夏學巍

(桂林醫(yī)學院附屬醫(yī)院,廣西 桂林 541001)

高血壓腦出血常伴有高血壓病史,與缺血性中風相比,其發(fā)病率和病死率更高,占中風病死總數(shù)的一半或更多[1]。在我國,≥20歲的人群中,因卒中死亡的人數(shù)高達112萬,約占全球卒中死亡率的17.5%,其中農(nóng)村地區(qū)仍然是我國卒中死亡的“重災區(qū)”[2]。高血壓腦出血的發(fā)病人群有逐年上升的趨勢且趨向年輕化,早期干預更有利于腦出血患者日常生活能力改善[3]。因此,既往已有許多學者提出導航定位輔助、神經(jīng)內(nèi)鏡、小骨窗開顱等微創(chuàng)治療,血腫清除率高,創(chuàng)傷小,可明顯改善患者預后[4-5]。我國農(nóng)村地區(qū)卒中死亡率較城市地區(qū)高,這可能與城市地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展較好、醫(yī)療水平較高等因素有關。因此,基層醫(yī)院應積極開展腦血腫清除術,并致力做到更精準、創(chuàng)口更小。

3D Slicer軟件是美國國立衛(wèi)生研究院支持的開放源代碼平臺,用于醫(yī)學圖像信息學、圖像處理和3維可視化,能夠基于CT、MRI等影像數(shù)據(jù)對解剖進行3維重建,并精準定位相關生理或病理結(jié)構(gòu)[6]。3D Slicer軟件支持功能擴展,可進行動態(tài)建模,實現(xiàn)低成本3維可視化導航[7]。高血壓腦出血,常常是由于高血壓引起腦實質(zhì)血管破裂的顱內(nèi)出血,微創(chuàng)技術用于腦血腫清除一直是神經(jīng)外科研究的重點[8]。筆者就3D Slicer在高血壓腦出血外科治療中的應用研究進展進行綜述。

1 3D Slicer的應用

3D Slicer可應用于許多疾病的治療中。肺癌的分期及侵襲性是選擇治療方式的決定性因素,治療前將胸部CT增強圖像導入3D Slicer,并對感興趣區(qū)域進行重建及描繪,觀察相關放射學特征以進行肺癌分期及預后評估[9-10]。在治療兒童Wilms腫瘤時,3D Slicer有助于外科醫(yī)生對腫瘤、健康腎臟、病理性腎臟、動脈和靜脈血管進行分割,制訂手術計劃[11]。前列腺癌的骨盆轉(zhuǎn)移影響患者預后,Hayakawa等[12]使用3D Slicer手動繪制骨盆轉(zhuǎn)移灶的輪廓,結(jié)果顯示,最大2維直徑為轉(zhuǎn)移性前列腺癌患者的重要預后因素。顳骨自發(fā)性腦脊液漏的特征是未發(fā)現(xiàn)顱骨骨瘤前,出現(xiàn)骨質(zhì)變薄且伴有腦脊液漏。3D Slicer通過顱骨重建,驗證顱骨骨厚度存在種族差異,以及肥胖癥的早期發(fā)作可能會通過逆轉(zhuǎn)年齡而使患者容易發(fā)生自發(fā)性腦脊液漏[13]。另外,3D slicer擴展模塊GrowCut可應用于膠質(zhì)母細胞瘤患者,可以進行精準腫瘤分割并計算體積,用于腫瘤術前規(guī)劃及確定術中切除范圍[14]。Soon等[15]使用3D slicer對66名腦膜瘤患者術前2次的MRI數(shù)據(jù)進行腫瘤3D重建,以此評估腦膜瘤體積增長率。結(jié)果提示,體積增長率與腦膜瘤患者預后顯著相關。3D slicer在某些疾病的預后評估、放射特征評估、腫瘤分期、手術方式選擇等方面均起到重要的輔助作用。

2 3D Slicer在高血壓腦出血外科治療中的應用

2.1 術前評估

高血壓腦出血治療方法的選擇主要取決于血腫的大小、位置及臨近周圍神經(jīng)血管,在術前對血腫的位置、體積進行評估,有助于治療方案的制定。根據(jù)頭顱CT影像計算血腫大小的方式主要有3種:Tada公式(ABC/2公式)、切片法和3D slicer。Tada公式與切片法對于形態(tài)規(guī)則、邊界清楚的血腫體積計算較為準確,形態(tài)不規(guī)則時,則計算結(jié)果誤差較大;3D slicer計算的誤差更小、精度更高、結(jié)果更穩(wěn)定[16-17]。使用3D slicer軟件對腦出血CT放射學特征進行預后危險因素評估,將血腫形態(tài)進行3維重建,計算并統(tǒng)計血腫體積、表面積和表面規(guī)則性等因素,發(fā)現(xiàn)血腫基線體積與3維形狀不規(guī)則是血腫擴大的危險因素[18]。

3D slicer應用于腦出血術前的鑒別診斷。3D Slicer重建動脈瘤形態(tài),可明確腦出血病因,可與高血壓腦出血相鑒別[19],同時,術前將頸部CTA數(shù)據(jù)導入3D Slicer重建血管形態(tài),可準確地顯示出血部位與每個動脈瘤之間的空間關系,有助于術前確定多發(fā)顱內(nèi)動脈瘤患者的責任動脈瘤[20]。3D Slicer可清晰顯示動脈瘤、腦組織、顱骨和神經(jīng)之間的關系,幫助神經(jīng)外科醫(yī)生更好地完成術前鑒別及手術準備[21]。

2.2 術中輔助

腦出血的治療,特別是深部血腫的手術方式選擇尚沒有統(tǒng)一標準,常見的手術方式有神經(jīng)內(nèi)鏡手術、微創(chuàng)穿刺引流和開顱手術等。Fu等[22]使用3D Slicer重建血腫模型,找到距離血腫最近的神經(jīng)內(nèi)鏡手術路徑,術中將重建圖像傳入Sina手機軟件,實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實,實時定位,完成手術路徑規(guī)劃。術中使用神經(jīng)內(nèi)鏡清除血腫,清除效果滿意,具有直觀、有效等優(yōu)點。彭逸龍等[23]將術前頭顱CT數(shù)據(jù)導入3D Slicer完成重建,規(guī)劃穿刺路徑,聯(lián)合虛擬現(xiàn)實軟件,術中實時動態(tài)跟蹤,實現(xiàn)術中導航穿刺血腫腔,完成基底節(jié)區(qū)腦血腫穿刺引流術,手術平均時長26 min,清除率滿意。3D Slicer結(jié)合移動AR系統(tǒng),實現(xiàn)低成本虛擬現(xiàn)實,使得術中完成動態(tài)實時跟蹤,代替部分神經(jīng)導航功能,目前多用于血腫穿刺引流[24]。

2.3 預后評估

腦出血患者的致死率、致殘率極高。Qiu等[25]術前獲取基底節(jié)區(qū)腦出血患者頭顱CT,利用3D Slicer重建神經(jīng)纖維束,直觀評估血腫損傷纖維束情況,以此判斷患者偏癱及預后情況。楊鐵牛等[26-27]應用3D Slicer清除腦血腫,將3D Slicer輔助微創(chuàng)穿刺置管術定義為實驗組,開顱顯微手術定義為對照組。結(jié)果發(fā)現(xiàn)實驗組的并發(fā)癥發(fā)生率明顯低于對照組,認為3D Slicer輔助可明顯縮短手術時間,從而減少并發(fā)癥的發(fā)生,改善患者預后。

3D Slicer在腦出血的應用中,通過術前觀察形態(tài),獲取相關影像學參數(shù),規(guī)劃手術入路或穿刺路徑;術中聯(lián)合AR系統(tǒng)實現(xiàn)低成本虛擬現(xiàn)實,實時獲取動態(tài)數(shù)據(jù),完成導航功能,提高血腫清除率,減少手術時長;術后重建皮質(zhì)脊髓束,可觀察損傷情況,評估患者預后。

3 3D Slicer軟件與神經(jīng)導航功能

在神經(jīng)外科領域,已經(jīng)開發(fā)并實施了幾種旨在更好地進行術中可視化的技術,其中包括傳統(tǒng)紅外導航、增強現(xiàn)實神經(jīng)導航、立體定向?qū)Ш降萚28-29]。技術的進步主要體現(xiàn)在神經(jīng)外科術中導航的簡便性、可靠性和流程順暢[8]。Katsuki等[5]分析75例神經(jīng)內(nèi)鏡下實施血腫清除術的高血壓腦出血患者,采用單變量和多變量回歸分析,發(fā)現(xiàn)缺乏神經(jīng)導航是內(nèi)鏡下實施血腫清除術治療腦出血的不良預后危險因素。術中使用導航治療垂體瘤,可提高癥狀緩解率、腫瘤全切率及降低再治療率[30]。Joud等[31]使用神經(jīng)導航輔助小兒彌漫性浸潤性橋腦膠質(zhì)瘤活檢術,成功率高,定位準確,不損傷周圍橋腦組織。

術前使用3D Slicer對腦內(nèi)血腫進行3D重建,手術中將圖像結(jié)果導入Sina手機軟件或AR系統(tǒng),可以實現(xiàn)術前規(guī)劃穿刺路徑、術中實時定位及3維可視化,實現(xiàn)部分神經(jīng)導航功能[22-24]。目前,3D Slicer在導航中的應用主要體現(xiàn)在腦血腫清除等精準度要求不高的神經(jīng)外科疾病中,其他疾病的導航功能開發(fā)仍在繼續(xù)。

神經(jīng)導航具有精度高、定位準、應用廣等優(yōu)勢,在處理解剖結(jié)構(gòu)復雜,周圍神經(jīng)、血管關系密切,以及要求盡可能全切等需要精準定位的病變時顯得尤為重要。但神經(jīng)導航也存在著不可忽視的弊端:價格昂貴、操作復雜、難以普及[32]?，F(xiàn)實中,基層醫(yī)院往往沒有神經(jīng)導航設備,與此同時,腦血腫清除術術前規(guī)劃及術中定位等并不需要太高的精度及準確度。因此,3D Slicer完全可以通過結(jié)合開源免費的手機軟件實現(xiàn)術中導航及3維可視化,滿足基層醫(yī)院需要。

3D Slicer是一款醫(yī)學影像處理與3維可視化的免費開源軟件,可用于許多疾病的診斷、術前評估、手術輔助及預后判斷。同時,軟件可實現(xiàn)術中3維可視化,部分代替神經(jīng)導航功能,在許多基層及下級醫(yī)院已成為腦出血手術治療的有效輔助方法。3D Slicer支持自主開發(fā)代碼,創(chuàng)建擴展應用,這讓使用者有充分的自主創(chuàng)新力,加之3D Slicer有實用性強、操作簡單、設備要求低等優(yōu)勢,無疑為神經(jīng)外科醫(yī)師提供了更多的創(chuàng)作空間。另外,3D Slicer仍有許多需要解決的問題,相信在不久的將來,3D Slicer將為基層醫(yī)院外科手術治療高血壓腦出血提供更精準、完善的輔助作用。