距離。因而需要一些大樣本前瞻性研究來進(jìn)一步確定3D重建的有效性。

4 結(jié)論

三叉神經(jīng)痛是一種由于血管神經(jīng)壓迫所導(dǎo)致的臨床癥狀，而MVD是一種廣為接受的治療方式。術(shù)前精確地判定NVR對于手術(shù)準(zhǔn)確十分重要。術(shù)前根據(jù)MRI FIESTA進(jìn)行3D重建的結(jié)果與術(shù)中發(fā)現(xiàn)高度一致，因而對于術(shù)前準(zhǔn)備有益。然而還需要一些大樣本前瞻性研究來進(jìn)一步確定本研究結(jié)果。

[1] Love S,Coakham HB.Trigeminal neuralgia: pathology and pathogenesis[J].Brain,2001,124:2346-2360.

[2] Barker FG,Janetta PJ,Bissonette DJ,et al.The long-term outcome of microvascular decompression for trigeminal neuralgia[J].N Engl J Med,1996,334:1077-1083.

[3] Sindou M,Leston J,Decullier E,et al.Microvascular decompression for trigeminal neuralgia: long-term effectiveness and prognostic factors in a series of 362 consecutive patients with clear-cut neurovascular conflicts who underwent pure decompression[J].J Neurosurg,2007,106(6):1144-1153.

[4] Benes L,Shiratori K,GurschiM,et al.Is preoperative highresolution magnetic resonance imaging accurate in predicting neurovascular compression in patients with trigeminal neuralgia? A single-blind study[J].Neurosurg Rev,2005,28(2):131-136.

[5] Zeng Q,Zhou Q,Liu Z,et al.Preoperative detection of the neurovascular relationship in trigeminal neuralgia using three dimensional fast imaging employing steady-state acquisition(FIESTA) and magnetic resonance angiography (MRA)[J].J Clin Neurosci,2013,20(1):107-111.

[6] Fedorov A,Beichel R,Kalpathy-Cramer J,et al.3D slicer as an image computing platform for the quantitative imaging network[J].Magn Reson Imaging,2012,30:1323-1341.

[7] Qu CC,Zeng QS,Zhang JQ,et al.A single-blinded pilot study assessing neurovascular contact by using high-resolution MR imaging in patients with trigeminal neuralgia[J].Eur J Radiol,2009,69(3):459-463.

[8] Ni S,Su W,Li X,et al.Enhanced three-dimensional fast spoiled gradient recalled MRI combined with magnetic resonance angiography for preoperative assessment of patients with trigeminal neuralgia[J].J Clin Neurosci,2009,16(12):1555-1559.

[9] Leal PR,Hermier M,Froment JC,et al.Preoperative demonstration of the neurovascular compression characteristics with special emphasis on the degree of compression, using high-resolution magnetic resonance imaging: a prospective study, with comparison to surgical findings, in 100 consecutive patients who underwent microvascular decompression for trigeminal neuralgia[J].Acta Neurochir,2012,152(5):817-825.

[10] Vergani F,Panaretos P,Penalosa A,et al.Preoperative MRI/MRA for microvascular decompression in trigeminal neuralgia: consecutive series of 67 patients[J].Acta Neurochir,2011,153(12):2377-2381.

[11] Chavhan GB,Babyn PS,Jankharia BG,et al.Steady-state MR imaging sequences: physics, classification, and clinical applications[J].Radiographics,2008,28:1147-1160.

[12] Mikami T,Minamida Y,Yamaki T,et al.Cranial nerve assessment in posterior fossa tumors with fast imaging employing steadystate acquisition (FIESTA)[J].Neurosurg Rev,2005,28:261-266.[13] Xu XH,Chen XL,Zhang J,et al.Comparison of the Tada formula with software slicer precise and low-cost method for volume assessment of intracerebral hematoma[J].Stroke,2014,45:3433-3435.

[14] Satoh T,Onoda K,Date I.Preoperative simulation for microvascualr decompression in patients with idiopathic trigeminal neuralgia: visualization with three-dimensional magnetic cisternogram and angiogram fusion imaging[J].Neurosurgery,2007,60:104-114.

[15] Lorenzoni J,Davidb P,Levivierc M.Patterns of neurovascular compression in patients with classic trigeminal neuralgia: a high resolution MRI-based study[J].Eur J Radiol,2012,81:1851-1857.

[16] Masur H,Papke K,Bongartz G,et al.The significance of three dimensional MR-defined neurovascular compression for the pathogenesis of trigeminal neuralgia[J].J Neurol,1995,242:93-98.

[17] Levy EI,Jannetta PJ.Microvascular decompression[A].Kim J,Burchiel,eds.Surgical Management of Pain[C].New York:Thieme,2012:878-888.

Presurgical Visualization of the Neurovascular Relationship in Trigeminal Neuralgia with 3D Modeling Using Free Slicer Software

ZHANG Danfeng, CHEN Jigang, HAN Kaiwei, HOU Lijun
Department of Neurosurgery, Changzheng Hospital, Second Military Medical University, Shanghai 200003, China

ObjectiveTo explore whether segmentation and 3D modeling are more accurate in the preoperative detection of the neurovascular relationship (NVR) in patients with trigeminal neuralgia (TN) compared to MRI fast imaging employing steady-state acquisition (FIESTA).MethodsSegmentation and 3D modeling using 3D Slicer were conducted for 40 patients undergoing MRI FIESTA and microsurgical vascular decompression (MVD).ResultsThe NVR, as well as the offending vessel determined by MRI FIESTA and 3D Slicer, was reviewed and compared with intraoperative manifestations using SPSS. Thekagreement between the MRI FIESTA and operation in determining the NVR was 0.232 and that between the 3D modeling and operation was 0.6333. There was no significant difference between these two procedures (χ2= 8.09,P=0.088). Thekagreement between the MRI FIESTA and operation in determining the offending vessel was 0.373, and that between the 3D modeling and operation was 0.922. There were significant differences between two of them (χ2=82.01,P=0.000). The sensitivity and specificity for MRI FIESTA in determining the NVR were 87.2% and 100%, respectively, and for 3D modeling were both 100%.ConclusionThe segmentation and 3D modeling were more accurate than MRI FIESTA in preoperative verification of the NVR and offending vessel. This was in consistent with surgical manifestations and was more helpful for preoperative decision and surgical plan.

3D modeling; 3D slicer; MRI fast imaging employing steady-state acquisition; neurovascular relationship; offending vessel; trigeminal neuralgia

R445.2

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2017.12.005

1674-1633(2017)012-0020-05

2017-11-22

國家自然科學(xué)基金（81371382）；國家自然科學(xué)基金（81671206）。

侯立軍，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)轱B腦創(chuàng)傷、顱腦腫瘤。

通訊作者郵箱：lijunhoucz@126.com

本文編輯 王靜