3D Slicer软件评估脑积水术后早期疗效的价值

张 逵 罗 波 唐 辉 谢国强

脑脊液分泌过多、循环受阻或吸收障碍可导致脑积水。诊断脑积水通常依据临床表现、影像学特征、颅内压、脑脊液检验等进行综合判断，其中脑室系统扩大是重要影像学征象[1]，最常使用侧脑室额角宽度（frontal horn width，FHW）观察脑积水病情变化以及评价疗效，但其在术后早期具有局限性[2，3]。我们使用免费和开源的3D Slicer软件三维重建侧脑室，判断手术有效性，取得较好效果。

1 资料与方法

1.1 一般资料 纳入标准：①临床资料完整；②符合《中国脑积水规范化治疗专家共识2013版》脑积水诊断标准[1]；③Evan指数（两侧额角最大宽度/同一层面最大双顶径）＞0.33 ；④获医院伦理委员会批准，3D Slicer分析不收取费用。排除标准：①未接受颅脑手术；②治疗时间不足7 d或CT资料不完整；③CT影像有伪影或模糊感；④中途退出/转院，或不合作。

2017年1月至2020年10月前瞻性收集符合标准的脑积水共80例，其中男34例，女46例；年龄18～84岁，平均（48.4 ±11.6 ）岁。自发性蛛网膜下腔出血致交通性脑积水42例，脑室肿瘤或脑室旁肿瘤致梗阻性脑积水15例，颅脑损伤致交通性脑积水11例，颅内感染致交通性脑积水6例，中脑导水管狭窄致梗阻性脑积水4例，病因不明2例。脑室-腹腔分流术58例，脑肿瘤切除术9例，脑肿瘤切除+侧脑室外引流术4例，脑肿瘤保守治疗+侧脑室-腹腔分流术2例，神经内镜下第三脑室底造瘘术5例，临时侧脑室外引流术2例。

1.2 CT检查方法 采用Siemens Somatom双源CT扫描机，扫描范围包括自基线OM线向上至整个颅脑，层距1 mm，层厚1 mm，连续扫描。每例选取不同时间段3次CT数据，分别为术前及术后1、7 d。由2位经验丰富的神经外科医师在同一台电脑上操作测量，独立计算，取2名医师的平均值。

1.3 3D Slicer软件应用 登录https://www.slicer.org，下载并安装3D Slicer软件，版本号4.1 0.2 ，电脑要求64位Windows操作系统，内存至少8 G。通过院内医学影像存档与通信系统（picture archiving and communication system，PACS）将头颅CT薄层扫描数据以DICOM格式导入3D Slicer软件。用软件的“Pain Effect”法计算，依次点击Volumes→CT brain→Editor→Pain Effect→Threshold Paint→Threshold（-19/19）→Sphere，用鼠标描摹出侧脑室（图1），→Erase Label→Make Model Effect→Apply→Models→Scene→Information，即在窗口呈现侧脑室精确体积（图2）。

图1 3D Slicer“Pain Effect”描画不同层面侧脑室

图2 3D Slicer在视窗左侧Volume栏显示257803.32 mm3

1.4 CT测量 采用临床最常用的二维测定法，将头颅CT扫描原始数据，通过PACS传输至工作电脑，在CT机厂家提供的配套阅片软件上调出图像，选取侧脑室额角距离最大层面，点击距离测量键，测出FHW（图3）。

图3 CT测量侧脑室额角最大宽度及3D Slicer软件手动修正侧脑室的边界

1.5 统计学方法 采用SPSS 19.0 软件分析；计量资料用±s表示，应用单因素方差分析；以P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

术前侧脑室体积为（76.86 ±25.25 ）ml，术后1 d为（52.86 ±17.28 ）ml，术后7 d为（37.86 ±16.31 ）ml；术后1、7 d侧脑室体积明显缩小（P＜0.05 ）。术前FHW为（5.59 ±1.02 ）cm，术后1 d为（5.35 ±0.81 ）cm，术后7 d为（4.76 ±0.66 ）cm；术后1 d的FHW无明显变化（P＞0.05 ），术后7 d的FHW明显减小（P＜0.05 ）。

3 讨论

侧脑室形态变化，临床可采用头部CT、MRI、B超检查进行判断[4]，CT检查因其简便、快捷、机器普及，能满足临床大多数时候需要，最为常用。过去，线性指标通常用于确定脑室的大小，例如Evan's指数、FHW、Hackman值、侧脑室指数和额枕角比率等[5，6]。额角位置相对固定，变异较颞角、枕角少，即使脑积水CT表现脑室周围低密度，额角出现“戴帽”现象，但是该处脉络丛组织较侧脑室三角区少，额角区域基底核等灰质团块少，在无严重脑软化灶的病理情况下仍可显示清晰侧脑室壁，便于测量选点。二维CT测量法因其对技术要求相对更低，操作快捷、简单，在临床被普遍应用。CT测量法有着自身的缺陷，用某一层面的二维图像去精确分析三维结构显然是不准确的。CT测量法主观性较强，导致不同医生之间的测量结果差异较大。这些线性指标不能直接反映侧脑室体积，使用线性指标诊断脑积水存在较大局限性，例如，额角附近的颅内肿瘤、血肿清除手术后，额角附近脑水肿加重，可出现FHW变小，但因为病灶占位解除，侧脑室体部、颞角等区域受压情况减轻，侧脑室体积值可变大。

3D Slicer软件利用头颅CT扫描原始DICOM格式数据，对脑组织各个结构进行三维重建，可从横断面、矢状面、冠状面逐层描绘侧脑室截面，三维重建并依据每个层面面积与CT扫描层厚计算体积。该方法不受结构形状及部位影响，对形态不规则、个体差大的侧脑室尤其适合，测量可重复性高，结果真实可靠[5]。本文结果显示，常用的CT法未观测到侧脑室变化时，3D Slicer法能在术后早期敏感发现侧脑室改变，获得精确数值，能为评价疗效和预计病情提供数据支撑。

影响3D Slicer测量结果的因素有：①3D Slicer软件测量组织的体积主要有“Threshold”法、“Growcut”法、“Pain Effect”。“Threshold”操作简单，易于上手，计算速度快，已有报道用于颅内血肿的三维重建[7，8]，也有应用于颅内动脉瘤的三维重建[9]，因蛛网膜下腔充满脑脊液，颅内有的结构与脑脊液CT值相近，“Threshold”法不能用于侧脑室内脑脊液体积的测量。“Growcut”结果稳定可靠，可重复性强，但操作繁琐，难以在临床推广和使用。“Pain Effect”原理结果与“Threshold”法类似，但增加了逐层对侧脑室描画，消除了“Threshold”的不足，侧脑室三维重建逼真，在三种方法中最适合在实际工作中应用。②“Pain Effect”法本质是通过阈值显示操作者感兴趣结构的影像，依据CT阈值自动标记出侧脑室及阈值内其它脑结构，然后手工3D画笔点染侧脑室，阈值选定范围对结果有直接影响，阈值范围的确定本身也会产生系统误差，操作中要求侧脑室显示清晰，尤其脑室壁易于辨识，我们在工作电脑上将阈值设置为-19～19，达到侧脑室最清晰显示。③软化灶CT值与脑脊液CT值相近，软化灶被软件标记为脑脊液，计入侧脑室体积中，有时医师难以分辨软化灶与侧脑室的准确边界，带来误差。④操作者尤其要注意剔除第三脑室、中脑导水管影像。

本文存在不足之处，绝大多数病人术后情况良好，为保护病人利益，术后没有每天复查CT，术后1～7 d中间段的数据较少，故未纳入对比研究。另外，缺乏多中心研究，数据的标准差偏大。

综上所述，3D Slicer软件三维重建侧脑室体积测量简单易行，可以为脑积水等疾病的治疗方法及预后预测提供更为客观的依据。