徐小峰,張新定

(蘭州大學(xué)第二醫(yī)院 神經(jīng)外科，甘肅 蘭州730000)

相關(guān)研究報(bào)道1999-2017年期間導(dǎo)致中國(guó)人群死亡的疾病，卒中以高死亡率和致殘率位居首位[1]，出血性腦卒中約占全部腦卒中的17.1%～55.4%，高血壓腦出血(HICH)占出血性卒中患者的75%以上[2]，因此HICH的診斷和治療尤為重要。3D slicer憑借其操作簡(jiǎn)單、精準(zhǔn)、廉價(jià)等優(yōu)勢(shì)，有希望成為替代的微創(chuàng)血腫清除理想方案，本文就3D slicer在HICH中的應(yīng)用展開(kāi)綜述。

1 3D slicer軟件簡(jiǎn)介

1.1 3D slicer發(fā)展背景3D slicer軟件是由麻省理工學(xué)院的人工智能實(shí)驗(yàn)室和美國(guó)波士頓布里格姆婦女醫(yī)院手術(shù)計(jì)劃實(shí)驗(yàn)室在1998年聯(lián)合開(kāi)發(fā)的三維可視化醫(yī)學(xué)圖像處理平臺(tái)，我國(guó)最早由解放軍總醫(yī)院陳曉雷教授應(yīng)用并推廣[3]。用戶(hù)可在http://download.slicer.org網(wǎng)站進(jìn)行下載,每年下載超過(guò)75000次[4]。

1.2 3D slicer的使用方法早年外科醫(yī)生通過(guò)3D slicer軟件在電腦上實(shí)現(xiàn)血腫的體表投影并截圖，再調(diào)整圖像的透明度載入手機(jī)軟件，安卓手機(jī)sina軟件、蘋(píng)果手機(jī)系統(tǒng)工具，從而實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)(Augmented Reality，AR，此技術(shù)通過(guò)顯示設(shè)備將計(jì)算機(jī)創(chuàng)建的虛擬物體重疊與現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，軟件或APP負(fù)責(zé)視覺(jué)算法和圖形渲染，最后投射到顯示器或手機(jī)屏幕上)，與患者頭顱匹配從而確定血腫的位置。然而這種方法存在一些問(wèn)題：(1)鏡頭焦距會(huì)產(chǎn)生縮放和畸變，3D slicer截圖時(shí)圖片放大比率和手機(jī)焦距放大比率需一致，但如何計(jì)算不得而知。(2)此方法并不是嚴(yán)格意義上的AR，只適用于正側(cè)方或正頂部。(3)掃描CT和定位時(shí)患者頭位擺放和虛擬圖像截取角度都有要求。因此，2019年推出了“普視3D”手機(jī)APP，在3D slicer中將模型以obj格式導(dǎo)出，后上傳至普視的病例庫(kù)生成模型導(dǎo)入編碼，用手機(jī)打開(kāi)普視3D軟件選擇普通版并輸入編碼，用戶(hù)即可360度瀏覽三維重建圖像，并可隨意將圖像放大、縮小、更改顏色、調(diào)整透明度，應(yīng)用體表定位標(biāo)志物輔助定位，可極大提高效率和準(zhǔn)確性。

1.3 3D slicer的應(yīng)用目前可融合CT、MRI、DSA、彌散張量成像(DTI)等影像學(xué)資料，并三維重建腦溝、腦回、腦室、神經(jīng)、顱內(nèi)血管、白質(zhì)纖維等解剖結(jié)構(gòu)[5]。目前已應(yīng)用在神經(jīng)外科多種領(lǐng)域，如腦腫瘤、三叉神經(jīng)痛、面肌痙攣、腦血管病，甚至是癲癇[6-7]。

2 3D slicer在HICH中的應(yīng)用

2.1 血腫體積評(píng)估血腫體積對(duì)于手術(shù)指征的把握以及預(yù)后的預(yù)測(cè)具有重要意義。目前臨床上多采用多田公式(血腫量=血腫長(zhǎng)徑×寬徑×厚度/2，即V=ABC/2)計(jì)算血腫體積，然而此公式只是對(duì)血腫的粗略計(jì)算，前提是血腫形狀近似橢圓形；但臨床實(shí)踐中血腫形狀往往不規(guī)則，甚至呈分葉狀 ，多田公式法的計(jì)算誤差也會(huì)隨之增大[7]。XU等[8]的研究指出用ABC/2公式計(jì)算血腫體積，尤其是不規(guī)則血腫和多葉血腫，誤差較大，應(yīng)用3D slicer進(jìn)行血腫評(píng)估是一種低成本、準(zhǔn)確、有效的體積測(cè)量技術(shù)。

3D slicer不僅可計(jì)算血腫體積，還可計(jì)算腦室體積。有文獻(xiàn)[11]指出雙側(cè)顱壓的不同使得腦室不對(duì)稱(chēng)，中線(xiàn)的移位與其相關(guān)，為了將這種不對(duì)稱(chēng)性量化，將較大側(cè)腦室體積除以較小腦室體積稱(chēng)為L(zhǎng)VR(lateral ventricular volume ratios)。Chen等[12]的研究歸納了188例患者，使用3D slicer軟件得出雙側(cè)腦室體積并計(jì)算LVR，結(jié)果表明LVR(>3.7)可獨(dú)立預(yù)測(cè)預(yù)后不良。

2.2 血腫穿刺置管定位顱內(nèi)血腫穿刺置管引流術(shù)屬于微創(chuàng)手術(shù)方法，在中等量血腫及老年患者中廣泛應(yīng)用。常用定位方法有神經(jīng)導(dǎo)航法、立體定向儀法、人工智能等，但操作復(fù)雜、術(shù)前準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)、價(jià)格高昂。3D slicer操作步驟簡(jiǎn)單節(jié)省時(shí)間且準(zhǔn)確性尚可，在該軟件引導(dǎo)下結(jié)合患者術(shù)前CT可完成顱內(nèi)血腫及顱骨的三維建模，能直觀(guān)的觀(guān)察到血腫具體位置，并沿長(zhǎng)軸設(shè)計(jì)模擬穿刺路徑，得到通道的穿刺點(diǎn)、穿刺角度及深度，還可在術(shù)后精確計(jì)算血腫清除率。

趙健等[13]回顧性分析55例HICH患者，25例患者采用3D slicer輔助穿刺，30例簡(jiǎn)易CT定位法，應(yīng)用3D slicer個(gè)體化設(shè)定穿刺點(diǎn)和穿刺路徑，3D slicer 組血腫清除率為90.8%±2.3%，簡(jiǎn)易定位組血腫清除率81.3%±3.5%(P=0.03)，在患者平均住院日、平均住院花費(fèi)方面，3D slicer 組也明顯優(yōu)于簡(jiǎn)易定位組 (P=0.038)，但平均隨訪(fǎng)5.3月發(fā)現(xiàn)兩組預(yù)后GOS評(píng)分方面沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P=0.89)，認(rèn)為3D slicer 軟件三維重建制定穿刺路徑簡(jiǎn)單易行，可為高血壓腦出血微創(chuàng)穿刺引流術(shù)提供準(zhǔn)確、便捷的定位指導(dǎo)依據(jù)，并提高血腫清除率，縮短住院日并降低住院費(fèi)用，在基層醫(yī)院應(yīng)用前景廣闊。張儀彪等[14]的研究結(jié)果也支持這一觀(guān)點(diǎn)，3D slicer定位組血腫穿刺滿(mǎn)意率、血腫清除率明顯高于對(duì)照組，術(shù)后 3 個(gè)月時(shí)3D slicer 定位組患者的日常生活能力顯著優(yōu)于對(duì)照組(P<0.05)。3D slicer輔助穿刺還利于血腫早期清除和吸收，魏志鵬等[15]的研究結(jié)果顯示3D slicer輔助穿刺的患者術(shù)后12小時(shí)和3天的血腫清除率均高于對(duì)照組， 術(shù)后血腫完全吸收時(shí)間明顯短于對(duì)照組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。此外對(duì)于年齡大的患者3D slicer輔助穿刺也有較好的效果，伍博等[16]研究納入60例老年患者，實(shí)驗(yàn)組(3D slicer軟件輔助定位)平均年齡72.87±8.66歲，對(duì)照組73.23±8.11歲，實(shí)驗(yàn)組到達(dá)預(yù)定位置成功率90.0%，術(shù)后3天血腫清除率61.9%±7.3%，預(yù)后良好。

2.3 血腫手術(shù)通道的選擇隨著神經(jīng)內(nèi)鏡技術(shù)的逐步成熟，目前已成為治療高血壓腦出血的重要手段[17]。相比于傳統(tǒng)開(kāi)顱手術(shù)，神經(jīng)內(nèi)鏡具有創(chuàng)傷小、止血徹底、出血少、手術(shù)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。3D slicer輔助神經(jīng)內(nèi)鏡具有一定優(yōu)勢(shì)，術(shù)前較短時(shí)間內(nèi)即可完成重建，重建圖像可根據(jù)手術(shù)入路選擇調(diào)整合適位置，顱骨或血腫可以進(jìn)行自由分割和融合，利于術(shù)前評(píng)估和制定術(shù)前計(jì)劃[18]。XU等[19]的研究對(duì)比了高血壓腦出血運(yùn)用3D slicer輔助內(nèi)鏡手術(shù)和傳統(tǒng)的開(kāi)顱手術(shù)，內(nèi)鏡組血腫清除率、手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量、術(shù)后6月改良Rankin評(píng)分均優(yōu)于傳統(tǒng)開(kāi)顱組。孫國(guó)臣等[20]的研究也認(rèn)為對(duì)于自發(fā)性幕上腦內(nèi)出血，基于A(yíng)R的方法有助于定位血腫和設(shè)計(jì)優(yōu)化穿刺路徑和穿刺靶點(diǎn)，聯(lián)合神經(jīng)內(nèi)鏡能有效清除血腫，改善患者的預(yù)后。

神經(jīng)內(nèi)鏡下血腫清除術(shù)相比傳統(tǒng)開(kāi)顱，血腫的精確定位更為重要，將透明鞘準(zhǔn)確放在血腫中心，周?chē)难獕K可能會(huì)在排空過(guò)程中被塌陷的空腔不斷地推入鞘層尖端[21]，用這種方法可以很容易地、安全地清除血腫。如果把鞘放在血腫的一側(cè)，外科醫(yī)生就必須大幅度地?cái)[動(dòng)鞘以觀(guān)察相反方向的血栓，這可能增加對(duì)周?chē)匾X組織及血管損傷，導(dǎo)致殘余血腫延長(zhǎng)手術(shù)時(shí)間增加顱內(nèi)感染可能性。因此準(zhǔn)確地將鞘的尖端放置在血腫中的正確位置對(duì)于這種內(nèi)鏡手術(shù)技術(shù)是非常重要的。如果只使用解剖標(biāo)志和CT圖像測(cè)量進(jìn)行定位很艱難，因?yàn)榛坠?jié)血腫往往在深部且形狀不規(guī)則，許多醫(yī)療中心會(huì)選擇導(dǎo)航解決這一問(wèn)題。然而，在手術(shù)過(guò)程中導(dǎo)航系統(tǒng)可能會(huì)因?yàn)檠[腔的明顯塌陷和隨后的腦移位而變得不準(zhǔn)確，大多數(shù)情況下導(dǎo)航系統(tǒng)也只用于確保血腫初始進(jìn)入的準(zhǔn)確性，且導(dǎo)航系統(tǒng)非常昂貴在許多發(fā)展中地區(qū)無(wú)法使用，各種低成本的AR解決方案已經(jīng)被創(chuàng)造出來(lái)并用于臨床。2020年中國(guó)神經(jīng)內(nèi)鏡下高血壓腦出血手術(shù)治療專(zhuān)家共識(shí)提出3D slicer軟件結(jié)合智能手機(jī)進(jìn)行血腫定位為I類(lèi)推薦、B級(jí)證據(jù)[22]。Hou等[3]使用3D slicer重建后在IOS系統(tǒng)中使用Easy Tiger Apps，LLC.實(shí)現(xiàn)AR定位病灶，在神經(jīng)內(nèi)鏡下血腫清除，結(jié)果顯示實(shí)際軌道偏移為4.3°±2.1°，血腫中心偏移5.2±2.6 mm，認(rèn)為該方法能準(zhǔn)確定位基底節(jié)血腫，有助于微創(chuàng)內(nèi)鏡下血腫清除術(shù)。其他文獻(xiàn)[23-24]也支持這一觀(guān)點(diǎn)，認(rèn)為此技術(shù)可以為高血壓腦出血的神經(jīng)內(nèi)鏡微創(chuàng)手術(shù)治療提供準(zhǔn)確可靠的定位指導(dǎo)。

還有文獻(xiàn)報(bào)道[25]在神經(jīng)內(nèi)鏡手術(shù)后3周行DTI檢查，使用3D slicer重建錐體束觀(guān)察受壓和破壞程度預(yù)測(cè)肌力，結(jié)果表明錐體束單純破壞的肌力恢復(fù)最差。

3 3D slicer 的優(yōu)缺點(diǎn)

3.1 3D slicer的優(yōu)點(diǎn)(1)經(jīng)濟(jì)性，3D slicer可以實(shí)現(xiàn)類(lèi)似的功能且軟件完全免費(fèi)。(2)兼容性，3D slicer可以在64位Linux、MacOSX和Windows操作系統(tǒng)中運(yùn)行，支持多種標(biāo)準(zhǔn)醫(yī)學(xué)圖像文件格式[26]。(3)開(kāi)源性，程序源代碼全部開(kāi)放，算法全部公開(kāi)，可添加算法和應(yīng)用模塊進(jìn)行功能擴(kuò)展。(4)實(shí)用性，幾乎可以融合所有的影像學(xué)資料進(jìn)行模擬、三維重建，并能提供距離、面積、體積等定量參數(shù)，可用于3D打印、交代病情、手術(shù)規(guī)劃與預(yù)演。

3.2 3D slicer的缺點(diǎn)(1)雖然3D slicer定位相比解剖定位更為精準(zhǔn)，但是由于病變的大小和深度的不同會(huì)導(dǎo)致體表投影產(chǎn)生誤差，且實(shí)現(xiàn)AR時(shí)匹配只能通過(guò)肉眼缺乏精度反饋。Eftekhar等[27]探討了3D slicer的精度，使用3D slicer結(jié)合sina軟件對(duì)11例幕上小于3 cm的病灶定位，并使用神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)測(cè)量偏差，發(fā)現(xiàn)sina定位病灶中心與神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)定位病灶中心相差10.2±2 mm。Chen等[28]用同樣的方法，誤差為4.4±1.1 mm。Guo等[29]的研究誤差則達(dá)到13.6±0.55 mm。(2)3D slicer軟件數(shù)據(jù)主要源于術(shù)前的影像學(xué)資料，不能在手術(shù)期間提供位置。(3)3D slicer對(duì)于幕上病變是可靠的，然而后顱窩解剖與幕上結(jié)構(gòu)不同，小腦葉重建難以識(shí)別，且后顱窩皮質(zhì)靜脈直徑小難以在3D slicer重建。(4)此軟件目前只有英文版本，血腫的重建簡(jiǎn)單易上手，深入研究存在一定難度，比如制定術(shù)前計(jì)劃、重建白質(zhì)纖維等。

4 展望

綜上所述，3D slicer輔助治療高血壓腦出血療效明確，不僅融合了神經(jīng)導(dǎo)航和立體定向儀精準(zhǔn)定位的優(yōu)點(diǎn)，且簡(jiǎn)化了術(shù)前繁瑣的步驟和節(jié)省了開(kāi)支，為廣大基層醫(yī)院提供新的選擇。目前普視3D正在開(kāi)發(fā)完善Slam模塊，此技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)，當(dāng)模型和現(xiàn)實(shí)物體重合匹配后，可以360度切換視角，模型不會(huì)有任何位移，如同在現(xiàn)實(shí)中觀(guān)測(cè)，未來(lái)期望將此技術(shù)與HoloLens眼鏡相結(jié)合并大力推廣至神經(jīng)外科各個(gè)領(lǐng)域。屆時(shí)3D slicer的運(yùn)用將會(huì)更為規(guī)范并得到全面的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)患者利益最大化。