邱宇 李軍 陳鵬 廖云陽 高炳菊 林李嵩
(福建醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院口腔頜面外科,福建醫(yī)科大學(xué)面部整復(fù)與重建研究室,福建 福州 350000)
顱底解剖位置深在,包含了許多重要的神經(jīng)及血管通道,且此區(qū)域組織也具多樣性,包括骨、軟骨、黏膜、神經(jīng)、肌肉、血管等多種組織類型,因此該區(qū)域的解剖及組織結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜[1],相比其他部位的腫瘤手術(shù),術(shù)者對(duì)該區(qū)域腫瘤毗鄰血管及神經(jīng)解剖關(guān)系的精準(zhǔn)辨識(shí)極其重要[2-4]。近年來,計(jì)算機(jī)成像技術(shù)的進(jìn)步極大地推動(dòng)了顱底外科的發(fā)展,但傳統(tǒng)上單一模態(tài)的影像檢查因成像原理不同,分辨率不同,也都有各自的局限性,因此術(shù)者很難對(duì)復(fù)雜的解剖結(jié)構(gòu)形成直觀、立體和全面的認(rèn)識(shí),而多模態(tài)影像融合技術(shù)能充分發(fā)揮不同影像學(xué)檢查的優(yōu)勢,將復(fù)雜的解剖關(guān)系可視化,對(duì)顱底腫瘤手術(shù)的安全性發(fā)揮了保障作用[5-7]。本研究旨在探索多模態(tài)影像融合技術(shù)在顱底腫瘤切除手術(shù)中的臨床應(yīng)用價(jià)值。
2017年10月—2020年4月我院口腔頜面外科確診為顱底腫瘤并擬行手術(shù)治療的患者14例,其中男8例,女6例;年齡33~72歲,平均43歲;其中原發(fā)腫瘤9例,復(fù)發(fā)腫瘤5例;前顱底腫瘤3例,側(cè)顱底腫瘤9例,中顱底腫瘤2例。本研究獲得福建醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。
所有患者術(shù)前均行CT及MRI平掃+增強(qiáng)掃描檢查。CT數(shù)據(jù)采集:自患者右前臂肘正中靜脈注入碘對(duì)比劑,延遲20 s后使用64層螺旋CT(日本東芝公司)行頭顱CT血管平掃+增強(qiáng)掃描檢查。MRI數(shù)據(jù)采集:自患者右前臂肘正中靜脈注射含釓對(duì)比劑,隨后行頭顱3.0 T MRI(德國西門子公司)平掃和增強(qiáng)掃描檢查。
將獲取的CT和MRI平掃+增強(qiáng)掃描原始數(shù)據(jù)以醫(yī)學(xué)數(shù)字成像和通信(DICOM)格式導(dǎo)入導(dǎo)航設(shè)計(jì)軟件iPlan 3.0軟件(德國BrainLab公司)中進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,利用軟件重建模塊,首先將CT數(shù)據(jù)進(jìn)行閾值分析,自動(dòng)三維重建顱底骨質(zhì),隨后在CT圖像中人工選取勾勒頸內(nèi)動(dòng)靜脈及興趣結(jié)構(gòu)并標(biāo)記,之后在MRI圖像中,選取勾勒腫瘤組織及興趣結(jié)構(gòu)并標(biāo)記,然后利用圖像融合模塊的自動(dòng)融合功能初步融合上述圖像,再對(duì)圖像中骨性標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行手動(dòng)對(duì)齊微調(diào),最終以兩組圖像間眼球及頜骨邊緣平滑連續(xù)為融合完成的判斷標(biāo)準(zhǔn)[8],然后將融合后的三維重建圖像,利用軟件內(nèi)置功能模塊,通過不同角度觀察腫瘤與顱內(nèi)外重要血管、神經(jīng)及周圍結(jié)構(gòu)的三維位置關(guān)系,指導(dǎo)手術(shù)入路及腫瘤的切除。部分患者再利用融合完成后的數(shù)據(jù),將其導(dǎo)入3D 打印機(jī),采用光敏樹脂材料,運(yùn)用光固化立體打印技術(shù)制備3D 模型,打印層厚0.01 mm,打印比例1∶1,經(jīng)固化、噴漆等處理后得到最終3D顱底腫瘤模型,通過此模型聯(lián)合術(shù)中導(dǎo)航系統(tǒng)或虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng),相互驗(yàn)證比較腫瘤周圍解剖結(jié)構(gòu),指導(dǎo)手術(shù)過程[9-11]。
患者,男,63歲,以“左顳部中耳惡性腫瘤術(shù)后2年余,復(fù)發(fā)3月余”為主訴入院,患者于2年前因中耳反復(fù)流膿伴聽力下降,就診于外院,行“右側(cè)側(cè)顱底病損切除術(shù)+外耳道病損切除術(shù)”,切除組織病理檢查示鱗狀細(xì)胞癌,術(shù)后行放療。本次入院前3月,患者再次出現(xiàn)耳部腫脹疼痛,外院考慮中耳惡性腫瘤復(fù)發(fā),遂轉(zhuǎn)診我院,CT平掃+增強(qiáng)掃描顯示左側(cè)顳骨呈術(shù)后改變,左中耳結(jié)構(gòu)失常,其內(nèi)見片狀不規(guī)則軟組織密度影,邊界欠清,增強(qiáng)掃描病灶不均勻,與鄰近結(jié)構(gòu)分界不清,與頸內(nèi)動(dòng)脈關(guān)系密切,考慮腫瘤復(fù)發(fā)伴感染。MRI平掃+增強(qiáng)掃描提示左側(cè)中耳內(nèi)可見結(jié)節(jié)狀片狀長T1、長T2異常信號(hào)影,DWI內(nèi)見片狀高信號(hào),相應(yīng)ADS圖呈低信號(hào),增強(qiáng)掃描病灶不均勻強(qiáng)化,DWI高信號(hào)區(qū)域未見強(qiáng)化,符合腫瘤復(fù)發(fā)伴感染表現(xiàn)。獲得CT及MRI的DICOM數(shù)據(jù)后,將其導(dǎo)入BrainLab導(dǎo)航系統(tǒng)軟件,利用iPlan 3.0模塊分別于CT和MRI圖像勾勒顱頜面骨、頸內(nèi)動(dòng)脈、頸內(nèi)靜脈及腫瘤,并融合重建(圖1~3),而后將上述數(shù)據(jù)保存并導(dǎo)入3D 打印機(jī),采用光敏樹脂材料,制備3D 模型,打印層厚0.01 mm,打印比例1∶1,經(jīng)固化、上色等處理后得到最終3D顱底腫瘤模型。手術(shù)中圍繞耳屏前后設(shè)計(jì)腮頸聯(lián)合根治術(shù)切口,暴露腫瘤后,通過多模態(tài)融合影像重建的區(qū)域解剖圖像和直觀等比例的3D模型的比對(duì)引導(dǎo),結(jié)扎頸內(nèi)靜脈,磨除乙狀竇表面骨質(zhì),切除側(cè)顱底被破壞骨質(zhì),暴露硬腦膜,隨后緊貼頸內(nèi)動(dòng)脈表面,完整切除病灶,切緣應(yīng)干凈,之后行頸部淋巴結(jié)清掃,完成腮頸聯(lián)合根治術(shù),最后再設(shè)計(jì)游離股前外側(cè)皮瓣重建側(cè)顱底軟組織缺損(圖4)。
A:顯示重建的頸動(dòng)脈和顱面骨的三維關(guān)系,B~D:分別在水平位、矢狀位、冠狀位勾勒頸動(dòng)脈和顱面骨
A、B、C、D分別顯示從不同層面人工識(shí)別勾勒的腫瘤區(qū)域
A:顯示CT和MRI數(shù)據(jù)融合重建后腫瘤(綠色)、頸動(dòng)脈(紅色)及顱面骨(紫色)的三維關(guān)系,B~D:分別顯示水平位、矢狀位、冠狀位的腫瘤、頸動(dòng)脈與顱面骨的融合圖像
A:根據(jù)融合后數(shù)據(jù)打印形成的3D模型,B:手術(shù)切口設(shè)計(jì),C:完整切除腫瘤后的創(chuàng)面,D:利用游離股前外側(cè)皮瓣完成側(cè)顱底重建術(shù)
術(shù)前對(duì)14例患者的影像數(shù)據(jù)均進(jìn)行了圖像融合重建,其中8例行3D腫瘤模型打印;所有患者均于術(shù)前組織多學(xué)科討論,共同制定序貫治療方案;所有患者中有4例腫瘤與顱內(nèi)相通,術(shù)中請(qǐng)神經(jīng)外科會(huì)診處理顱內(nèi)段,并行硬腦膜修復(fù);所有患者中有11例行游離血管化股前外側(cè)皮瓣修復(fù),2例行游離血管化腓骨肌瓣修復(fù),1例行局部顳肌筋膜瓣修復(fù)。
所有患者病理檢查結(jié)果示腦膜瘤3例,影細(xì)胞癌1例,上頜竇癌2例,成骨肉瘤1例,腺樣囊性癌2例,血管肉瘤1例,軟骨母細(xì)胞瘤2例,鱗狀細(xì)胞癌2例。13例游離皮瓣均成活,術(shù)中修復(fù)硬腦膜患者,均未出現(xiàn)腦脊液漏,患者無明顯并發(fā)癥發(fā)生。所有患者均順利出院。術(shù)后隨訪3~30個(gè)月(隨訪至2020年4月),術(shù)后牙源性影細(xì)胞癌復(fù)發(fā)1例,腺樣囊腺癌復(fù)發(fā)1例,其余患者均未出現(xiàn)復(fù)發(fā)。
顱底區(qū)域解剖位置深在,向上緊鄰顱內(nèi)組織,向下與頜面部、眼、耳、鼻竇等結(jié)構(gòu)相連,諸多顱神經(jīng)及血管穿行其中[12-13]。同時(shí)該區(qū)域的腫瘤來源復(fù)雜,可來源于神經(jīng)、腦膜、顱骨及周圍各種組織,部分惡性腫瘤的生長方式呈侵蝕性,界限不清,且多血運(yùn)豐富并破壞了顱底正常的組織結(jié)構(gòu),該區(qū)域手術(shù)入路及操作空間都極為有限,病灶無法像其他部位一樣充分顯露,一旦術(shù)中出現(xiàn)計(jì)劃外出血,容易造成術(shù)野不清,腫瘤完整切除難度大,重要神經(jīng)血管或周圍器官的損傷發(fā)生率比較高[14-16]。
隨著各種計(jì)算機(jī)成像技術(shù)的逐漸進(jìn)步,有力的推動(dòng)了顱底外科的發(fā)展[17-19],國內(nèi)口腔頜面外科醫(yī)生也緊跟數(shù)字化發(fā)展的步伐,開始涉足這一領(lǐng)域,在國內(nèi)較早開展了基于CT影像數(shù)據(jù)的3D打印模型及數(shù)字化導(dǎo)航系統(tǒng)指導(dǎo)手術(shù),但此階段的數(shù)字化設(shè)計(jì),對(duì)病灶區(qū)域解剖信息的獲取多是基于單一模態(tài)的影像學(xué)信息,由于各種醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的工作原理不同,對(duì)不同的組織結(jié)構(gòu)或器官的顯示情況也不同,單純MRI能夠精確定位病灶,但卻無法準(zhǔn)確定位病灶周圍的血管,術(shù)者通過傳統(tǒng)的單一模態(tài)的影像獲取的信息有限,還需要依靠術(shù)者的臨床經(jīng)驗(yàn)以及對(duì)各種影像的綜合分析,將不同的復(fù)雜的影像信息整合,才能形成主觀的、包含多種信息價(jià)值的立體圖像[20-21],這種空間模型構(gòu)建主觀性強(qiáng),不便于和手術(shù)團(tuán)隊(duì)交流討論,對(duì)于術(shù)中可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)和操作難點(diǎn)較難進(jìn)行全面預(yù)估評(píng)判,存在一定的誤差和風(fēng)險(xiǎn)。而目前通過計(jì)算機(jī)技術(shù)將多模態(tài)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一配準(zhǔn)融合,協(xié)同應(yīng)用,能夠充分發(fā)揮不同數(shù)字化成像技術(shù)的優(yōu)勢,實(shí)現(xiàn)信息的優(yōu)化和互補(bǔ),在一張影像上既顯示病變區(qū)域又顯示周圍重要的血管神經(jīng)及組織結(jié)構(gòu),有效地提高了術(shù)者對(duì)腫瘤及毗鄰血管、神經(jīng)解剖關(guān)系的認(rèn)識(shí)[22-23]。高質(zhì)量的多模態(tài)影像融合,不僅對(duì)顱底腫瘤患者術(shù)前的個(gè)體化治療策略、手術(shù)規(guī)劃的制定起到了重要輔助作用,而且提高了術(shù)者在術(shù)中對(duì)復(fù)雜的解剖關(guān)系的理解,做到心中有數(shù),同時(shí)能夠向手術(shù)團(tuán)隊(duì)成員直觀展示多模態(tài)融合圖像,便于團(tuán)隊(duì)討論及術(shù)中配合[24],這些都極大地提高了腫瘤完整切除率,降低了并發(fā)癥的發(fā)生率。
多模態(tài)影像融合后的圖像不僅在手術(shù)中有著很好的指導(dǎo)作用,同時(shí)利用其融合后的數(shù)據(jù)是標(biāo)準(zhǔn)的DICOM格式這一特點(diǎn),還可以進(jìn)行數(shù)字化功能擴(kuò)展。如同前文中的典型病例所示,利用此數(shù)據(jù)打印3D模型,可將顱底腫瘤、神經(jīng)和血管的立體解剖結(jié)構(gòu)直觀地展示出來,從而更好地指導(dǎo)手術(shù);同時(shí)還可將多模態(tài)影像融合后的DICOM數(shù)據(jù)導(dǎo)入到導(dǎo)航系統(tǒng)[25],從而使術(shù)者在手術(shù)中于狹小而深在的顱底區(qū)域,實(shí)時(shí)了解手術(shù)區(qū)域周圍的解剖結(jié)構(gòu),在完整切除腫瘤的同時(shí),避免損傷周圍重要的血管、神經(jīng)等。隨著科技的發(fā)展及技術(shù)的不斷完善,將來可進(jìn)一步衍生出基于多模態(tài)融合數(shù)據(jù)的混合現(xiàn)實(shí)技術(shù),使在臨床上的應(yīng)用前景更為廣闊[26]。
對(duì)于復(fù)雜的顱底外科手術(shù),多模態(tài)影像融合及其衍生技術(shù)是精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)發(fā)展的一個(gè)趨勢,但目前也存在一些不足之處,如目前所采用的iPlan軟件,對(duì)不同結(jié)構(gòu)的識(shí)別能力不足,常常需要人工修改確認(rèn),耗時(shí)較多,而且由于不同影像技術(shù)掃描層厚不一致,可能導(dǎo)致融合時(shí)出現(xiàn)血管或其他細(xì)微結(jié)構(gòu)的連續(xù)性不佳。但總體來說,對(duì)于局部解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜、腫瘤毗鄰重要血管及周圍結(jié)構(gòu)的顱底腫瘤,多模態(tài)影像融合及其衍生技術(shù)的應(yīng)用,可為術(shù)者提供大量可視性、直觀性、立體化的影像,極大地提高了顱底腫瘤手術(shù)的精準(zhǔn)性和安全性。