脑膜瘤患者颅骨切除一期修补的3DSlicer方案

导言  

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。

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。

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。

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

增强现实效果

标记手术切口

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。

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。

肿瘤残腔及硬膜修补

肿瘤标本

钛网修补颅骨缺损：可见钛网和颅骨缺损区域完美匹配。

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。

病理结果：非典型脑膜瘤（WHO：Ⅰ级）。

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）。

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）