脑膜瘤患者颅骨切除一期修补的3DSlicer方案

作者:霍贵通     邢台市第九医院神经外科

文章所有权归属作者,如需转载或引用图文请联系作者并注明出处。更多3DSlicer教程请关注公众号:SlicerCN3DSlicer社区)

导言  

脑膜瘤是颅内比较常见的一种肿瘤,多好发于大脑凸面、 矢状窦旁、颅底、大脑镰旁等部位。而位于大脑凸面者多因肿瘤侵蚀,伴有局限性骨质增生性改变,为防术后肿瘤复发,术中往往需要切除部分颅骨,导致局部颅骨缺损,待病情稳定后二期行钛网修补手术。笔者对1例大脑凸面脑膜瘤术前应用3D Slicer软件进行CT、MRI、MRA等数据多模态融合,进而指导脑膜瘤术前计划制定,术前明确勾画出预切除颅骨范围,即模拟局部颅骨切除。将去除部分颅骨的数据再次保存,成为“颅骨缺损”病例,从而为钛网三维数字化塑形提供了客观数据支持。原文发表在中华神经外科疾病研究杂志( Chin J Neurosurg Dis Res) 2017;16( 6)。本文作为对原文的补充,并增加了部分彩色图片以飨读者。

病史简介:患者女性,55岁,头疼一个月余入院。头颅CT平扫 和MRI强化扫描提示:右侧额颞部脑膜瘤,局部钙化,可被不均匀强化,并额颞部局部颅骨增生明显。

脑膜瘤患者颅骨切除一期修补的3DSlicer方案

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脑膜瘤患者颅骨切除一期修补的3DSlicer方案

关于手术方案的几点思考:

  1. 脑膜瘤尽可能做到Simpson一级切除,需要切除受肿瘤侵犯的颅骨和硬脑膜,以减少术后复发几率;

  2. 颅骨缺损最好一期修补,避免二次手术,降低患者治疗费用。

  3. 颅骨缺损部位位于额颞部,该处颅骨形状不规则,如果利用二维钛网术中手动塑形,难以达到理想的效果,不仅不美观,还存在潜在的螺丝钉松脱等风险。

  4. 三维定制钛网是最佳选择。

通过Slcier软件可以达到:

  1. 多模态融合了解肿瘤的周围骨质、血管的解剖关系;

  2. 通过软件确定头皮切口位置、颅骨切除范围;

  3. 模拟颅骨切除术后,提供缺损区颅骨塑型数据给公司制备修补用钛网;

下面详细讲解,如何利用3D Slicer软件进行术前CT数据处理得到三维钛网?如何精准切除与钛网相匹配的颅骨?

数据说明:数据包括头颅CT,颅脑MRI、MRA。

  1. 头颅CT为螺旋扫描,扫描前在肿瘤侧头皮贴电极片(4-6枚),用记号笔在头皮标记好位置;

  2. MRI为薄层强化扫描,扫描前肿瘤侧头皮贴维生素E胶丸(4-6粒),同样用记号笔标记各个胶丸在头皮的位置,用于术中投影定位(具体请参阅公众号文章:Slicer实战之浅表肿瘤定位)。

把上述(CT、MRI、MRA)数据以DICOM格式导入3D Slicer软件。利用CT数据,观察肿瘤侵蚀颅骨范围,描绘出预切除颅骨范围,将预切除颅骨重建为三维模型,并利用Clip With Model模块对原始CT数据进行剪切处理,得到颅骨缺损的数据,利用Creat Dicom模块把该数据保存为DICOM格式文件,并把数据文件发送给钛网制作公司,制作出与颅骨缺损区域匹配的三维塑形钛网。具体方法参见本公众号历史消息中的教程。

脑膜瘤患者颅骨切除一期修补的3DSlicer方案

将CT、MRI、MRA原始数据进行匹配融合,利用MRI数据三维重建维生素E胶丸、肿瘤模型,利用MRA三维重建血管模型。重建完毕,可在三维视窗看到预切除颅骨、肿瘤、血管的关系,切除颅骨大小、暴露肿瘤范围、肿瘤和血管的关系等。

脑膜瘤患者颅骨切除一期修补的3DSlicer方案

脑膜瘤患者颅骨切除一期修补的3DSlicer方案

脑膜瘤患者颅骨切除一期修补的3DSlicer方案

通过投影仪实现增强现实效果:

  1. 各个三维模型重建完毕,分别将预切除颅骨、维生素E胶丸、肿瘤、血管命名为Bone flap、Markers、Tumour、Artery。把上述名称的三维模型(Model)保存到电脑上,保存格式选择为.VTK。

  2. 利用USB或者微信、邮箱、网盘等工具,把上述.VTK格式文件传到智能手机或者IPad等移动设备。当然,这些移动设备要下载安装KiwiViewer(猕猴桃)软件,软件安装及具体操作方法可参阅公众号文章。

  3. 在手术间,三脚架固定投影仪,对准患者头部投影,打开移动设备猕猴桃软件,将刚才打开的三维模型以全屏投影的方式投影到患者头部(IPad为AirPlay功能,不同设备可能不同),并通过缩放、移动、旋转移动设备上的模型,使得各个Markers模型(维生素E胶丸)的投影和头皮的各个维生素E胶丸标记点吻合,观察预切除颅骨在头皮的投影、肿瘤在头皮的投影,从而更好的设计手术切口大小。

移动设备截屏

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增强现实效果

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标记手术切口

脑膜瘤患者颅骨切除一期修补的3DSlicer方案

切口设计完毕,标记投影仪三脚架的地板放置位置。移开投影仪,开始手术。

确定颅骨切除范围:

  1. 将三脚架重新放回原来位置,术野可见预切除颅骨投影,用美蓝棉签标记出边界即可;

  2. 把钛网放在术野颅骨表面,使得钛网完全贴覆在颅骨表面后,沿着钛网边缘内侧1cm处标记出颅骨切除范围。

  3. 实际操作过程中两种方法所确定的颅骨切除范围相符。

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切除的颅骨:第二张照片因角度问题有颅骨切除范围不够的错觉。

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肿瘤残腔及硬膜修补

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肿瘤标本

脑膜瘤患者颅骨切除一期修补的3DSlicer方案

钛网修补颅骨缺损:可见钛网和颅骨缺损区域完美匹配。

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术后情况:在3D Slicer中对术后CT数据进行颅骨、钛网三维重建,可见钛网形状和颅骨外形完美匹配。

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脑膜瘤患者颅骨切除一期修补的3DSlicer方案

病理结果:非典型脑膜瘤(WHO:Ⅰ级)。

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小结:对于颅内侵蚀颅骨的肿瘤或颅骨本身较大肿瘤,如颅骨骨瘤、软骨瘤等,为提高肿瘤切除程度及降低术后肿瘤复发几率,多需切除部分颅骨,致使局部颅骨缺损。其中缺损面积较大者,往往需要一期行颅骨修补手术。本例患者脑膜瘤位于右侧额颞部,右侧额颞骨局部明显受侵蚀增厚,且范围较大。切除部分颅骨后缺损面积较大,明确需要行颅骨修补手术,以恢复正常颅脑解剖结构。以往颅骨修补材料多为 普通二维钛网,术者根据术中骨窗具体情况经验性手工修整钛网,美观性难以保证,且费时费力。一旦钛网弧度不合适,周围钛钉所受应力较大,较容易造成术后钛钉松动、脱落等并发症,需要二次手术。而对于形状较复杂的局部颅骨缺损,术中手工塑形钛网难度较大,往往需要根据术中颅骨缺损情况,术后进行电脑三维数字化钛网塑形,二期行颅骨修补手术。笔者根据患者术前 CT、MRI及MRA,运用3D Slicer软件进行多模态融合及三维重建,可以清楚显示肿瘤组织与脑膜中动脉解剖关系及周围血供情况, 避免术中血管损伤。同时根据颅骨受肿瘤侵蚀情况,利用3D Slicer软件的优势一期制备钛网。术中通过微型投影仪实现简易增强现实技术,依据术前制定计划去除受侵蚀部分颅骨。进而在保证三维数字化钛网与颅骨缺损准确匹配的基础上,使受侵蚀部分颅骨切除及颅骨修补手术一次性完成,完全避免了患者需经受二次修补手术的痛苦,大幅度降低了患者的住院花费。

原文发表在《中华神经外科疾病研究杂志 》2017;16(6)。

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致谢:感谢陕西省核工业215医院谢国强主任对文章提出中肯的建议以及3DSlicer社区各位同仁的指导帮助!

文章审校束旭俊 解放军82医院 神经外科

文章编辑:曹玉福 鹤岗市人民医院 神经外科

 


文章链接:

1. 3D Slicer教程之数据匹配(一)

2. 多模态融合基础篇——3D Slicer教程之数据匹配(二)

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