3D-slicer软件在高血压脑出血微创穿刺引流术中应用☆

赵健 李晓辉 谢国强

高血压脑出血是神经外科常见的急危重症，有高死亡率，高致残率的特点。目前关于高血压脑出血的治疗方法还存在诸多争议[1]，常规开颅手术多适用于合并脑疝形成的脑出血患者。对于出血量相对较小的高血压脑出血，微创穿刺引流联合尿激酶、重组组织型纤溶酶原激活剂（rt-PA）应用已得到广大学者的认可[2]。相比于开颅手术，微创穿刺引流术对脑内血肿的定位要求更高，需要在CT引导或神经导航，立体定向仪等设备辅助下进行，我们分别采用3D-slicer软件定位方法和简易定位方法对高血压脑出血患者进行血肿体表定位，行经皮锥颅穿刺软通道置管引流术，观察两种定位方法的优缺点，现总结报告如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料病例纳入标准：①患者有明确高血压病史，入院头颅CT确诊为脑出血；②幕上出血量≥30 mL，丘脑血肿≥20 mL；③非常规出血部位行头颈部血管CTA检查排除血管病变；④非脑疝患者；⑤凝血功能正常；⑥家属知情并签字同意。排除标准：①幕下脑干、小脑出血；②不稳定型血肿。回顾性分析陕西省蒲城县医院神经外科自2016年6月至2017年3月收治高血压脑出血患者55例。其中男38例，女17例，年龄40～82岁，平均 66岁；血肿量 20～70 mL，平均 43.8mL；出血部位：基底节区32例，丘脑12例、颞顶叶7例，枕叶4例；血肿破入脑室13例；伴有糖尿病12例，冠心病9例。按定位方法分为3D-slicer组（n=25）和简易定位组（n=30），两组患者在性别、年龄、出血量及病情严重程度方面比较，差异无统计学意义（P＞0.05），具有可比性。

1.2 3D-slicer组定位方法3D-slicer定位组患者根据术前头部CT检查原始DICOM格式数据 （图1），在工作电脑中运行3D-slicer软件，导入DICOM 数据后，依次进行 Editor、Threshold Effect、Threshold Range、Save Island Effect、Make Model Effect等操作，建立血肿、头皮三维模型，应用3D-slicer软件测定血肿量，调整头皮透明度，实现血肿、头皮外形轮廓的三维可视化，设定靶点为血肿中后1/3，并个体化设定穿刺点和穿刺路径（图2），截取图像后导入安卓智能手机，应用安卓手机搭载的图像融合软件Sina，将虚拟三维模型与患者头颅表面标记进行融合匹配，在手机屏幕监视下描画脑内血肿体表投影、穿刺点和穿刺路径（图3）。

图1 头颅CT的DICOM格式数据，层厚1 mm，左侧基底节区血肿，3D-slicer软件测定血肿量40.6 mL

图2 通过3D-slicer制作虚拟三维模型，调节透明度显示左侧位血肿和头皮穿刺路径，靶点为血肿中后1/3，穿刺方向为血肿纵轴

图3 将可视化三维模型截屏后导入手机，利用安卓手机图像融合软件sina功能,三脚架固定手机，将三维模型与患者头皮匹配融合，标记血肿在头皮体表投影及穿刺路径

1.3 简易定位法简易定位组患者根据术前头部CT影像为定位依据，通常选取血肿最大层面中后1/3处为置管靶点，以听眦线为基线，选取血肿长轴距离置管靶点最近的颞部或额部投射点作为穿刺点，结合经验在预设穿刺点粘贴1枚或多枚marker（一次性心电电极）。患者佩戴marker再次进行标准头部CT检查，必要时可调整marker位置多次扫描。于计算机上进行阅片分析，确认穿刺点并进行标记，测量置管靶点距穿刺点处颅骨距离。

1.4 经皮锥颅软通道置管引流术两组患者局麻后用一次性颅锥（直径4 mm或5 mm）穿透头皮、颅骨及硬脑膜，从穿刺点按穿刺路径置入带针芯软通道引流管（对应10号或12号），达预定深度后去除针芯，可见有暗红色陈旧性血液流出后，缝合固定引流管，接无菌引流袋。

图4 术后即刻复查，3D-slicer制作三维模型，测定穿刺靶点与理想靶点距离，评估准确性

图5 引流术后48h复查CT，3D-slicer软件测定血肿残余量 1.2 mL，计算血肿清除率97.1%

1.5 术后治疗两组患者术后复查头颅CT，均应用3D-slicer软件制作术后三维模型（图4），测量穿刺靶点与理想靶点距离，评价穿刺准确性。确认穿刺成功后，于次日引流管内注入注射用尿激酶，每次3～5万单位，每日2次，术后给予常规治疗，引流3d后复查头颅CT（图5），测定残余血肿量。

1.6 评价指标穿刺成功标准：根据术后CT影像，引流管位于血肿腔内，同时在矢状面、轴面和冠状面上距离理想靶点1 cm内者；血肿清除率=（术前血肿量-术后3d血肿量）/术前血肿量×100%。；预后评价指标：预后GOS评分；靶点偏差距离：根据术后CT影像，测量引流管头端实际位置与理想靶点距离；平均住院日和住院费用根据病案首页实际住院日和发生的费用进行统计学计算。

1.7 统计学分析采用SPSS 19.0进行分析，计量资料采用t检验，计数资料采用χ2检验，检验水准α=0.05。

2 结果

2.1 围手术期指标对比见表1。3D-slicer组25例均定位准确，简易定位组26例定位准确，两组间定位准确率比较有统计学意义 （χ2=9.2812,P=0.02）。3D-slicer组血肿清除率 90.8%±2.3%，简易定位组血肿清除率81.3%±3.5%，两组间血肿清除率差异有统计学意义（t=16.97,P=0.03）。

2.2 临床疗效对比55例患者术后均取得随访，其中电话随访17例，门诊随访38例，随访时间3～6个月，平均随访时间为5.3月。根据GOS评分进行预后评价，两组均无死亡病例，其中3D-slicer组：植物生存状态1例，重度残疾3例，轻度残疾12例，恢复良好9例；简易定位组：植物生存状态1例，重度残疾4例，轻度残疾15例，恢复良好10例。两组患者预后评分，差异性没有统计学意义（P=0.89）。而在患者平均住院日、平均住院花费方面，3D-slicer组明显优于简易定位组 （t=4.81，P=0.038；t=2.75，P=0.042）。

3 讨论

高血压脑出血是神经外科常见疾病，微创引流术近年来逐步得到重视。高血压脑出血的脑内血肿部位、形态、血肿量差异较大，穿刺靶点需个体化设置，加之操作空间有限，故相对于常规开颅手术，脑内血肿微创穿刺置管引流术对脑内血肿的定位要求更高。

3D-slicer软件是一个免费开源且功能强大的图像分析处理平台，对计算机硬件要求不高并且支持功能扩展和改进[3]，可广泛应用于医学图像三维可视化、虚拟手术、图像引导、解剖学习等方面。基于高血压脑出血患者入院时头颅CT数据，应用3D-slicer软件对脑内血肿及头皮分别进行三维重建和融合，设计个体化手术路径，截取图片后发送至智能手机。利用手机相机APP的融合图像功能与患者头皮表面解剖标志匹配，使得脑内血肿、穿刺路径呈现体表投影，从而指导血肿穿刺。

表1 两组患者评价指标比较

本研究中，基于3D-slicer组25例高血压脑出血患者入院时头颅CT数据，应用3D-slicer软件进行脑内血肿及头面部皮肤组织三维重建，根据血肿的形态和部位，个体化选择穿刺路径，术前最近1次CT检查至确定体表定位时间为 （19.6±3.1）min，手术时间为（20.5±4.8）min。 因为在常规定位组没有统计耗时，所以没有进行统计学比较，但在临床工作中常规定位组需要粘贴标记物后再次进行CT检查，并有可能调整标记物位置，耗时较长。通过软件定位省时省力，在准确性方面完全可以达到甚至超过常规定位方法。3D-slicer组依据术前三维重建脑内血肿具体形态，个体化设定穿刺路径，均一次性成功穿刺脑内血肿，并经术后头颅CT复查证实，患者穿刺均达靶点位置。与简易定位方法相比较，穿刺成功率高于后者。加之准确的引流管位置便于血肿溶解引流，在血肿清除率方面3D-slicer组亦具有一定的优势。理论上讲，较高的脑内血肿清除率可以大幅度降低因血肿崩解导致的炎性细胞因子释放，减轻神经毒性水肿反应，进而改善患者预后。本研究结果显示，3D-slicer定位组与简易定位在患者预后GOS评分方面无明显差异性，可能与随访时间较短、入组病例数较少及评价指标选择问题有关，其远期结果有待进一步研究探讨。但在平均住院天数及住院花费方面，3D-slicer定位组优势相对比较明显，可在一定程度上减轻了脑出血患者及其家庭的生活负担。

与简易定位法相比，该方法的优势主要体现在：①费用低廉，3D-slicer软件为一免费软件，可在互联网上自由下载及进行模块安装，加之智能手机普及度较高，安卓或苹果智能手机均有免费使用相机融合应用程序，无需额外购置设备及软件；②操作简单，3D-slicer软件对电脑硬件要求不高，应用患者入院时头颅CT数据三维重建脑内血肿、头皮仅需要Editor模块，数分钟内即可完成；③步骤简单，选取头面部解剖标记为参考点进行虚拟图像与患者头皮匹配融合，相比于头皮标志物定位法，省去了再次CT检查，不仅减轻了患者经济负担及患者搬动过程中增加再出血的危险，而且节省了术前准备时间；④术前计划制定，根据高血压脑出血患者的个体化差异，利用3D-slicer软件中的Ruler和Gyroguide模块功能完成详尽术前计划[4]，符合个体化原则；⑤准确性高，3D-slicer软件测量血肿量不受血肿形态和部位的影响，尤其对于形态不规则的脑内血肿，应用3D-slicer软件可以客观描画血肿并三维重建，对血肿体积的计算可重复性高，且精确性明显优于常用的多田公式[5，6]；⑥其他功能：应用 3D-slicer软件三维重建模型可清楚的展示脑内血肿具体形态、位置、血肿量，适合与患者家属术前沟通交流，同时作为教学素材，增加了教学趣味性。应用3D-slicer软件导航下神经内镜经kocher点额中回入路进行微创清除血肿手术，尤其值得没有导航仪的基层医院研究[7]。但应注意的是，应用智能手机相机功能将三维模型与患者头颅匹配时，选好参考点，做到三维融合，减少误差。

总之，基于高血压脑出血患者入院时头颅CT原始数据，应用3D-slicer软件可以制定术前计划，并为经皮锥颅软通道置管引流术提供可靠、准确定位指导，在一定程度上提高了脑内血肿清除率，缩短住院日，降低了住院费用,在基层医院应用前景十分广阔。

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[4]谢国强,师蔚,陈尚军，等.3D-slicer软件在高血压脑出血神经内镜微创手术治疗的应用价值[J].中国微侵袭神经外科杂志,2017,22（3）:109-111.

[5]徐兴华,陈晓雷,张军,等.多田公式计算脑内血肿体积的准确性和可靠性 [J].中国神经精神疾病杂志,2015,41（2）:87-91.

[6]曾文晔，方路平，万铮杰.医学图像处理平台3D-slicer的国际化方法[J].计算机系统应用，2013,22（7）:7-11.

[7]葛新，陈晓雷，孙吉庆，等.简易导航下神经内镜经kocher点额中回入路微创手术治疗丘脑出血破入脑室 [J].中国神经精神疾病杂志，2017，43（3）:176-179.