3D Slicer三维影像重建在颅内动脉瘤夹闭术中的应用

李文华 师忠杰 王占祥 高 鑫

颅内动脉瘤破裂是自发性蛛网膜下腔出血的最 常见病因，具有较高的致残率及病死率[1]。开颅动脉瘤夹闭术是处理颅内动脉瘤较为常用的方法，其中最严重的并发症是术中动脉瘤破裂出血，原因之一就是分离动脉瘤过程中操作不当，一旦在分离过程中出现动脉瘤破裂，很可能引起致死性的严重后果[2]。因此，除了要求术者精细操作以外，周全的术前规划显得尤为重要。2020年7～9月经翼点入路开颅夹闭术治疗颅内动脉瘤12 例，根据术前CTA 数据，运用3D Slicer软件进行个体化三维重建辅助术前手术规划，取得良好的效果，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 研究对象12 例中，男6 例，女6 例；年龄34～85岁，平均（60±13）岁。突发头痛头晕或恶心呕吐并急诊入院8 例，突发头痛伴视物模糊1 例，突发昏迷1例，反复头晕2 例。动脉瘤破裂10 例，未破裂2 例；动脉瘤直径1.9～22 mm，平均（9.1±5.7）mm。大脑中动脉动脉瘤5 例，前交通动脉动脉瘤4 例，后交通动脉动脉瘤1 例，颈内动脉动脉瘤1 例，左侧大脑前动脉动脉瘤1例。

1.2 3D Slicer 影像重建 术前均行颅脑CTA 薄层扫描，层厚1.0 mm。将颅脑CTA 原始以DICOM 格式[3]通过光盘拷贝到电脑并导入到3D Slicer 软件，软件会自动根据轴位数据，生成矢状位及冠状位数据。利用volume rendering 板块重建3D-CTA并进行判阅和测量，包括动脉瘤的位置、个数和容积再现图中所测量瘤体最大长径和瘤口半径。每条数据的最终结果取自两位不同操作者所测数据的平均值。本文将动脉瘤按照长径≥5 mm 和＜5 mm，瘤口半径≥5 mm和＜5mm进行分类。选择Segment Editor 模块里面的阈值（Thresthold）自动分割工具联合笔刷（Paint）工具进行三维重建，根据需要选择性重建出颅骨、动脉瘤、载瘤动脉、视交叉等，并使用不同颜色标记，重建完成以后将模型分别导出备用。

1.3 手术方法12 例均采用翼点入路开颅手术夹闭动脉瘤，手术均由同一位副主任医师主刀完成。在标准前后位三维图像基础上，先左右旋转180°，将图像调整成标准后前位，然后再上下旋转180°将其调整成头下足上的倒置图像。若从右侧翼点入路开颅，则在上述图像基础上右前斜300°，然后向足侧（瓦氏位）旋转20°；反之，若是左侧翼点入路开颅，则在上述图像基础上左前斜300°，后向足侧（瓦氏位）旋转20°。术中逐步分离外侧裂，并释放脑脊液，降低颅内压。仔细分离、寻找载瘤动脉及动脉瘤。暴露载瘤动脉和瘤颈以后，将三维模型与术中所见进行对比，确定动脉瘤周围结构，并进一步确认结构识别无误，临时阻断载瘤动脉近端，选择合适的角度夹闭动脉瘤。对于中小动脉瘤（直径＜15 mm），通过术中解剖标志，如颈内动脉分叉部、视交叉、前床突等，结合三维模型寻找动脉瘤相对位置；对于大脑中动脉远端的小动脉瘤，通过对比三维模型，模拟手术入路视角，确定瘤体位置。

1.4 术后随访 随访方式以门诊复诊为主，术后3 个月复查颅脑CTA，应用GOS评分评价预后。

2 结果

2.1 动脉瘤三维模型的重建12 例均顺利完成三维影像重建，将三维模型与术中所见进行对比，9例正确反映术中真实解剖情况，3例术中对比效果欠佳，小动脉瘤（直径＜5 mm）以及小血管重建效果相对较差，但是动脉瘤周围主要血管结构对比一致。

2.2 手术结果12例动脉瘤均顺利实施开颅夹闭术，术中没有出现动脉瘤破裂。术后次日复查颅脑CTA示颅内血管通畅，未见新增出血，动脉瘤夹闭良好。术后3 个月，复查CTA 未见动脉瘤复发；GOS 评分5分8例，4分3例，3分1例。

2.3 典型病例76 岁女性，因反复头晕4 个月入院。体格检查：神志清楚，未发现神经系统阳性体征。颅脑CTA 示右侧大脑中M1 段动脉瘤，直径约12 mm；左侧大脑中动脉M2 段起始部动脉瘤，直径约3 mm。术前通过3D Slicer完成三维模型重建，模拟翼点入路，评估单侧入路夹闭双侧动脉瘤具有可行性，按照手术规划，选择右侧翼点入路，术中夹闭右侧动脉瘤后，按照三维模型的模拟角度，准确分离出对侧大脑中动脉M2段动脉瘤，并顺利夹闭（图1）。术后复查CTA 示双侧动脉瘤夹闭良好，术区未见新增出血。术后随访3 个月，GOS 评分5 分，复查CTA 未见动脉瘤复发。

图1 3D Slicer软件三维重建辅助右侧翼点入路手术夹闭双侧大脑中动脉动脉瘤

3 讨论

3.1 3D Slicer软件功能优势3D Slicer软件是一个用于医学图像处理和三维可视化的开源软件，由美国国立卫生研究院和全球开发者社区赞助，是一款备受医生青睐的强大的跨平台处理工具。20 多年来，3D Slicer 软件的各种扩展模块被开发出来，功能愈发丰富，可以在多种操作系统上安装运行，具有强大的三维重建、影像配准、多模态融合、分割、内镜模拟等功能[4]。

3.2 颅内动脉瘤夹闭术前规划的重要性 颅内动脉瘤破裂出血是引起蛛网膜下腔出血最常见的原因。目前，颅内动脉瘤常用的治疗手段包括介入栓塞术和开颅夹闭术，其中开颅夹闭术，要求操作细致，能够准确识别和分离载瘤动脉和瘤颈，稍有不慎便会引起动脉瘤破裂，所以，术中精确定位显得尤为重要[5]。这就要求术者必须要解剖知识扎实，并且要有丰富的空间想象力，而周全的术前规划是手术成功的关键。

3.3 运用3D Slicer 软件影像重建的优势 目前，颅内动脉瘤影像检查包括CTA、DSA、MRA 等，MRA 检查时间久，不适合急诊病人；DSA为诊断颅内动脉瘤的金标准，但是无法显示血管周围组织结构情况，而且是有创的，短时间内，不适合多次检查。相比之下，颅脑CTA更加快捷、方便，常作为颅内动脉瘤病人的首选检查。通过CTA影像的三维重建可以帮助术者对局部解剖深入认识，实现术中情况的真实模拟。尽管术中超声可以实时定位，但是操作步骤及器械准备复杂，会延长手术时间[6]。目前，使用3D Slicer进行影像后处理的报道越来越多，证实其三维重建结果的准确性[7，8]。本文12 例颅内动脉瘤成功实现模拟手术视角及预测目标结构位置，使术者可以快速准确的找到动脉瘤位置，从而避免损伤周围血管及降低因操作不当引起动脉瘤术中破裂的风险。利用3D Slicer 软件重建动脉瘤模型辅助术中定位，摆脱了特殊定位设备，直接使用CTA扫描序列，无需其它特殊影像的检查。利用3D Slicer软件有针对性地进行病变及毗邻结构重建，能辅助术中快速定位，可以作为术前计划的一项补充[9]。另外，与病人及其家属进行病情告知、术前谈话时，应用三维动脉瘤模型，会起到事半功倍的效果。

3.4 研究的局限性 样本量少，缺少大宗数据的支持，因此3D Slicer 影像重建能否缩短动脉瘤夹闭手术时间，有待进一步研究。重建数据使用的是DICOM 格式，重建效果很大程度受限于所使用的数据质量，因此使用3D Slicer 软件必须和影像科室医生相互沟通合作。本文病例在重建过程中，对于直径大于5 mm 且未引起血肿的动脉瘤，重建效果较好；对于动脉瘤破裂出血，引起局部血肿的病人，重建效果较差。

3.5 影像三维建模技术展望 随着医院PACS系统的普及[10]，获取影像原始数据已不再是难事，基于3D Slicer 的影像建模可以进一步拓展到整个神经外科领域，同时实现解剖模型的3D 打印[11]。目前，国家将医疗3D打印纳入重点发展技术，三维影像建模是打印的基础。相信未来三维影像、多模态融合技术等会成为神经外科中的一个亮点，希望能有更多的同道加入到三维影像建模队伍中，一起努力，为我国神经外科事业的发展做出贡献。

综上所述，3D Slicer 三维影像重建制作的颅内动脉瘤三维立体模型，可获得更多的立体解剖信息，加深对病变局部解剖的认识，指导制定手术计划，减少术中动脉瘤破裂的风险，提高手术效果。