多模态影像融合技术联合3D打印技术在经蝶垂体腺瘤切除术中的应用

陈忠仪,洪文瑶,廖正俭,郑诗豪,黄绳跃,刘宇清

(福建省立医院神经外科、福建医科大学省立临床医学院,福州350001)

垂体腺瘤是常见的颅内良性肿瘤之一,经单鼻孔蝶窦入路切除垂体腺瘤,具有创伤小、恢复快等特点,已成为目前治疗垂体腺瘤的常规的术式[1]。由于鞍区毗邻解剖结构十分复杂,如颈内动脉、视神经、海绵窦、前颅底、下丘脑、斜坡等均与鞍区结构关系密切[2-3]。经蝶手术虽然创伤小,但对于手术入路有着极高的要求,如果手术路径发生偏差,存在极大的风险,甚至可能危及患者的生命。因此,正确的手术入路对于经蝶垂体瘤切除术成功的实施显得格外重要[4]。为此,本研究探讨多模态影像融合技术联合3D打印技术在经蝶垂体腺瘤手术中的应用价值。

1 对象与方法

1.1 研究对象

选择2015年6月—2016年9月福建省立医院收治的垂体腺瘤患者5例,男3例,女2例,年龄25～76(45.5±3.1)岁。临床表现为头痛、视力下降、视野缩小及月经紊乱、泌乳2例,性功能减退1例,肢端肥大1例,肥胖1例。泌乳素腺瘤2例,生长激素腺瘤1例,促肾上腺皮质激素腺瘤2例。大腺瘤(直径1～4 c m)3例,巨大腺瘤(直径＞4 c m)2例。

1.2 研究方法

1.2.1 术前手术方案的设计

应用多模态影像融合技术将CT、MRI图像融合,获得关于肿瘤及其毗邻神经血管结构的关系、蝶窦的发育、破坏及肿瘤对鞍底骨质影响情况的信息。在co mmunication system(PACS)系统中以DICOM格式输出,并在计算机上将患者二维DICOM原始数据导入Mi mics统计软件中,采用动态自适应区域生长的分割方法,根据颅骨、血管和脑膜瘤灰度值差异,取不同的I值分割出目标区域的图像,提取完整的组织结构,重建三维虚拟模型。对整体颅脑三维虚拟模型进行优化处理,剔除无关的组织结构,以简化模型。同时,获取用于手术规划的信息数据,并根据CT原始坐标系,将颅骨、血管和脑膜瘤等组织结构装配融合,获得同一坐标系下各组织结构的三维可视化复合虚拟模型,以直观地显示垂体腺瘤的部位、大小、周边和内部血管的关系。再应用3D打印技术,将三维可视化复合虚拟模型以Surface Tesselation Language(STL)格式导入快速成型机前处理软件,采用光固化成型技术,将三维可视化复合虚拟模型实体化,制作出与实际大小一致的实体解剖模型,即为设计的手术方案。

1.2.2 手术方法

对5例患者行经蝶垂体腺瘤切除术。患者取仰卧位,头垂15°。采用气管插管、全身麻醉。麻醉后,常规消毒、铺巾,Har dy氏撑开器放入右侧鼻腔,见右侧蝶筛隐窝和蝶窦开口,电凝鼻黏膜,锐性切开长约1.5 c m,神经剥离子扒开黏膜,撑开器将鼻中隔推向左侧,固定撑开器,并沿中线咬除蝶窦前壁骨质,进入蝶窦,电凝切口蝶窦后壁黏膜。磨钻磨开鞍底骨质,咬骨钳扩大骨窗,穿刺肿瘤,未抽出液体。然后,电凝后“十字”切口硬膜,可见肿瘤组织,肿瘤刮勺和肿瘤钳分块除肿瘤组织。见鞍隔塌陷满意,并无明显的可切除肿瘤组织后,显微镜下彻底压迫止血,以人工脑膜封闭鞍底,鞍底重建,鼻腔放置止血膨胀海绵,术毕。

2 结果

5例患者术前均构建出三维可视化复合虚拟模型(封四图1)。3D技术打印出垂体腺瘤实体模型,其可清晰地显示肿瘤与颅骨、蝶窦、鞍底及鞍底硬膜、颈内动脉、海绵窦的关系(封四图2)。

5例患者术后均顺利出院,均无手术死亡,无术后颅内感染、出血及脑脊液漏。术后一过性尿崩1例,伴有电解质紊乱1例,均经对症治疗后恢复正常。1例术后垂体功能低下,给予长期激素替代治疗。术前视力下降的3例,术后均有改善。5例患者均获随访,随访时间3～18个月,肿瘤均无复发。

3 讨论

经蝶垂体腺瘤切除术已成为目前治疗垂体腺瘤的常规方法,较传统的开颅切除术治疗垂体腺瘤的术后并发症和复发率均明显降低[4]。然而,蝶窦和鞍底的准确定位是影响该术式手术时间长短和安全性的主要因素。传统的定位方法主要依靠解剖标志和术者的经验,对于蝶窦气化不良、蝶窦内分割过多、鞍底扁平或二次手术导致解剖结构紊乱的患者,会使手术变得非常困难,风险明显增大。

多模态影像融合技术是将同一对象在不同成像机制下得到的多幅图像进行空间配准和叠加,其优点在于克服了单一影像模式的局限性,从而获得更为准确、全面、严谨及更具细节的影像学信息,达到优势互补、综合利用的目的[5]。多模态影像融合神经导航系统是当今神经外科技术进一步向常规手术精确化、开放手术微创化、复杂手术简单化的技术手段,其多源影像数据叠加技术,可以同时对CT、CTA、MR-Tl、MR-T2、MRA、f MRI及PET、脑磁图等任意两种以上影像数据进行自动和手动融合[6]。近年来,在经蝶垂体腺瘤手术中的应用多模影像融合技术已开始渐渐引起人们的关注[7-8]。MRI是目前垂体病变的首选影像学检查方法,MRI对软组织和神经结构分辨率高,能准确显示垂体内病变形态、大小、位置、血供和确定肿瘤与鞍旁软组织结构的关系,但对骨性结构显示欠佳[9]。CT成像的优势是能提供骨结构和钙化的详细影像,在经蝶手术中能很好地显示骨性标志,更好地定位蝶窦前壁和鞍底以及明确骨质受破坏程度,但对垂体及肿瘤不能精确显示[10]。影像融合技术可以将CT和MRI图像融合在一起,实现影像信息的优化和互补,并可根据术者的要求调配两者的对比度来客观显示病灶与周边组织结构的位置关系[11],实时引导手术进程,为手术的准确性和安全性提供保障[12]。

3D打印技术是快速成型技术之一,20世纪80年代首先应用于工程领域,其利用分割成层状的重建三维可视化模型,行逐层堆积成实体模型,是使用三维数据制造实体模型的一种行之有效的方法。经过30多年的发展,3D打印技术现已在医学模型制造、个性化医疗器械制作、人工组织器官替代品制作等医学领域中逐步应用。目前,国际上利用3D打印技术制造医学模型的研究及应用主要在颌面外科、口腔科、骨科等领域,并已初步取得了良好的效果[13]。然而,在神经外科领域中3D打印技术也逐渐应用[14-17],但采用多模态影像融合3D打印技术重建的垂体腺瘤实体模型并应用于临床手术指导少见报道。

本研究中,5例患者均采用多模态影像融合3D打印技术,成功构建垂体腺瘤实体模型,可清晰地显示肿瘤与鞍底颅骨、垂体、海绵窦及周边血管的关系。5例患者术后均顺利出院,均无手术死亡,无术后颅内感染、出血及脑脊液漏,提示通过实体解剖模型可以帮助术者在最短的时间内选择正确的路径找到蝶窦开口和鞍底,并可减少在术中对周围重要神经、血管结构的损伤,同时能够准确确定鞍底及骨窗位置,保证手术入路的正确方向,从而缩短手术时间,提高肿瘤切除率,减少术后并发症。