3DSlicer软件的渲染功能在乙状窦后入路定位横窦-乙状窦角的应用

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3DSlicer软件的渲染功能在乙状窦后入路定位横窦-乙状窦角的应用

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乙状窦后入路是神经外科处理后颅窝病变时最常用的手术入路，如桥小脑角区病变、微血管减压等，其中横窦-乙状窦角（transverse-sigmoid sinus junction， TSSJ）是乙状窦后入路的关键标志。第一枚钻孔如果能暴露横窦-乙状窦交角是最理想的，可以在手术早期判断静脉窦的位置和开颅的方向，为开颅和硬脑膜剪开提供了良好定位和显露。临床上，大多数的神经外科医生通常依靠颅骨表面标志和自身经验来估计横窦-乙状窦的交角位置，然后钻孔，但由于颅骨的不同的个体差异，这些方法并不是每次都准确。在临床实践中，会出现这样一种情况，手术医师为了充分的显露横窦-乙状窦的交角，往往导致出现过多的切除骨质致颅骨骨瓣不能复位甚至需钛网等人工材料修补缺损骨窗、过度暴露致横窦或乙状窦损伤出现大出血甚至静脉窦栓塞以至于给患者带来灾难性的后果。虽然目前先进的神经导航或机器人等设备，能够达到术中精确定位的目的及效果，但是，这些设备不是在所有医院都能用到，且价格昂贵，费时。

2012年，温州医科大学附属第一医院神经外科的夏雷教授等在Neurosurg Rev杂志上发表了一篇题为“Localization of transverse-sigmoid sinus junctionusing preoperative 3D computed tomography: application in retrosigmoid craniotomy.(术前利用三维CT定位横窦-乙状窦角在乙状窦后开颅术中的应用)”【1】。文中通过利用术前三维CT建立坐标系统来定位横窦-乙状窦交角，并进行了详细的技术说明和实例演示，笔者认为简单而且实用（图1）。具体方法：通过容积重建方法对2mm厚薄层CT影像重建 (Philips, brilliance, 6-slice CT machine)。重建后，颅底的三维结构就可以在3D视窗显示，并用影像编辑器操作。用基本的剪切工具对感兴趣解剖结构进行编辑，仅留下同侧颅底结构，去掉颅骨凸面及对侧颅底。下一步，在乙状窦及横窦沟交角的边缘做一模拟的钻孔。首先，调整颅底外表面的方向使之和术中神经外科医生的视角一致，该步骤的目的是保证钻孔与颅骨表面垂直。然后，将3D CT 影像翻转180°，显示颅底内侧面和横窦-乙状窦沟，在这一步骤中，需要仔细辨认窦沟，特别是当窦沟不明显时，并且要避免将枕乳缝当做窦沟的内侧缘。然后，用环切工具，在横窦-乙状窦沟交角的边缘做一模拟钻孔。接着，将3D-CT影像再翻转180°，这样在颅骨的外表面就能看到模拟钻孔的位置，同时把钻孔的中心做标记。下一步进行的是基于颅骨的表面标志做一个坐标系。把星点作为O点，将二腹肌点（二腹肌沟的顶点）和星点做一连线，作为X轴。通过O点，做一垂直X轴的垂线，作为Y轴。于是，建立了一个坐标系（图2），并且可以测量出钻孔中心点的坐标。在术中仔细辨认星点和二腹肌点后，建立一个与3D-CT影像上同样的坐标系，根据在3D-CT影像中所测量出的钻孔中心的坐标数值，垂直颅骨表面做一个钻孔（直径1cm）。具体的定位方法详见：参考文献1或（神外医生基本功–利用三维CT定位横窦-乙状窦交角–Neurosurg Rev 全文编译https://mp.weixin.qq.com/s/IP-DJi0BupOzFB9IC-tG9A）。

图1 夏雷教授等在Neurosurg Rev杂志上发表的利用术前三维CT建立坐标系统来定位横窦-乙状窦交角。

2019年，周川、唐寅达、徐涛等教授在International Journal of Medical Robotics and Computer Assisted Surgery 杂志上发表了题为“Preoperative identification of the initial burr hole site in retrosigmoid craniotomies: A teaching and technical note（乙状窦后开颅术中初始钻孔位置的术前识别：经验和技术说明）” 【2】，文中利用3Dslicer软件及所谓“基站法定位横乙窦拐角位置，并进行了详细的技术说明及实例演示，笔者认为简单而且实用（图2）。作者通过把CT平扫数据（最好CTA）导入3DSlicer软件，在Volume Rendering模块下，通过调整显示颅骨内面的横乙窦拐角位置，并放置种子点，通过用3DSlicer软件下的二维视窗将拐角点投射到颅骨外表面，在三维图像中寻找两处以上的颅骨外表面明显的解剖标志，如（星点、二腹肌沟末端、导静脉孔等）。分别测量这两个解剖标志与横乙窦拐角在颅骨外投射点之间的直线距离，并记录备用，术中在颅骨表面清晰显露上述两个标志点，并以这两点为中心，以上述测量距离为半径利用圆规或直尺作两圆弧，圆弧交点便是横乙窦拐角位置。作者表示这种方法是借鉴于手机的基站定位法，所以可以称为“基站法”。具体的定位方法详见：参考文献2或（3D Slicer辅助定位乙状窦后入路的keyhole位置https://mp.weixin.qq.com/s/KN7dXPvBZFnfLOlube-3vw）。文中使用的方法与笔者前面所述的利用叩诊锤“双圆法”基本相同：应用3D Slicer与叩诊锤快捷定位颅内病变https://mp.weixin.qq.com/s/sk13aC5MhfknfYsCO45HOQ。

图2 周川教授等利用“基站定位法“及3Dslicer软件定位横乙窦拐角位置示意图

2021年，杨吉鹏教授等在《脑与神经疾病杂志》发表了题为“3DSlicer 软件在乙状窦后入路开颅术中的应用”的文章【3】，文中通过3DSlicer软件分别建立横窦 – 乙状窦与颅骨的3D模型，在3D模型上标记星点与二腹肌沟上方末端两个标志点1与点2，在Transform模块中的左右平移滑块将静脉窦恰好显露于颅骨表面，于TSSJ处标记点F，分别测出点1、点 2与点 F 的距离并记录供术中参考使用。具体方如下：测量并所有患者术前除MRI平扫及强化检查外常规行颞骨CT 薄层扫描与 MRV 核磁检查，收集观察组患者的上述检查原始数据（DICOM 格式）经Mango软件转换后导入3DSlicer软件，利用General Registration（Elastix）或Landmark Registration模块进行多模影像数据配准，利用Segment Editor模块建立横窦 – 乙状窦与颅骨的3D模型，为减少颞骨乳突气房等空腔结构的干扰，利用Smooth功能键中的Filling Hole选项使颞骨乳突部实体化。在 Model模块中利用 Clipping功能隐藏术野之外的部分模型，仅显示术野相关结构的模型，将3D模型调至正患侧位，利用 Markup 模块在星点与二腹肌沟上方末端分别标定点1与点2，将其隐藏后在Transform模块中的左右平移滑块将静脉窦向患侧平移约11mm，使静脉窦恰好显露于颅骨表面，于颅骨表面横窦 – 乙状窦结合处（TSSJ）处标记点F，将点F的直径设置为8mm，使点F覆盖部分TSSJ的内侧缘。为进一步检查关键孔是否理想，先将静脉窦模型复位，返回Model模块，改变颅骨的透明度并还在正患侧位观察关键孔与TSSJ的位置关系是否理想。当关键孔位置选择满意后，先将关键孔的F点的直径调制2mm，利用 3DSLicer 软件的测量功能分别测出点1、点2与点F的距离并记录（见图3）。文献3或https://mp.weixin.qq.com/s/UHNC3pr2HuCY1W31e24JoA。文中使用的定位方法与周川等的方法基本一致，不同的是一个是在体绘制状态下测量（渲染），一个是在面绘制状态下测量（模型）。相比之下，笔者认为周川等方法更为简洁实用。

图3 杨吉鹏教授等在《脑与神经疾病杂志》发表的3DSlicer软件在乙状窦后入路开颅术中的应用文中的示意图及实例演示。

上述三种方法中，夏雷教授的坐标定位方法虽然简单，但需要术前行三维CT重建，且需要较高性能的CT扫描机器及配套的影像编辑器上进行标记和测量，同时需到影像科专用的机器设备及电脑上进行操作处理，这在很多医院及对于大多数神经外科医生来讲，不太现实。杨吉鹏教授使用的定位方法与周川等的方法基本一致，不同的是一个是在体绘制状态下测量（渲染），一个是在面绘制状态下测量（模型）。相比之下，笔者认为周川等方法更为简洁实用。但周川老师在定位是需要分别在颅骨的内面找到横窦-乙状窦角，标记后再在颅骨外面找到相对应的投影点。由于颅骨的厚度和枕面颅骨为弧形曲面，所以从颅骨内表面向外表面投射的过程容易造成误差。而杨吉鹏教授的方法由于是在CT及MRV配准后，建立颅骨及横乙窦血管模型，进行钻孔定位模拟，所以相对来讲更加精准，但同时由于配准及建模等，花费了较多的时间。

近日笔者在哔哩哔哩网站上看了束旭俊老师利用PRISM Rendering演示的横窦-乙状窦影像解剖的视频（https://b23.tv/kj7KU1W）及在神外世界报道的师忠杰老师利用Volume Rendering Special effects工具演示的3DSlicer快速开骨窗模拟入路教程视频（https://mp.weixin.qq.com/s/d2RNjVFwUeuKc4UE7n4UQw）。在学习过程中，发现了一个比前面夏雷等、周川等、杨吉鹏等所报道的方法更加简洁方便且实用的方法，用来定位横窦-乙状窦角，且能够同时演示手术入路，这一方法同样适用于其他的定位，如MacCarty关键孔、翼点、星点等的定位。现将这一方法，向各位老师做一汇报，不足之处，请各位老师多批评指正。

具体操作如下：

1、利用PRISM Rendering定位横窦-乙状窦角：首先在扩张模块中搜索及下载安装SlicerPRISMRendering模块，把DICM格式的CT薄层平扫数据（最好0.625mm或CTA）导入3DSlicer软件，进行常规的检查数据及载入操作，简单的查看一下轴位、冠状位、矢状位的影像数据及在Volume Rendering模块下3D渲染预览一下数据。在PRISM Rendering模块下通过调整显示颅骨内面的横乙窦拐角位置，选择Custom Shader为Sphere Carving，设置中心点为横乙窦拐角，并调整半径为5-8mm，在三维视窗下精确的调整位置，使颅骨内外面孔径一致，在三维图像中寻找两处以上的颅骨外表面明显的解剖标志，如（星点、二腹肌沟末端、导静脉孔等）。分别测量这两个解剖标志与横乙窦拐角在颅骨外投射点之间的直线距离，并记录备用。通过调整半径大小，可以达到不同的骨窗大小的效果。术中在颅骨表面清晰显露上述两个标志点，并以这两点为中心，以上述测量距离为半径作两圆弧，圆弧交点便是横乙窦拐角位置。

2、利用Volume Rendering Special effects定位横窦-乙状窦角：首先在扩张模块中搜索及下载安装SandBox模块，这样就有了Volume Rendering Special effects工具。把DICM格式的CT薄层平扫数据（最好0.625mm或CTA）导入3DSlicer软件，进行常规的检查数据及载入操作，简单的查看一下轴位、冠状位、矢状位的影像数据及在Volume Rendering模块下3D渲染预览一下数据，通过调整显示颅骨内面的横乙窦拐角位置，利用Volume Rendering Special effects工具，导入数据，Mode选择Sphere Crop，Target Position靶点位置放置于颅骨内面的横乙窦拐角，并调整半径为5-8mm，在三维视窗下精确的调整位置，使颅骨内外面孔径一致，在三维图像中寻找两处以上的颅骨外表面明显的解剖标志，如（星点、二腹肌沟末端、导静脉孔等）。分别测量这两个解剖标志与横乙窦拐角在颅骨外投射点之间的直线距离，并记录备用，通过调整半径大小，可以达到不同的骨窗大小的效果。术中在颅骨表面清晰显露上述两个标志点，并以这两点为中心，以上述测量距离为半径作两圆弧，圆弧交点便是横乙窦拐角位置。

从演示的效果看，利用PRISM Rendering或Volume Rendering Special effects定位横窦-乙状窦角及开窗，二者基本是一样的，但笔者认为Volume Rendering Special effects更为稳定。另外，如果术前有CTA或MRV等检查，可以结合血管融合，以进一步精准定位，血管、颅骨可以建模也可以应用非建模状态下快速渲染定位（详见非建模状态下基于3D Slicer渲染功能的快速术前规划https://mp.weixin.qq.com/s/Eq4qVIXTq1jm7Tcx3XLdfg）。（这里提一下，开窗的演示也可以通过Volume clip模块，建立ROI区(开骨窗需要减去的模型部分)，实现手术视角的模拟，通过手术角度观察局部解剖，并规划手术切口及开窗部位及大小，但通过Volume clip模块的开窗演示是方形的骨窗，而通过上述PRISM Rendering或Volume Rendering Special effects的开窗演示是球形的，这里就不再详述。）

小结：

3Dslicer软件强大的神经影像重建技术允许神外医生提前计划甚至是模拟手术的步骤。众所周知个体之间解剖是有差异的，本方法基于患者本身解剖及自身提供的影像数据，通过真实数据的渲染测量及双圆定位法，来定位横窦-乙状窦交点的想法是有趣的，且是可行有效的，这样的定位及开窗演示对个体化开颅是有帮助的。利用PRISM Rendering或Volume Rendering Special effects定位横窦-乙状窦角及开窗，仅通过原始数据的渲染，就能很好的定位及演示开窗，既减少了重建模型的繁琐步骤，节省了大量建模时间，且能弥补建模后一些细节的丢失，学习曲线简单，一般医生均能快速掌握，可以快速，简洁，清晰，方便的定位横窦-乙状窦交角，避免了静脉窦的损伤，减少了骨质缺损，在手术早期判断静脉窦的位置和开颅的方向，为开颅和硬脑膜剪开提供了良好定位和显露，同时有利于术后骨瓣的解剖复位，减少了人工材料的植入及术后脑脊液漏和感染的发生。相较于之前报道的横窦-乙状窦交点定位方法，此方法更为快捷，易于术中操作。

以上内容仅代表个人观点及心得体会，不足之处希望各位老师能及时批评指正。各位老师，如果您有更好的方法，期待您的分享。

参考文献：

1、Lei Xia, Mingshan Zhang, Yanming Qu, Ming Ren, Haoran Wang, Hongwei Zhang, Chunjiang Yu, Mingwang Zhu, Jianhua Li (2012). Localization of transverse-sigmoid sinus junction using preoperative 3D computed tomography: application in retrosigmoid craniotomy. Neurosurg Rev, 35(4), 593–599. doi:10.1007/s10143-012-0395-0

2、Zhou C , Evins A I , Boschi A , et al. Preoperative identification of the initial burr hole site in retrosigmoid craniotomies: A teaching and technical note[J]. International Journal of Medical Robotics and Computer Assisted Surgery, 2019, 15(3). doi:10.1002/rcs.1987

3、杨吉鹏, 邱翔, 李晓瞳,等. 3DSlicer软件在乙状窦后入路开颅术中的应用[J]. 脑与神经疾病杂志, 2021, 29(2):5.

作者简介

李新军 医师

个人简介

九三学社，（1980.05-）山东莱阳人，主任医师，硕士研究生导师，中国中医药研究促进会（CRACM）青年专家组委员，四川省住院医师规范化培训骨干教师，2007年西南医科大学神经外科学硕士毕业，工作于四川省德阳市人民医院神经外科，一直从事神经外科工作，临床经验丰富，熟悉神经外科常见病及多发病的诊治，擅长颅内肿瘤、脑出血、颅脑损伤、脊柱脊髓疾病等的临床诊治及显微手术，在《中华神经外科杂志》、《中华神经医学杂志》、《中华神经外科疾病研究杂志》、《国际神经病学神经外科学杂志》《中国临床神经外科杂志》《中国微侵袭神经外科杂志》《NEURAL REGENERATION RESEARCH》《CRTER》等国内外核心期刊发表论文40余篇，其中SCI收录5篇。实用新型专利15项，国家发明专利3项，主编专著3部。主持市厅级以上课题5项，参研省部级课题多项。获得四川省科技厅一等奖一项，四川省医学科技奖三等奖一项，市优秀科技论文一等奖、二等奖多项。

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来源：神外世界