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基于三維可視化技術(shù)的頸椎神經(jīng)鞘瘤精準(zhǔn)手術(shù)治療一例報告及分析*

2017-12-02 01:59韓善清王建偉陳愛萍
中國醫(yī)學(xué)裝備 2017年11期
關(guān)鍵詞:鞘瘤頸椎椎體

孫 濤 韓善清 王建偉 陳愛萍*

基于三維可視化技術(shù)的頸椎神經(jīng)鞘瘤精準(zhǔn)手術(shù)治療一例報告及分析*

孫 濤①韓善清②王建偉①陳愛萍①*

目的:探討三維(3D)可視化技術(shù)在頸椎神經(jīng)鞘瘤精準(zhǔn)手術(shù)治療中的意義。方法:選取1例因觸摸發(fā)現(xiàn)右側(cè)頸部腫大而在醫(yī)院就診的患者,通過多排CT和MR頸部平掃加增強檢查發(fā)現(xiàn)右側(cè)頸椎旁有占位性病變,將CT和MR的原始醫(yī)學(xué)數(shù)字成像及通信(DICOM)數(shù)據(jù),輸入計算機進行立體3D建模,并根據(jù)實際情況規(guī)劃手術(shù)方案。結(jié)果:基于3D可視化技術(shù)的重建模型可以清晰地顯示占位周圍的組織、器官的解剖結(jié)構(gòu),尤其是其與血管的關(guān)系,通過重建模型的指導(dǎo),在盡可能保全正常周圍組織的情況下,占位被完整切除,出血量和手術(shù)時間大為減少。結(jié)論:3D可視化技術(shù)可以清晰顯示頸部各種組織、器官的解剖結(jié)構(gòu),通過增強成像,可以明確辨識占位性病變毗鄰的血管;通過重建模型進行術(shù)前規(guī)劃和模擬手術(shù),在盡可能保全正常組織的同時,可減少出血量,提高手術(shù)速度,在腫瘤外科精準(zhǔn)手術(shù)治療方面具有極大的應(yīng)用前景。

三維可視化;精準(zhǔn)手術(shù);神經(jīng)鞘瘤

神經(jīng)鞘瘤起源于神經(jīng)鞘膜細(xì)胞好發(fā)于胸段,其次為頸段和腰骶段,是椎管內(nèi)最為常見的良性腫瘤,目前手術(shù)切除腫瘤是唯一有效的治療手段,手術(shù)治療的原則是在不加重脊髓損傷的前提下盡可能切除腫瘤。頸段神經(jīng)鞘瘤位于頸椎椎管內(nèi),大多起源于一側(cè)感覺神經(jīng)根,呈偏側(cè)生長,常與頸髓、椎動脈、頸神經(jīng)等重要組織關(guān)系密切,血液供應(yīng)豐富,解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜,術(shù)中易造成血管和神經(jīng)損傷以至于術(shù)后有一定的后遺癥,手術(shù)難度極大[1-5]。本研究采用北京維卓致遠(yuǎn)公司開發(fā)的醫(yī)學(xué)圖像三維(three dimensional,3D)可視化系統(tǒng)對1例患者的影像數(shù)據(jù)進行3D建模,術(shù)前認(rèn)真研究腫瘤與椎動脈、脊髓的關(guān)系,制定周密手術(shù)規(guī)劃,術(shù)中完全切除腫瘤并避免暴力損傷椎動脈,取得較好的療效,初步探討3D可視化技術(shù)在脊柱腫瘤精準(zhǔn)手術(shù)中的價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2016年5月在南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院就診的1例右側(cè)頸部腫大患者,男性,52歲,無意觸摸發(fā)現(xiàn)右側(cè)頸部腫大,經(jīng)過多排CT和MR頸部平掃加增強檢查發(fā)現(xiàn)右側(cè)頸椎旁有占位性病變,遂入院。

1.2 儀器設(shè)備

雙源CT(德國西門子 SOMATOM Definition);Siemens Trio Tim 3.0 T型超導(dǎo)型磁共振掃描儀(德國西門子公司);醫(yī)學(xué)圖像3D可視化系統(tǒng)(北京維卓致遠(yuǎn)醫(yī)療科技發(fā)展有限公司)。

1.3 CT及MR影像學(xué)數(shù)據(jù)收集

1.3.1 多排CT頸部平掃加增強檢查

檢查前按照操作流程向患者交代檢查注意事項,去除頸部掃描區(qū)域內(nèi)項鏈等金屬異物,更換病員服?;颊哐雠P于雙源CT(西門子SOMATOM Definition)檢查床上,身體正中矢狀面與床面中線重合,兩外耳孔與床面等距,雙手置于身體兩邊,先行平掃檢查,增強時采用Bolus Tracking追蹤法。運用高壓注射器按照1.2 ml/kg和3.5 ml/s注射歐乃派克,選擇升主動脈某一斷面作為水平監(jiān)控層面,

一旦監(jiān)控層面感興趣區(qū)內(nèi)CT值>100 HU,則自動觸發(fā)掃描。掃描參數(shù):固定管電壓為140 kV,勾選CareDose選項,自動控制管電流來減少mAs,Pitch 0.7,最小準(zhǔn)直寬度0.6 mm。

1.3.2 頸椎3.0 T MR平掃+增強檢查

檢查前按照操作流程向患者交代掃描過程中保持體位不動等注意事項,更換病員服?;颊哐雠P于超導(dǎo)型磁共振掃描儀(Siemens Trio Tim 3.0 T)檢查床上,頭先進入,對頸椎先行平掃矢狀位T1WI,T2WI和軸位T2WI序列,運用高壓注射器按照1.2 ml/kg和2.5 ml/s注射造影劑釓-噴替酸葡甲胺(Gd-DTPA)后行軸位T1WI、矢狀位T1WI、冠狀位T1WI增強掃描。

1.4 計算機3D建模

(1)將獲取的CT及MRI的醫(yī)學(xué)數(shù)字成像及通信(digital imaging and communication of medicine,DICOM)原始數(shù)據(jù)輸入到醫(yī)學(xué)圖像3D可視化系統(tǒng),對感興趣區(qū)域進行邊緣檢測、分割提取、測量、計算生成并導(dǎo)出立體光刻(stereolithography,STL)格式的3D網(wǎng)格模型,其建模流程如圖1所示。

圖1 3D建模流程圖

(2)整個頸部掃描區(qū)域內(nèi)含有頸椎、占位、血管、脊髓等多種密度和信號不同的組織,需要使用不同的顏色進行標(biāo)記區(qū)分,使用多分割蒙版方式創(chuàng)建模型,每種組織對應(yīng)一個分割蒙版。患者的CT和MRI數(shù)據(jù)層厚差異大,需要先重建出3D網(wǎng)格模型再進行配準(zhǔn)。

(3)MR影像中的腫瘤占位邊緣清晰、強化明顯,但層數(shù)少且層厚偏厚,需要手動編輯繪制腫瘤的邊界,而后開啟Interpolation差值工具中的3D模式,3D差值計算出腫瘤的外輪廓。在多方位確認(rèn)腫瘤外形邊界沒有偏差后,確認(rèn)分割結(jié)果,自動生成腫瘤的3D網(wǎng)格并存儲在影像數(shù)據(jù)的子層級中。使用C2、C3椎體作為參照對象對齊MR、CT影像中的3D模型。MR中的頸椎椎體信號較低,使用二維工具(2D Tools)中的手動編輯工具,逐層繪制頸椎椎體的外輪廓線,提交確認(rèn)此分割蒙版,自動生成頸椎的3D模型。脊髓的密度和其他組織差異較小,因此繼續(xù)使用2D Tools下的手動工具創(chuàng)建脊髓,方法同上。

(4)CT影像中的骨骼密度高,顯示清晰,可以直接使用3D Tools下的Threshold閾值工具即可分離出大部分的骨骼,確認(rèn)沒有問題后點擊確認(rèn),即可生成骨骼模型。造影劑強化后的血管,其密度比軟組織高,比骨骼略低,因此可以使用3D Tools下的Threshold閾工具來提取血管,該工具能同時設(shè)置一個最低值和最高值,灰階強度位于設(shè)定值區(qū)間內(nèi)的組織都會被選中。由于血管內(nèi)部造影劑濃度不同,很多細(xì)小的血管無法被準(zhǔn)確選入或者某些密度的松質(zhì)骨會被誤選,需要借助2D Tools下的手動編輯工具對血管進行手工修復(fù),去除多余的骨骼,添加缺失的細(xì)小血管,最終完成整個血管的重建。

2 結(jié)果

2.1 3D模型的建立

使用MR和CT中都重建了的C2、C3椎體來配準(zhǔn)模型,將所有的模型導(dǎo)入到3ds MAX軟件中,將腫瘤和脊髓鏈接為MR中C2、C3椎體的子對象,移動旋轉(zhuǎn)C2、C3椎體,使之對齊至CT中的C2、C3椎體,最終完成3D模型的配準(zhǔn)工作。腫瘤通過椎間孔由椎管內(nèi)向外生長,與脊髓和同側(cè)椎動脈關(guān)系密切,如圖2所示。

2.2 閱讀分析3D模型

利用功能鍵可對已建立的3D模型進行透明、隱藏、放大、縮小、旋轉(zhuǎn)等功能處理,有針對性地對感興趣區(qū)進行分析閱讀,本例經(jīng)過對頸椎椎體和靜脈系統(tǒng)的隱藏去除椎體的遮擋和靜脈的干擾,再通過旋轉(zhuǎn)一定的角度,并顯示腫瘤向內(nèi)側(cè)推壓脊髓而沒有壓迫同側(cè)椎動脈,如圖3所示。

圖2 3D重建模型示圖

圖3 3D模型經(jīng)過旋轉(zhuǎn)和隱藏椎體等操作后顯示圖

2.3 手術(shù)結(jié)果

麻醉成功后,取俯臥位,消毒、鋪巾,取頸后部正中縱行切口10 cm,切開皮膚、皮下組織,沿棘突兩邊骨膜下剝離椎旁肌肉,顯露出部分C1棘突、C2~C4棘突和雙側(cè)側(cè)塊及關(guān)節(jié)突外側(cè)緣,分別植入椎弓根螺釘和側(cè)塊螺釘。行C2椎板下1/2、C3全椎板及右側(cè)關(guān)節(jié)突及C4椎板上緣切除減壓,充分暴露硬脊膜及腫瘤,見腫瘤與硬脊膜及周圍組織粘連嚴(yán)重,難以分離。遂沿腫瘤與硬脊膜交界處縱行切開硬脊膜,橫行切開腫瘤外膜,在硬脊膜下沿腫瘤包膜徹底切除腫瘤,松解脊髓及神經(jīng)根。腫瘤切除后,硬脊膜缺損處予生物膜覆蓋,C2和C4棘突處分別置入合適長度側(cè)塊螺釘,選取合適長度的鈦棒,裝棒,逐一擰緊螺帽。大量生理鹽水沖洗,可吸收明膠海綿止血,切口旁放置引流,逐層縫合。術(shù)中出血約1600 ml,輸紅細(xì)胞8 μ、血漿460 ml,手術(shù)順利,誘發(fā)電位見右上肢波形明顯好轉(zhuǎn)。

3 討論

3.1 3D可視化技術(shù)的價值

近年來,3D可視化技術(shù)中的3D打印技術(shù)已應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,不但應(yīng)用于骨科、頜面整形科,而且肝膽外科也有探索[6-13]。然而,目前鮮有將此技術(shù)應(yīng)用于骨科脊柱神經(jīng)鞘瘤精準(zhǔn)手術(shù)治療方面的報道。骨科脊柱腫瘤方面常用的輔助檢查有X射線片、CT和MRI三種檢查手段均有其各自的特點。X射線片提供信息量有限;CT有較高的診斷價值,但軟組織分辨力低,只能橫斷面掃描,且掃描節(jié)段有限,容易漏診;MRI為目前公認(rèn)的最佳檢查方法,軟組織分辨率高,但對骨質(zhì)不敏感。3D可視化技術(shù)可以將CT和MRI原始DICOM圖像數(shù)據(jù)輸入計算機進行融合成像而重建3D模型。相比于傳統(tǒng)的影像呈現(xiàn)方法,3D可視化技術(shù)重建的頸椎腫瘤模型能夠更直觀地顯示解剖結(jié)構(gòu),克服原始2D圖像無法隨意融合CT及MRI數(shù)據(jù)的缺點,可以同時清晰的呈現(xiàn)軟組織和骨骼等硬組織。由于3D模型可以隨意切換視角進行觀察,方便整個治療團隊觀察和手術(shù)方案討論。此外,對于沒有醫(yī)學(xué)知識背景的患者而言,也更加容易進行術(shù)前溝通和手術(shù)方案展示。本研究中的病例,通過3D可視化技術(shù)重建的模型能在手術(shù)前確定腫瘤的位置、大小以及與周圍血管和脊髓的毗鄰關(guān)系,患者能夠清楚的知曉手術(shù)的潛在風(fēng)險,這對于有效降低醫(yī)患矛盾具有很重要的意義,同時由于解剖空間位置清晰,可以有效的減少手術(shù)所需要的時間。

3.2 3D可視化技術(shù)的不足

3D可視化技術(shù)為醫(yī)學(xué)提供了一種新的影像學(xué)顯示方法和治療手段,但現(xiàn)階段而言,其在骨科脊柱腫瘤的應(yīng)用還存在以下不足:①構(gòu)建分割蒙版過程繁瑣。腫瘤一般與周圍毗鄰的器官、組織關(guān)系緊密,特別是血管,由于這些軟組織組成成分不同,其密度或者信號強弱不等,需要大量的后期人工修補工作,當(dāng)造影劑強化效果比較差時,重建時間會延長且細(xì)小的血管分支往往無法重建;②CT和MRI不同設(shè)備與不同期相的檢查數(shù)據(jù)融合成像建模,數(shù)據(jù)量大,專業(yè)水平要求高,處理時間長,需要有專業(yè)人士認(rèn)真、耐心地進行處理;③CT和MRI的原始DICOM數(shù)據(jù)的獲取至關(guān)重要,如果CT和MRI檢查圖像存在偽影,圖像信噪比低,后期圖像處理建模將非常麻煩。

4 結(jié)語

3D可視化技術(shù)盡管目前還處于起步階段,但隨著數(shù)字醫(yī)學(xué)時代的到來和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展,該技術(shù)在臨床應(yīng)用會有更加廣闊的發(fā)展空間[14-16]。3D可視化技術(shù)在完成手術(shù)評估、手術(shù)方案規(guī)劃以及術(shù)后效果評價等方面,可通過提高手術(shù)質(zhì)量、降低患者痛苦,最終達(dá)到精準(zhǔn)醫(yī)療和個性化治療的目的。

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Precise surgery for cervical vertebra neurilemmoma based on 3D visualization technique:a case report and analysis

SUN Tao, HAN Shan-qing, WANG Jian-wei, et al

Objective:To explore the significance of 3D visualization technique in precise surgery of cervical vertebra neurilemmoma.Methods:To select a male patient who there was swelling on the right side of neck by touch, and he was found a space occupying lesion on his right side of cervical vertebra through multi-slice CT and MR plain scan combined with enhanced examination on neck. And the original digital imaging and communications in medicine (DICOM)of CT and MR were input computer to construct 3D model. And then the operation plan was programmed according to actual situation.Results:The reconstructed model based on 3-dimensional visualization technique can clearly display the anatomical structures of the tissues and organs around space occupying lesion, especially the relationship between them and vessel. Through the guidance of reconstructed model, the space occupying lesion was completely excised and the normal tissues around lesion were retained as far as possible. And the amount of bleeding and operation time were greatly reduced.Conclusion:The 3D visualization technology can clearly show the anatomical structure of various tissues and organs of neck, and the vessel adjacent to space occupying lesion can be clearly identified through enhanced imaging. Through reconstructed model to implement preoperative program and simulated operation can reduce amount of bleeding and increase speed of operation, and the normal tissues can be remained as far as possible. Therefore, it has enormous application prospect on the aspect of precise operative treatment of surgical oncology.

Three dimensional (3D) visualization; Precise surgery; Neurilemmoma

Department of Radiotherapy, The First Affiliated Hospital with Nanjing Medical University, Nanjing 210029, China.

1672-8270(2017)11-0102-04

R-058

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.11.030

孫濤,男,(1978- ),碩士,副主任技師。南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院放射科,研究方向:影像技術(shù)。

江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程資助(JX10231801)“臨床醫(yī)學(xué)”

①南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院放射科 江蘇 南京 210029

②南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院信息中心 江蘇 南京 210029

*通訊作者:chenaiping-123@163.com

China Medical Equipment,2017,14(11):102-105.

2017-05-31

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