3D-Slicer,虚拟现实技术在神经外科脑肿瘤术前计划中的应用分析

王松林 张玲

现阶段,临床开展神经外科手术的主要目的是以切除颅内病灶作为中心,最大程度上降低神经功能损伤［1,2］。近年来,随着ROSA 机器人、术中超声、神经导航等各项新技术在神经外科中的广泛应用,神经外科手术临床疗效显著提升［3,4］。虽然ROSA 机器人与神经导航在临床上应用效果显著,可有效提升神经外科手术精准性与微创性,然而治疗费用较高［5,6］。而3D-Slicer 属于免费的医学影像软件平台,通过分析图像,借助可视化图像展开治疗,有利于临床医师直观进行解剖学习,具有术前评估、定位病变位置及引导其精准穿刺等优势,对于基层医院医生而言,可以通过较少资源展开精准微创手术［7,8］。本研究主要分析3D-Slicer 虚拟现实技术在神经外科脑肿瘤术前制定个性化手术方案与术前计划中的应用效果,现展开具体分析。

1.1 一般资料 选取2020 年4 月～2021 年3 月于本院神经外科行手术治疗的脑肿瘤患者18 例为研究对象,其中男12 例,女6 例；
年龄45～70 岁,平均年龄(59.4±6.2)岁；
肿瘤位置：5 例额叶、2 例顶叶、1 例颞叶、2 例鞍区、2 例顶枕叶、1 例窦汇区、5 例桥小脑脚；
术后病理结果：2 例海绵状血管瘤、1 例胶质瘤、2 例垂体瘤、4 例神经鞘瘤、9 例脑膜瘤；
肿瘤直径1.0～8.4cm,平均肿瘤直径(4.0±1.7)cm。纳入标准：①满足手术指征者；
②患者及其家属知情且同意；
③临床症状表现为程度不同头痛、头晕、言语障碍、视力下降、抽搐及肢体乏力等；
④有齐全病历资料者。排除标准：①并发肾功能不全者；
②重大器官功能存在障碍者；
③合并其他部位恶性肿瘤者；
④并发心功能不全者；
⑤生命体征不稳定者；
⑥中途退出者。

1.2 方法 ①获取影像学数据：经院内网PACS 软件系统得到头颅影像原始数据,其中CT 平扫层厚5 mm、CT 血管造影(CTA)数据层厚0.5 mm、颅骨数据层厚2 mm、MRI 数据层厚0.5～7.0 mm,将数据格式设置成DICOM。②3D-Slicer 重建：本组研究病例由同一名副主任医师以3D-Slicer 软件重建,采取DICOM 格式将数据导入,通过运行Editor 或者Segment Editor 模块以三维重建肿瘤、血管、颅骨及头颅,以Diffusion 模块对锥体束进行重建,对于重建得到的模型以Registration 模块进行匹配与融合。通过对透明度进行调整,不仅能将重要的解剖结构显示出来,如神经、血管、肿瘤、脑组织等,还能够随意对模型进行测量、剪辑与旋转,从不同的角度与方向对肿瘤和四周结构关系进行观察。通过在虚拟的现实图象当中,结合不同病例的重建情况,实施手术模拟与设计手术入路。③手术方法：在术前基于三维重建的基础上,设计出脑肿瘤患者手术切口与手术入路,于全身麻醉气管插管状态下,顺利实施开颅手术。

18 例患者均按照最佳模拟手术方案,成功完成术前计划与模拟手术操作,且顺利按照计划完成手术。所有患者实际的手术情况和模拟手术中所见处于完全吻合状态,通过借助显微镜与内镜下将肿瘤完全切除；
术后各项临床症状均得到好转,无新发症状出现,且术后无患者出现死亡,无视力下降、脑膜炎等并发症发生；
经术后3 个月复查,头颅MRI 增强结果显示无肿瘤复发。

在神经外科术后,患者很容易遗留神经功能损伤症状,进而对其预后和生活质量造成不良影响,因此人们对于神经外科手术的要求越来越高,不仅需要最大化将病损组织切除,同时还要最小化对神经功能造成损伤［9］。近年来,3D-Slicer 软件在临床上得到应用,其所得三维成像不仅能够让复杂操作变得简单化,同时还能够将颅内肿瘤、水肿、血肿等体积精确计算出来,从而以三维方式将不同的神经纤维束通路与受损情况展现出来［10］。在神经外科术后,纤维束受损程度、神经功能的缺损程度与患者预后有着密切关联,因此纤维束受损程度与其整体走行是重点关注内容。通过在手术前对纤维束和四周病变组织病理解剖位置间关系进行精确重建,可对患者的神经功能保留起着重要意义［11］。传统影像学仅能够将肿瘤影像学的边界显示出来,无法对白质纤维束结构进行分辨。而采取3D-Slicer 软件则能够将脑白质走行清楚显示出来,从而有利于临床医师精准制定出术前规划与诊疗计划［12］。本研究中,通过以3D-Slicer 软件对18 例脑肿瘤患者展开术前重建操作,设计出个性化的手术入路,结果发现术中所见与模拟手术相符,且手术效果显著,术后无一例患者出现并发症或死亡,具有较高安全性与有效性。对于功能区的肿瘤,在确保功能基础上,最大程度上将肿瘤切除,对于神经外科医师而言,是其一直所追求目标。通过在手术前重建影像资料,能够帮助医师直观掌握肿瘤和四周重要结构之间的关系,进而设计出最优的手术切口和最佳手术入路,防止术者单纯根据自身经验来实施手术,从而达到尽量降低神经功能受损的目的。在手术方案的设计中,通过借助DTI 序列对锥体束进行重建,进而将肿瘤信息描绘出来,于三维图上直观掌握肿瘤和锥体束之间的关系；
通过借助增强MRI 中T1MRP 序列,将头皮剥除,对全脑组织与脑表面静脉进行重建,仔细辨认出中央沟与中央前后回部位,经对透明度进行调节,将肿瘤和四周结构关系显示出来,从而避开重要的解剖部位与血管,根据不同病例,设计出针对性手术方案,不仅能避免对患者造成较大损伤,还能利于其尽快恢复。

综上所述,通过在术前进行三维重建与手术模拟,能够让操作者更明确术区解剖关系,进而在术前谈话过程中,通过以重建图象对患者进行讲解,能够让其了解手术具体实施方案与所存在风险,还能利于制定出各类应急预案,进而在实际实施手术时,根据术前计划全面落实各项手术操作。对于部分浅表肿瘤,可通过将重建后所得虚拟图象导入至手机中,借助软件对导入图像、患者头部解剖位置与标记位置进行融合,或者通过其他软件与投影仪,在患者头部叠加上虚拟图片,从而起到简易的增强效果,提升手术精确度。除此之外,3D-Slicer 软件能够免费在官网下载,且官网有着相应的使用教程,基层医院可将3D-Slicer 虚拟现实技术作为辅助手术方式,以此来提升外科手术的成功率,适宜临床深入研究与推广应用。