基于三维可视化技术的颈椎神经鞘瘤精准手术治疗一例报告及分析*

孙 涛 韩善清 王建伟 陈爱萍*

基于三维可视化技术的颈椎神经鞘瘤精准手术治疗一例报告及分析*

孙 涛①韩善清②王建伟①陈爱萍①*

目的：探讨三维(3D)可视化技术在颈椎神经鞘瘤精准手术治疗中的意义。方法：选取1例因触摸发现右侧颈部肿大而在医院就诊的患者，通过多排CT和MR颈部平扫加增强检查发现右侧颈椎旁有占位性病变，将CT和MR的原始医学数字成像及通信(DICOM)数据，输入计算机进行立体3D建模，并根据实际情况规划手术方案。结果：基于3D可视化技术的重建模型可以清晰地显示占位周围的组织、器官的解剖结构，尤其是其与血管的关系，通过重建模型的指导，在尽可能保全正常周围组织的情况下，占位被完整切除，出血量和手术时间大为减少。结论：3D可视化技术可以清晰显示颈部各种组织、器官的解剖结构，通过增强成像，可以明确辨识占位性病变毗邻的血管；通过重建模型进行术前规划和模拟手术，在尽可能保全正常组织的同时，可减少出血量，提高手术速度，在肿瘤外科精准手术治疗方面具有极大的应用前景。

三维可视化；精准手术；神经鞘瘤

神经鞘瘤起源于神经鞘膜细胞好发于胸段，其次为颈段和腰骶段，是椎管内最为常见的良性肿瘤，目前手术切除肿瘤是唯一有效的治疗手段，手术治疗的原则是在不加重脊髓损伤的前提下尽可能切除肿瘤。颈段神经鞘瘤位于颈椎椎管内，大多起源于一侧感觉神经根，呈偏侧生长，常与颈髓、椎动脉、颈神经等重要组织关系密切，血液供应丰富，解剖结构复杂，术中易造成血管和神经损伤以至于术后有一定的后遗症，手术难度极大[1-5]。本研究采用北京维卓致远公司开发的医学图像三维(three dimensional，3D)可视化系统对1例患者的影像数据进行3D建模，术前认真研究肿瘤与椎动脉、脊髓的关系，制定周密手术规划，术中完全切除肿瘤并避免暴力损伤椎动脉，取得较好的疗效，初步探讨3D可视化技术在脊柱肿瘤精准手术中的价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2016年5月在南京医科大学第一附属医院就诊的1例右侧颈部肿大患者，男性，52岁，无意触摸发现右侧颈部肿大，经过多排CT和MR颈部平扫加增强检查发现右侧颈椎旁有占位性病变，遂入院。

1.2 仪器设备

双源CT(德国西门子 SOMATOM Definition)；Siemens Trio Tim 3.0 T型超导型磁共振扫描仪(德国西门子公司)；医学图像3D可视化系统(北京维卓致远医疗科技发展有限公司)。

1.3 CT及MR影像学数据收集

1.3.1 多排CT颈部平扫加增强检查

检查前按照操作流程向患者交代检查注意事项，去除颈部扫描区域内项链等金属异物，更换病员服。患者仰卧于双源CT(西门子SOMATOM Definition)检查床上，身体正中矢状面与床面中线重合，两外耳孔与床面等距，双手置于身体两边，先行平扫检查，增强时采用Bolus Tracking追踪法。运用高压注射器按照1.2 ml/kg和3.5 ml/s注射欧乃派克，选择升主动脉某一断面作为水平监控层面，

一旦监控层面感兴趣区内CT值＞100 HU，则自动触发扫描。扫描参数：固定管电压为140 kV，勾选CareDose选项，自动控制管电流来减少mAs，Pitch 0.7，最小准直宽度0.6 mm。

1.3.2 颈椎3.0 T MR平扫＋增强检查

检查前按照操作流程向患者交代扫描过程中保持体位不动等注意事项，更换病员服。患者仰卧于超导型磁共振扫描仪(Siemens Trio Tim 3.0 T)检查床上，头先进入，对颈椎先行平扫矢状位T1WI，T2WI和轴位T2WI序列，运用高压注射器按照1.2 ml/kg和2.5 ml/s注射造影剂钆-喷替酸葡甲胺(Gd-DTPA)后行轴位T1WI、矢状位T1WI、冠状位T1WI增强扫描。

1.4 计算机3D建模

(1)将获取的CT及MRI的医学数字成像及通信(digital imaging and communication of medicine，DICOM)原始数据输入到医学图像3D可视化系统，对感兴趣区域进行边缘检测、分割提取、测量、计算生成并导出立体光刻(stereolithography，STL)格式的3D网格模型，其建模流程如图1所示。

图1 3D建模流程图

(2)整个颈部扫描区域内含有颈椎、占位、血管、脊髓等多种密度和信号不同的组织，需要使用不同的颜色进行标记区分，使用多分割蒙版方式创建模型，每种组织对应一个分割蒙版。患者的CT和MRI数据层厚差异大，需要先重建出3D网格模型再进行配准。

(3)MR影像中的肿瘤占位边缘清晰、强化明显，但层数少且层厚偏厚，需要手动编辑绘制肿瘤的边界，而后开启Interpolation差值工具中的3D模式，3D差值计算出肿瘤的外轮廓。在多方位确认肿瘤外形边界没有偏差后，确认分割结果，自动生成肿瘤的3D网格并存储在影像数据的子层级中。使用C2、C3椎体作为参照对象对齐MR、CT影像中的3D模型。MR中的颈椎椎体信号较低，使用二维工具(2D Tools)中的手动编辑工具，逐层绘制颈椎椎体的外轮廓线，提交确认此分割蒙版，自动生成颈椎的3D模型。脊髓的密度和其他组织差异较小，因此继续使用2D Tools下的手动工具创建脊髓，方法同上。

(4)CT影像中的骨骼密度高，显示清晰，可以直接使用3D Tools下的Threshold阈值工具即可分离出大部分的骨骼，确认没有问题后点击确认，即可生成骨骼模型。造影剂强化后的血管，其密度比软组织高，比骨骼略低，因此可以使用3D Tools下的Threshold阈工具来提取血管，该工具能同时设置一个最低值和最高值，灰阶强度位于设定值区间内的组织都会被选中。由于血管内部造影剂浓度不同，很多细小的血管无法被准确选入或者某些密度的松质骨会被误选，需要借助2D Tools下的手动编辑工具对血管进行手工修复，去除多余的骨骼，添加缺失的细小血管，最终完成整个血管的重建。

2 结果

2.1 3D模型的建立

使用MR和CT中都重建了的C2、C3椎体来配准模型，将所有的模型导入到3ds MAX软件中，将肿瘤和脊髓链接为MR中C2、C3椎体的子对象，移动旋转C2、C3椎体，使之对齐至CT中的C2、C3椎体，最终完成3D模型的配准工作。肿瘤通过椎间孔由椎管内向外生长，与脊髓和同侧椎动脉关系密切，如图2所示。

2.2 阅读分析3D模型

利用功能键可对已建立的3D模型进行透明、隐藏、放大、缩小、旋转等功能处理，有针对性地对感兴趣区进行分析阅读，本例经过对颈椎椎体和静脉系统的隐藏去除椎体的遮挡和静脉的干扰，再通过旋转一定的角度，并显示肿瘤向内侧推压脊髓而没有压迫同侧椎动脉，如图3所示。

图2 3D重建模型示图

图3 3D模型经过旋转和隐藏椎体等操作后显示图

2.3 手术结果

麻醉成功后，取俯卧位，消毒、铺巾，取颈后部正中纵行切口10 cm，切开皮肤、皮下组织，沿棘突两边骨膜下剥离椎旁肌肉，显露出部分C1棘突、C2～C4棘突和双侧侧块及关节突外侧缘，分别植入椎弓根螺钉和侧块螺钉。行C2椎板下1/2、C3全椎板及右侧关节突及C4椎板上缘切除减压，充分暴露硬脊膜及肿瘤，见肿瘤与硬脊膜及周围组织粘连严重，难以分离。遂沿肿瘤与硬脊膜交界处纵行切开硬脊膜，横行切开肿瘤外膜，在硬脊膜下沿肿瘤包膜彻底切除肿瘤，松解脊髓及神经根。肿瘤切除后，硬脊膜缺损处予生物膜覆盖，C2和C4棘突处分别置入合适长度侧块螺钉，选取合适长度的钛棒，装棒，逐一拧紧螺帽。大量生理盐水冲洗，可吸收明胶海绵止血，切口旁放置引流，逐层缝合。术中出血约1600 ml，输红细胞8 μ、血浆460 ml，手术顺利，诱发电位见右上肢波形明显好转。

3 讨论

3.1 3D可视化技术的价值

近年来，3D可视化技术中的3D打印技术已应用于医学领域，不但应用于骨科、颌面整形科，而且肝胆外科也有探索[6-13]。然而，目前鲜有将此技术应用于骨科脊柱神经鞘瘤精准手术治疗方面的报道。骨科脊柱肿瘤方面常用的辅助检查有X射线片、CT和MRI三种检查手段均有其各自的特点。X射线片提供信息量有限；CT有较高的诊断价值，但软组织分辨力低，只能横断面扫描，且扫描节段有限，容易漏诊；MRI为目前公认的最佳检查方法，软组织分辨率高，但对骨质不敏感。3D可视化技术可以将CT和MRI原始DICOM图像数据输入计算机进行融合成像而重建3D模型。相比于传统的影像呈现方法，3D可视化技术重建的颈椎肿瘤模型能够更直观地显示解剖结构，克服原始2D图像无法随意融合CT及MRI数据的缺点，可以同时清晰的呈现软组织和骨骼等硬组织。由于3D模型可以随意切换视角进行观察，方便整个治疗团队观察和手术方案讨论。此外，对于没有医学知识背景的患者而言，也更加容易进行术前沟通和手术方案展示。本研究中的病例，通过3D可视化技术重建的模型能在手术前确定肿瘤的位置、大小以及与周围血管和脊髓的毗邻关系，患者能够清楚的知晓手术的潜在风险，这对于有效降低医患矛盾具有很重要的意义，同时由于解剖空间位置清晰，可以有效的减少手术所需要的时间。

3.2 3D可视化技术的不足

3D可视化技术为医学提供了一种新的影像学显示方法和治疗手段，但现阶段而言，其在骨科脊柱肿瘤的应用还存在以下不足：①构建分割蒙版过程繁琐。肿瘤一般与周围毗邻的器官、组织关系紧密，特别是血管，由于这些软组织组成成分不同，其密度或者信号强弱不等，需要大量的后期人工修补工作，当造影剂强化效果比较差时，重建时间会延长且细小的血管分支往往无法重建；②CT和MRI不同设备与不同期相的检查数据融合成像建模，数据量大，专业水平要求高，处理时间长，需要有专业人士认真、耐心地进行处理；③CT和MRI的原始DICOM数据的获取至关重要，如果CT和MRI检查图像存在伪影，图像信噪比低，后期图像处理建模将非常麻烦。

4 结语

3D可视化技术尽管目前还处于起步阶段，但随着数字医学时代的到来和相关技术的发展，该技术在临床应用会有更加广阔的发展空间[14-16]。3D可视化技术在完成手术评估、手术方案规划以及术后效果评价等方面，可通过提高手术质量、降低患者痛苦，最终达到精准医疗和个性化治疗的目的。

[1]苏旭明，张学新，刘海英.半椎板切除在上颈段椎管内神经鞘瘤手术中的应用[J].中国临床神经外科杂志，2017(3)：145-148.

[2]李高飞，薛旭凯，江建明.外科治疗颈椎椎管内肿瘤方法及临床疗效[J].分子影像学杂志，2017，40(1)：1-5.

[3]顾威庭，成侃，赵卫国.颈椎髓内神经鞘瘤1例并文献复习[J].临床神经外科杂志，2016，13(4)：319-320.

[4]林斌，郑勇，赵忠胜，等.后路椎板切除、椎弓根内固定治疗上颈椎哑铃形肿瘤[J].临床骨科杂志，2016，19(6)：654-656.

[5]赵国，宋晓斌，沈勇，等.颈椎解剖学重建在颈椎椎管内肿瘤切除中的临床应用[J].临床神经外科杂志，2015，12(5)：354-357.

[6]冒锋涌，姚庆强，郑朋飞，等.3D打印骨折模型在股骨转子间骨折治疗中的应用[J].中华创伤骨科杂志，2016，18(8)：725-728.

[7]林海滨，张国栋，陈宣煌，等.3D打印导航模块辅助腰椎弓根螺钉数字化置入的实验精度[J].解剖学杂志，2016，39(4)：459-464.

[8]邱雪，吴荷玉.3D打印结合数字化技术在数字骨科医学发展中的应用配合[J].护理研究，2015(30)：3839-3840.

[9]马立敏，张余，周烨，等.3D打印技术在股骨远端骨肿瘤的应用[J].中国数字医学，2013(8)：70-72.

[10]郑朋飞，唐凯，王黎明，等.3D打印个体化手术导航模板在儿童股骨颈骨折中的应用[J].中华实用儿科临床杂志，2016，31(11)：863-866.

[11]方驰华，方兆山，范应方，等.三维可视化、3D打印及3D腹腔镜在肝肿瘤外科诊治中的应用[J].南方医科大学学报，2015(5)：639-645.

[12]钟世镇，方驰华.三维打印技术的临床应用[J].中华外科杂志，2016，54(9)：658-660.

[13]范应方，方驰华，项楠，等.数字化微创技术在肝胆管结石诊治中的应用价值[J].中国普外基础与临床杂志，2011，18(7)：688-693.

[14]马阿敏.脑部MRI图像分割及其三维可视化[D].广州：华南理工大学，2014.

[15]项楠.胰头和壶腹周围肿瘤三维可视化诊治平合构建及临床应用研究[D].广州：南方医科大学，2016.

[16]徐扬.数字三维心脏模型可视化的交互设计与实现[D].北京：北京工业大学，2016.

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

孙涛,男,(1978- ),硕士，副主任技师。南京医科大学第一附属医院放射科，研究方向：影像技术。

江苏高校优势学科建设工程资助(JX10231801)“临床医学”

①南京医科大学第一附属医院放射科 江苏 南京 210029

②南京医科大学第一附属医院信息中心 江苏 南京 210029

*通讯作者：chenaiping-123@163.com

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

2017-05-31