張彧，吳安華，韓帥，高偉，管格非，于杰夫

（中國醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院神經(jīng)外科，沈陽 110001）

垂體瘤是常見的神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤，占中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤的10%～15%［1］。該疾病一般需要手術(shù)治療，常見的手術(shù)方法包括開顱手術(shù)和經(jīng)蝶手術(shù)［2］。隨著內(nèi)鏡技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)蝶竇入路神經(jīng)內(nèi)鏡手術(shù)已經(jīng)成為治療垂體瘤的首選方案［3］。而手術(shù)效果及手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)與腫瘤的大小、發(fā)展方向及質(zhì)地緊密相關(guān)，大多數(shù)垂體瘤質(zhì)地較軟，經(jīng)典的單鼻孔經(jīng)蝶手術(shù)可以實(shí)現(xiàn)完全切除，但仍有少部分質(zhì)地較韌的垂體瘤難以獲得滿意的切除。由此可見，垂體瘤質(zhì)地術(shù)前預(yù)測對于手術(shù)入路的選擇，手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的評估及手術(shù)效果的預(yù)期有重要意義。本研究試圖應(yīng)用Mimics軟件獲得垂體瘤術(shù)前磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）重建模型，根據(jù)增強(qiáng)效應(yīng)強(qiáng)弱將重建模型分為不同部分，并測量每一部分的體積與表面積，分析其與腫瘤質(zhì)地的關(guān)系，為手術(shù)入路的選擇和手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的評估提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 一般資料

選取2015年1月至2018年7月于中國醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院神經(jīng)外科行經(jīng)蝶入路神經(jīng)內(nèi)鏡手術(shù)的垂體大腺瘤 （腫瘤直徑>1 cm） 及巨大腺瘤 （腫瘤直徑>3 cm） 患者70例。其中，男33例，女37例，平均年齡 （50.11±12.21） 歲。臨床表現(xiàn)主要包括內(nèi)分泌功能異常 （如肢端肥大、庫欣綜合征、閉經(jīng)、泌乳、性功能減退等），視野缺損，視力下降，頭痛，惡心和嘔吐等。所有納入研究的患者術(shù)前均行增強(qiáng)磁共振檢查并具有完整的臨床資料。由于腫瘤卒中和囊性變可導(dǎo)致MRI信號的改變，所以將出現(xiàn)腫瘤卒中和囊性變的病例予以排除。

MR掃描應(yīng)用西門子3.0 T超導(dǎo)磁共振Magnetom Verio，并應(yīng)用釓噴酸葡胺 （德國Bayer Schering Pharma AG） 作為造影劑。所用PC機(jī)主要配置為CPU：Core i5-5250U；內(nèi)存：8 GB；硬盤：121 GB；操作系統(tǒng)：Microsoft Windows 10 Enterprise。應(yīng)用Mimics 19.0軟件進(jìn)行圖像重建。

1.2 腫瘤質(zhì)地判斷標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)Mahmoud分級法［4］，依術(shù)中所見將腫瘤質(zhì)地分為3級。質(zhì)地軟：切開硬膜后，瘤體組織可自行涌出，用吸引器較容易吸除腫瘤，不需或較少需要借助刮匙刮除；質(zhì)地中等：瘤體組織不能夠自行涌出，借助刮匙可以刮除；質(zhì)地韌：刮匙刮除困難，用取瘤鉗取瘤有明顯牽拉感，常需電凝及銳器的配合才能切除腫瘤。

1.3 垂體瘤三維重建

（1） 圖像導(dǎo)入：將DICOM格式的鞍區(qū)增強(qiáng)磁共振源文件導(dǎo)入Mimics19.0軟件，選取矢狀位增強(qiáng)像，調(diào)整圖像方向、大小，自動(dòng)生成橫斷面及冠狀面圖像。 （2） 圖像分割：在項(xiàng)目管理器“Masks”標(biāo)簽下點(diǎn)擊新建蒙版，從分割功能區(qū)中選擇蒙版編輯工具，筆尖形狀選擇磁性套索，設(shè)定梯度幅值為0.5、吸引強(qiáng)度為0，選擇繪制模式，應(yīng)用磁性套索工具在矢狀面圖像中對感興趣的腫瘤區(qū)域逐層進(jìn)行圖像分割，利用蒙版編輯工具對分割結(jié)果進(jìn)行細(xì)微調(diào)整。（3） 圖像重建：從分割功能區(qū)中選擇計(jì)算三維模型工具，選擇分割圖像所在蒙版，圖像質(zhì)量選擇高，進(jìn)行圖像三維重建。 （4） 3D模型優(yōu)化：首先從3D工具區(qū)中選擇光順工具，設(shè)定迭代次數(shù)為5、光順系數(shù)為0.6，進(jìn)行3D重建模型光順；然后從3D工具區(qū)中選擇三角形縮減工具，設(shè)定縮減模式為Edge，設(shè)定容許度為0.05、邊緣角度為15、迭代次數(shù)為10，進(jìn)行三角面片縮減；最后從3D工具區(qū)中選擇包裹工具，設(shè)定最小細(xì)節(jié)為1.5、間隙閉合距離為2，進(jìn)行模型包裹。最后對所建立的腫瘤3D模型進(jìn)行觀察和測量。

1.4 閾值測算及驗(yàn)證

隨機(jī)抽取30例垂體瘤患者進(jìn)行分割閾值的測算。應(yīng)用Mimics軟件對腫瘤區(qū)域進(jìn)行勾畫，根據(jù)增強(qiáng)效應(yīng)強(qiáng)弱將腫瘤區(qū)域分為明顯強(qiáng)化、中度強(qiáng)化、輕度強(qiáng)化3個(gè)部分，分別勾畫蒙版并進(jìn)行三維模型重建，記錄各部分的閾值分布，并計(jì)算各部分體積、表面積占總體體積和表面積的比例。計(jì)算分割閾值的平均數(shù)。

按照所計(jì)算出的平均閾值再次對此30例患者M(jìn)RI圖像的腫瘤區(qū)域進(jìn)行分割，計(jì)算各部分體積和表面積占整體的比例，對比手動(dòng)分割結(jié)果及平均閾值分割結(jié)果，以驗(yàn)證平均閾值的準(zhǔn)確性。

1.5 腫瘤質(zhì)地預(yù)測及相關(guān)因素分析

應(yīng)用計(jì)算得到的分割閾值對全部70例患者術(shù)前磁共振影像進(jìn)行圖像分割，計(jì)算各分割區(qū)域體積和表面積占整體的比例，將所計(jì)算比例作為自變量，術(shù)中所見腫瘤質(zhì)地作為因變量進(jìn)行單因素分析及多因素logistics回歸分析。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 22.0對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)量資料采用±s形式表示，采用配對t檢驗(yàn)，計(jì)數(shù)資料采用χ2檢驗(yàn)或Fisher確切概率分析。使用單因素方差分析檢驗(yàn)各連續(xù)性變量的組間差異，對于P < 0.05的變量再行有序logistic回歸分析。檢驗(yàn)顯著性水準(zhǔn)α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 研究對象的臨床特征

該70例患者手術(shù)方式的選擇主要根據(jù)腫瘤大小，侵襲范圍及術(shù)者習(xí)慣等因素綜合考慮確定。單鼻孔手術(shù)患者資料中質(zhì)地較軟的比例較雙鼻孔手術(shù)患者高，垂體腺瘤體積在一定程度上更小。在術(shù)后并發(fā)癥方面，單鼻孔手術(shù)組術(shù)后發(fā)熱、離子紊亂和垂體低功的發(fā)生率低于雙鼻孔手術(shù)組，但術(shù)后尿崩的發(fā)生率較高。見表1。

2.2 垂體瘤三維重建結(jié)果

表1 單鼻孔手術(shù)及雙鼻孔手術(shù)患者臨床特征Tab.1 Clinical characteristics of patients undergoing single nostril surgery and double nostril surgery

應(yīng)用垂體瘤患者鞍區(qū)增強(qiáng)MRI掃描數(shù)據(jù)，使用Mimics軟件中的輪廓線工具，分別對各分割區(qū)域進(jìn)行閾值測量，得到雙側(cè)閾值的平均數(shù)分別為458.3±17.9和629.2±18.2，遂選取458及629作為分割閾值。通過磁性套索蒙版編輯法及閾值分割法，分別得到垂體腺瘤及各分割區(qū)域三維模型 （圖1）。對比手動(dòng)分割法及閾值分割法得到的各部分比例，2組無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異 （P > 0.05），證明應(yīng)用所求得的平均閾值可以準(zhǔn)確分割圖像。重建模型結(jié)構(gòu)完整，輪廓清晰，與MRI圖像中腫瘤范圍一致，實(shí)現(xiàn)了垂體腺瘤的三維可視化。

2.3 各部分比例與腫瘤質(zhì)地的單因素分析

圖1 Mimics中重建垂體腺瘤三維模型Fig.1 Pituitary adenoma 3-dimensionally reconstructed by Mimics software

分別測量腫瘤整體及各分割區(qū)域的體積和表面積，計(jì)算各部分占總體的比例，定義各自變量分別為：輕度強(qiáng)化部分的體積占整體體積的比例為自變量1，明顯強(qiáng)化部分的體積占整體體積的比例為自變量2，輕度強(qiáng)化部分的表面積與整體表面積的比值為自變量3，中度強(qiáng)化部分的表面積與整體表面積的比值為自變量4，明顯強(qiáng)化部分的表面積與整體表面積的比值為自變量5。按腫瘤質(zhì)地對患者進(jìn)行分組，比較各自變量的組間差異，見表2。所有自變量在各組間均存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異 （P < 0.01）。

表2 各分割區(qū)域體積、表面積與整體體積、表面積的比值和垂體瘤質(zhì)地的關(guān)系Tab.2 Relationship between the ratio of each signal part and the texture of pituitary adenoma

2.4 各部分比例的有序多因素logistics回歸分析

將各組間有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的自變量納入有序logistics回歸分析。其中自變量1、自變量3、自變量5雖在各分組間存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，但納入有序logistics回歸分析后，P均>0.05，提示以上自變量與垂體瘤質(zhì)地?zé)o明顯相關(guān)性，見表3。自變量2行有序logistics回歸分析后P = 0.007 （<0.05），提示明顯強(qiáng)化部分的體積占腫瘤整體體積的比例與垂體瘤質(zhì)地相關(guān)，OR>1，說明其比例越高，垂體瘤的質(zhì)地越韌。自變量4中P = 0.049 （<0.05），提示中度強(qiáng)化部分的表面積與腫瘤整體表面積的比值與垂體瘤質(zhì)地相關(guān)，OR >1，說明其比例越高，垂體瘤的質(zhì)地越韌。

3 討論

垂體瘤起源于垂體前葉的腺垂體［1］。由于其引發(fā)的激素分泌異常［5］，占位效應(yīng)等可導(dǎo)致嚴(yán)重的臨床癥狀，常會(huì)影響患者的生長發(fā)育和生活質(zhì)量［6］。目前，除泌乳素型垂體瘤可用多巴胺激動(dòng)劑治療以外［7-8］，其他類型垂體瘤的治療仍以手術(shù)治療為主。手術(shù)目的不僅在于腫瘤的徹底切除，還要求盡量保留正常垂體組織。隨著神經(jīng)內(nèi)鏡技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)蝶手術(shù)逐漸取代開顱手術(shù)，成為手術(shù)治療垂體瘤的首選方案［3，9］。而手術(shù)方案的選擇取決于垂體瘤的質(zhì)地、大小和侵襲范圍等因素。

表3 各部分比例的有序logistic回歸分析Tab.3 Ordinal polytomous logistics regression analysis of the ratio of each signal part

其中，垂體瘤質(zhì)地是手術(shù)方案選擇的重要影響因素。對于質(zhì)地較軟的垂體瘤，單鼻孔神經(jīng)內(nèi)鏡經(jīng)蝶手術(shù)較為適宜。對于質(zhì)地較韌的腫瘤，以雙鼻孔擴(kuò)大經(jīng)蝶神經(jīng)內(nèi)鏡手術(shù)為宜，而瘤體較大且質(zhì)地較韌者則以開顱手術(shù)或經(jīng)額下蝶聯(lián)合入路切除為宜。目前對于腫瘤質(zhì)地的評估方法主要有以下幾種：（1） 術(shù)前MRI T2WI上瘤體與白質(zhì)的信號比越低，質(zhì)地越韌［10］；（2） 瘤體膠原蛋白含量越高腫瘤質(zhì)地越韌［11］；（3） 高功能腺瘤質(zhì)地較軟，無功能者質(zhì)地較硬。本研究通過對垂體瘤術(shù)前MRI影像上的不同信號區(qū)域進(jìn)行三維重建，以各部分所占比例評估腫瘤質(zhì)地。

增強(qiáng)MRI掃描有助于垂體瘤的診斷［12］，雖然增強(qiáng)效應(yīng)主要與瘤組織供血是否豐富有關(guān)，但增強(qiáng)掃描的優(yōu)勢在于對瘤組織邊界的分辨更為清晰準(zhǔn)確，且有少部分研究［13］指出，T1增強(qiáng)成像有預(yù)測垂體腺瘤質(zhì)地的價(jià)值。應(yīng)用軟件對二維圖像進(jìn)行重建操作解決了腫瘤可視化的問題［14］。Mimics軟件是比利時(shí)Materialise公司開發(fā)的交互式醫(yī)學(xué)影像控制系統(tǒng)［15］，可將磁共振二維影像重建成三維模型，并為研究者提供了多種測量工具以供不同類型的研究需要［16-17］。此前，Mimics多用于CT圖像上骨骼部分的重建［18］，在腫瘤領(lǐng)域應(yīng)用較少，本研究通過不同分割工具的使用準(zhǔn)確勾畫了腫瘤邊緣，為腫瘤的三維建模提供了新方法。

本研究中，對70例患者的研究結(jié)果表明，垂體瘤質(zhì)地與明顯強(qiáng)化部分的體積所占的比例及中度強(qiáng)化部分的表面積與整體表面積的比值正相關(guān) （P <0.05）。

綜上所述，MRI影像三維重建可作為腫瘤可視化的一個(gè)新方式，本研究所建立的預(yù)測模型可幫助臨床醫(yī)生判斷垂體瘤質(zhì)地。