多模态图像融合及三维重建技术在后颅窝肿瘤手术中的应用

[摘要]目的旨在探讨多模态图像融合及三维重建技术在后颅窝肿瘤手术治疗中的应用效果。方法回顾性分析2022年1月至2023年9月在江苏大学附属人民医院神经外科接受手术治疗的19例后颅窝肿瘤患者的临床资料。所有患者在术前均接受头部CT和MRI检查，并将影像数据输入影像融合工作站进行图像融合和三维重建。医生利用这些融合后的影像进行肿瘤空间评估和模拟手术入路。术后统计肿瘤全切除率和术后并发症，并对其应用价值进行评估。结果多模态图像融合及三维重建技术能清晰显示后颅窝肿瘤与周围结构的解剖关系，19例患者中肿瘤全切除15例（78.9%），次全切除4例，无围手术期死亡患者。术后并发症包括脑水肿2例，颅内感染1例，面瘫2例，吞咽困难1例。根据医生的反馈，多模态图像融合及三维重建技术在手术中表现出显著价值的案例有16例，辅助价值的案例有3例。结论多模态图像融合及三维重建技术可精准、清晰地显示后颅窝肿瘤与周围重要组织的空间关系，有助于医生设计更精准的手术切口和选择更合理的手术入路，对手术顺利完成有较高的辅助价值。

[关键词]后颅窝；多模态图像融合及三维重建技术；脑肿瘤；神经外科

[中图分类号]R651.1[文献标识码]A[DOI]10.3969/j.issn.1673-9701.2024.29.014

Applicationofmultimodalimagefusionand3Dreconstructiontechniquesinposteriorcranialfossatumoursurgery

WANGJun，SUNEryi，XUEnxi，ZHOUZhou，CHENBo

DepartmentofNeurosurgery，theAffiliatedPeople’sHospitalofJiangsuUniversity，Zhenjiang212002，Jiangsu，China

[Abstract]ObjectiveToinvestigatetheeffectivenessofMultimodalimagefusionand3Dreconstructiontechniquesinthesurgicaltreatmentofposteriorcranialfossatumourssurgery.MethodsRetrospectiveanalysisofmedicalrecordsof19patientswithposteriorcranialfossatumourswhounderwentsurgicaltreatmentbetweenJanuary2022andSeptember2023in&n_{9t/9peI8fUNmCmPJBLjHEsa6IUQotoSCoGMJKts4FU8=}bsp;DepartmentofNeurosurgery，theAffiliatedPeople’sHospitalofJiangsuUniversity.AllpatientsunderwentpreoperativeCTandMRimagingofthehead，andtheseimagedatawereinputintoanimagefusionworkstationforimagefusionand3Dreconstruction.Thesurgeonthenusedthesefusedimagesforspatialassessmentofthetumourandsimulationofsurgicalaccess.ResultsThemultimodalimagefusiontechniquescouldclearlyshowtheanatomicalrelationshipbetweenthetumouroftheposteriorcranialfossaandthesurroundingstructures，andtherewere15casesoftotalresectionofthetumourin19patients（78.9%），4casesofsubtotalresection，andnoperioperativedeathpatients.Postoperativecomplicationsincludedcerebraloedemain2cases，intracranialinfectionin1case，facialparalysisin2cases，anddysphagiain1case.Accordingtothefeedbackfromthesurgeons，themultimodalimagefusiontechniquesshowedsignificantvalueinsurgeryin16casesandancillaryvaluein3cases.ConclusionMultimodalimagefusiontechnologyand3Dreconstructiontechniquesincanaccuratelyandclearlyshowthespatialrelationshipbetweenthetumourintheposteriorcranialfossaandthesurroundingimportanttissues，whichhelpsthesurgeontomoreaccuratelydesignthesurgicalincisionandchooseamorereasonablesurgicalapproach.Ithasahighauxiliaryvalueforthesuccessfulcompletionofsurgery.

[Keywords]Posteriorcranialfossa;Multimodalimagefusionand3Dreconstructiontechniquesin;Braintumor;Neurosurgery

后颅窝肿瘤是指小脑幕与枕骨大孔范围内的肿瘤，由于其位置毗邻重要的结构如脑干，基底动脉及其分支、众多的颅神经，使得该部位的肿瘤手术难度和复杂度均较大[1]；尤其是位于桥小脑角、岩斜区和脑干腹侧等部位的肿瘤[2-4]。提高肿瘤全切率及减少并发症一直是神经外科医生追求的目标，要达到该目标不仅需要掌握详尽的医学解剖学知识和高超的手术技巧，可供术前精准、全面、清晰显示肿瘤与周围血管神经和脑组织空间关系的技术也是必不可少的。近年来，多模态图像融合及三维重建技术被逐渐应用到临床实践中，并取得良好效果[5-7]。多模态图像融合及三维重建技术可整合来自不同影像模式的信息，如CT、MRI和血管造影等，将其融合形成三维图像，可更全面、准确地展示肿瘤与周围结构的关系[8]。本研究旨在分析多模态图像融合及三维重建技术在后颅窝肿瘤手术中的应用效果。

1对象与方法

1.1研究对象

回顾性收集2022年1月至2023年9月在江苏大学附属人民医院神经外科接受手术治疗的19例后颅窝肿瘤患者的临床资料。男4例，女15例，年龄48～85岁，平均（65.0±9.6）岁。纳入标准：①经影像学诊断为后颅窝肿瘤，并计划接受手术治疗；②头颅CT和MRI等影像学资料完整，且资料清晰、无伪影，可满足多模态图像融合及三维重建技术要求；③接受手术治疗，并计划利用多模态图像融合及三维重建技术进行术前评估和手术导航。排除标准：①二次手术患者；②出院后失访患者。收集的临床资料包括患者的年龄、性别、影像学资料、手术记录及病理资料。术前所有患者均接受CT、MRI、磁共振动脉成像，磁共振静脉成像检查，并通过多模态影像融合软件构建出肿瘤、脑组织及肿瘤周围血管的三维数字化影像以指导手术规划。术后行CT、MRI检查，评估肿瘤切除是否完全，是否出现脑出血、脑肿胀等并发症。

1.2术前多模态图像融合及三维重建技术和评估

从医院的信息系统获取患者的CT和MRI图像数据CT断层扫描厚度1mm，MRI检测序列包括T1加权像、T2加权像、液体衰减反转恢复序列、磁共振动脉成像、磁共振静脉成像。然后上传这些图像数据到工作站。在工作站打开相应的图像序列后，完成对齐和融合及三维重建的步骤。根据需要自动导入MR序列图像、CT数据等，选择“Infusion”功能实现自动匹配。最后将颅骨三维重建图像与MR显示带有血管的肿瘤三维图像合并，完成多模态图像融合。影像评估内容：①肿瘤和周围重要结构的空间关系；②术前模拟手术入路，包括骨窗设计，通过虚拟骨窗观察肿瘤的空间结构，模拟肿瘤切除手术过程，并确定手术入路。

1.3手术过程

手术在全身麻醉气管插管下进行。Mayfield头架固定后，根据术前多模态影像融合系统合成的三维图像及数字导航系统确定皮肤切口。本组患者乙状窦后入路11例，枕下正中入路1例，旁正中入路3例，远外侧入路4例；切开皮肤和肌肉组织后暴露颅骨，再次导航定位，避开引流静脉及静脉窦，用磨钻钻孔后铣刀铣开颅骨，剪开硬膜前再次导航定位明确静脉窦位置，避免损伤。切除肿瘤时先行瘤内减压，然后分离肿瘤包膜，避免损伤周围重要结构。若肿瘤与神经、重要血管或脑组织黏连紧密，必要时残存少量肿瘤组织。切除肿瘤后缝合硬膜，回复骨瓣，缝合肌肉及皮肤切口；通过图像评价手术效果。术后复查CT，3d内复查MRI。

1.4 术后评估

每例患者的主刀医师术后评估多模态图像融合及三维重建技术对手术的参考价值，分为显著价值、辅助价值、无价值3个等级[9]。显著价值计2分：对手术顺利进行至关重要，仅凭单模态图像无法达到预期手术结果；辅助价值计1分：凭单模态图像可完成手术，但多模态图像融合及三维重建技术可提供更详细的信息，减少手术损伤；无价值计0分：仅凭单模态图像就能顺利完成手术，并达到预期效果，无需多模态图像融合及三维重建技术支持。根据术后MRI检查结果明确肿瘤切除程度。全切除：肿瘤完全切除，无残留；次全切除：肿瘤切除达到90%以上。部分切除：肿瘤切除在90%以下。术后并发症主要包括有无出血、脑水肿、颅内感染、面瘫、吞咽困难，肢体感觉运动障碍。

1.5随访

术后患者进行了8～29个月的随诊，通过MRI检查评价肿瘤是否复发及有无新的并发症。

2结果

2.1多模态图像融合及三维重建技术的价值评估

19例患者中脑膜瘤10例，其中桥小脑角脑膜瘤5例，斜坡脑膜瘤2例，脑干腹侧脑膜瘤1例，枕骨大孔区脑膜瘤1例，天幕下脑膜瘤1例；听神经瘤6例，小脑半球转移瘤1例，小脑室管膜瘤1例，舌咽神经鞘瘤1例。见表1。所有患者均完成术前多模态图像融合及三维重建技术。肿瘤与重要的动脉，静脉及静脉窦的空间关系均显示良好，髁后静脉可良好显示，与术中真实情况均符合。通过虚拟骨窗可模拟手术入路，并显示术野暴露范围。根据主刀医师的术后评估，该技术显著价值16例，辅助价值3例，无价值0例。

2.2手术结果

术中皮肤切口、骨瓣范围均符合术前模拟开颅设想，术中未见肿瘤周围引流静脉或静脉窦损伤，肿瘤包裹动脉术中均未损伤。19例肿瘤全切除15例，全切率78.9%；次全切除4例（1例舌咽神经鞘瘤，2例听神经瘤，1例斜坡脑膜瘤）；无围手术期死亡患者。所有患者骨瓣均得到复位。

2.3术后并发症

2例小脑肿瘤出现术区轻度水肿，2例听神经瘤出现轻度面瘫，1例颅内感染给予抗生素治疗及腰大池引流后治愈，1例有舌咽神经损伤导致的吞咽困难行气管切开。1例出现横窦一过性闭塞，给予低分子肝素治疗后再通。

2.4随访

17例患者术后随访成功，2例漏访；随访8～29个月，2例复发。其他患者未出现新的并发症。

3讨论

近年来，术前多模态图像融合技术越来越多地应用于神经外科领域，特别是脑肿瘤和三叉神经痛等[10-12]。后颅窝比邻结构如脑干、后组颅神经及椎基底动脉等非常重要，传统的单模态影像技术如CT或MRI可提供手术所需的重要信息，但无法提供肿瘤的三维结构信息。术前多模态图像融合技术可通过构建三维结构，让操作者更直观理解肿瘤与周围组织的结构关系，更精确进行手术规划和手术路径设计，对手术具有重要指导意义[9]。

后颅窝手术中保护静脉窦的传统方法是标记乙状窦及横窦，有的患者一侧横窦或乙状窦发育不良甚至完全消失，而另一侧可能较正常的明显增粗，导致标记结果个体差异较大[13-16]。研究表明以星点作为解剖标志可导致50%的横窦或乙状窦损伤[15]。多模态融合技术可清晰显示静脉窦发育情况[12]，术前可更精确地设计手术切口和骨瓣大小，避免术中损伤静脉窦。本组19例患者均未出现横窦、乙状窦损伤的情况。

多模态图像融合及三维重建技术可清楚显示颅骨骨性结构，操作者术前可透过肿瘤组织观察到肿瘤深部的重要血管，通过透化模拟骨瓣范围为模拟手术入路[8，12]，有利于在手术切除肿瘤的过程中减少损伤和提高肿瘤全切率。本研究术后评价多模态图像融合及三维重建技术有显著价值16例，辅助价值3例。19例肿瘤患者全切除率78.9%。另一项采用多模态图像融合及三维重建技术进行颅底肿瘤切除研究的全切除率为78.7%[17]。本组病例发生术后感染1例，可能与手术时间长有关；术后脑水肿2例，经治疗后均完全吸收；1例遗留有吞咽困难，考虑与后组颅神经损伤有关2例轻度面瘫患者经过治疗后均好转。本研究患者均未出现脑脊液漏，既往研究表明颅底重建是预防脑脊液漏的关键因素[18]。本研究经术前规划，手术中骨瓣保留较多。骨瓣回复后颅底重建效果较好。

多模态图像融合及三维重建技术具有较好的三维成像功能，使肿瘤得以直观化展示[6，9]；在外科医师向患者及其家属阐述病情时可有效增强信息传递的清晰度与深度，促进患者及其家属对手术治疗方案的接受度。多模态图像融合及三维重建技术应用于脑肿瘤，特别是那些侵犯到周围重要结构的巨大肿瘤时，可使外科医生更直观地观察到肿瘤与周围结构的三维空间关系，在一个真实的、立体的环境中查看肿瘤及其周围结构，从而更精确地辅助医生进行手术规划和手术路径设计。

利益冲突：所有作者均声明不存在利益冲突。

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（收稿日期：2024–06–10）

（修回日期：2024–08–29）