虚拟现实技术在颅底外科中的应用 （附34例分析）

    作者：杨德林    作者单位：复旦大学附属华山医院神经外科， 上海 200040     【摘要】  探索虚拟现实技术在颅底外科手术中的应用价值和使用方法。 方法 对34例颅底病变病人于手术前采集头部MRI、CTA、MRV、MRA，在虚拟现实工作站Dextroscope进行影像融合和手术入路设计。记录治疗效果、术后脑血管损伤并发症发生情况和Karnofsky生活质量评分 （KPS）。 结果 32例肿瘤病人中，肿瘤全切除27例 （84.4%）；2例难治性脑脊液耳漏均封堵成功。术后仅发生脑血管损伤并发症3例。出院时KPS （86.47 ± 9.6） 分，术后6个月达 （91.17 ± 9.2） 分，但P ＞0.05。 结论 采用虚拟现实技术有助于明确颅底疾病诊断和分析复发病例手术失败原因；且能在术前计划筛选出最佳的个性化手术入路，为手术中保护血管结构、减少并发症及获得良好的术后生活质量打下坚实基础。

    【关键词】  虚拟现实 磁共振成像 颅底外科

    Application of Dextroscope virtual reality technology in skull base surgery: analysis of 34 cases

    YANG Delin1,2, XU Qiwu1, CHE Xiaoming1, et al.

    1. Department of Neurosurgery, Huashan Hospital, Fudan University, Shanghai 200040, China;

    2. Neurosurgical Department, Shanghai Medical College, Fudan University, Shanghai 200032, China

    Abstract:  Objective  To explore the use value and use methods of virtual reality technology in skull base surgery.  Methods  Before operation, image data such as head MRI, MRA or MRV and CTA of 34 patients with skull base lesions were collected. Image registration and surgical approach designs were made by Dextroscope. Surgical treatment results, complications related to cerebral vessels injury and Karnofsky performance score (KPS) were recorded.  Results  Total resection rate of tumors in 32 tumor patients was 83.4% (27), and refractory CSF leakage was stopped completely in 2 patients. Complications related to cerebral vessel injury were seen only in 3 patients. KPS at discharge was 86.47±9.6, while that at the 6th month after the surgery reached 91.17±9.2 (P > 0.05).  Conclusion  Application of virtual reality technology in skull base surgery can help to make certain diagnosis and analyze causes for surgical failure in recurrence cases and select the optimum surgical approach in preoperative plan, thus laying a solid foundation for protecting cerebrovascular structures, reducing the complications and achieving better quality-of-life after surgery.

    Key words:  virtual reality;  skull base surgery

    虚拟现实 （VR） 技术将各种模式的影像学资料融合，使用者可在计算机产生的虚拟三维空间与计算机交流，进行术前计划设计[1]。在颅底外科手术中使用VR技术的报告较少。自2005年11月~2007年1月，我科对接受手术治疗的34例颅底病变病人于手术前使用VR技术进行手术入路设计，均取得较好疗效，现对其使用方法和应用价值进行研究。

    1    对象与方法

    1.1    临床资料    男16例，女18例；年龄32~69岁，平均 （57.8 ± 7.4） 岁。初始症状：脑神经功能障碍18例，共济失调6例，内分泌障碍2例，头痛3例，颈部不适3例，听力下降伴外耳流液2例。病变位置：颈静脉孔区6例，岩斜区13例，颅颈交界区5例，海绵窦区3例，颅中窝区7例。病变类型：肿瘤32例，其中脑膜瘤14例，神经鞘瘤11例，脊索瘤3例，转移瘤2例，皮样囊肿2例；难治性脑脊液漏2例。本组复发性者8例，其中肿瘤7例，脑脊液漏1例。

    1.2    手术及其入路    对32例肿瘤病人，根据VR系统显示的肿瘤与脑血管和脑干等神经结构的关系，确定手术入路与个体化的手术方案；对2例脑脊液漏病人，根据工作站找到瘘口位置，确定手术入路。使用Kamofsky生活质量评分 （KPS） 标准，在出院时和术后6个月随访时进行评估，所得结果使用统计学软件进行处理。

    1.3    仪器设备及图像处理方法    应用GE 3.0 Tesla Signal Horizon磁共振扫描仪 （GE medical 美国），标准头部线圈；CT使用Simens 64排Light Speed CT机。Dextroscope工作站 （Volume Interactions公司，新加坡），软件Radiodexter1.01版本。图像采集方法：术前1~3 d对病人行MR、MRA和 （或） MRV影像数据采集。MR平扫及增强扫描运用导航序列扫描方式采集影像：T1加权三维快速偏导相梯度回波序列，重复时间 （T） /回波时间 （TE） = 9 ms/2 ms，翻转角 = 25°，层厚 = 2 mm，间隔 = 0 mm，矩阵尺寸 = 256 × 256，水平位扫描范围自鼻尖至颅顶；静脉注射顺磁性造影剂 （钆喷酸二甲葡胺） 后行增强扫描。MRA及MRV扫描：采用三维时间飞越法，层厚 = 2 mm，矩阵尺寸 = 512 × 512。CTA扫描：扫描前静脉推注欧乃派克，行连续、无间隔、无重叠、非螺旋方式水平位薄层扫描，层厚 = 1.25 mm；矩阵尺寸 = 256 × 256，无成角扫描。把影像数据输入Dextroscope工作站，进行图像融合。

    2    结    果

    2.1    总体疗效    32例肿瘤病人中，肿瘤全切除27例 （84.4%），次全切除3例，大部分切除2例；其中7例复发性肿瘤全切除6例 （85.7%）。2例脑脊液漏病人手术均成功封闭瘘口。本组术后发生脑血管损伤并发症3例。KPS出院时 （86.47 ± 9.6） 分，术后6个月达 （91.17 ± 9.2） 分 （表1）。

    2.2    典型病例    例1，女性，16岁。因头痛2年入院。神经系统无阳性体征。MRI扫描显示：右侧颅中窝底类圆形占位性病变，不排除巨大动脉瘤可能，建议行DSA检查。在术前Dextroscope计划中发现：该病变与其周围血管之间没有动脉瘤颈样结构，基本排除了动脉瘤的可能性，可不做全脑血管造影检查。模拟手术发现：虽然肿瘤的位置较低，但在保留颧弓的情况下，仍能全面显露及切除肿瘤 （图1）。

    例2，男性，45岁。因三叉神经鞘瘤复发3个月入院。体格检查：仅左侧轻微面瘫，左侧角膜反射减弱。术前计划：肿瘤位于颅中后窝，以岩尖为中心，大部分位于幕上。从原手术骨窗中心向肿瘤最远端测量距离为91.0 mm，而从颞底经天幕入路骨窗为中心测量该距离为75.8 mm。Labbe静脉注入横窦处至静脉窦距离为24.3 mm （图2）。

    例3，男性，42岁。因左耳溢液6年入院。曾接受手术治疗5次，仍未修复。神经系统检查仅存在右侧听力稍减退。术前行CT薄层扫描。Dextroscope工作站进行三维重建，发现漏口位于岩骨弓状隆起近鼓室盖上。根据手术前定位，采用左侧颞部入路，顺利找到硬膜缺损部位，与术前判断吻合。手术成功封闭瘘口，随访无复发 （图3）。

    3    讨    论

    近年来，随着影像学的飞速发展，越来越多计算机技术手段应用于颅底外科手术。早期电子计算机辅助颅底外科 （CAS） 个案手术国外已有报告；近期涉及多个学科领域的VR技术作为CAS的一个重要分支，亦开始应用于神经外科领域[2-4]。

    VR技术最早运用于虚拟脑室镜和脑血管重建方面[5-6]。Dextroscope工作平台是目前国内外近几年常用的VR工作系统。2000年，Kockro等[7]报告对21例颅内外肿瘤和脑血管病病人使用立体VR技术进行手术前计划的经验。2006年，Rosahl等[8]在颅底肿瘤手术中使用VR技术，探究其在颅底肿瘤手术中的指导作用。国内关于VR技术在颅底外科应用方面尚缺乏详细报告。

    本组通过对34例颅底病变病人手术前使用VR技术Dextroscope工作站，获得了颅底肿瘤84.4%的全切除率，其中复发性颅底肿瘤全切除率达85.7%，而脑血管损伤并发症发生率仅为8.8%。下面即就该工作站在颅底外科的使用价值和体会进行总结。

    在颅底外科疾病诊断和治疗上，Dextroscope提供了非常直观的三维图像，使得鉴别诊断更加容易，可省去不必要的检查，为病人带来便利。如例1中，如果根据头部MRI和CTA提供的信息，无法排除颅内巨大动脉瘤的诊断，需行全脑血管造影；另外，为充分暴露颅中窝底，应选择去颧弓翼点入路 （图1A、1B）。但通过Dextroscope工作站三维立体图像，术前基本排除了动脉瘤的可能性；在模拟手术中通过改变视野角度可以充分暴露肿瘤基底，因此，采用改良翼点入路更为合理，最终没有去除颧弓，最大限度地保护了病人的面部结构 （图1 C、1D）。

    Dextroscope工作站不仅有助于明确诊断，更为提供个性化病理解剖，设计合理手术入路以减少手术中对血管的损伤等方面创造了有利条件。术中血管损伤的原因除手术操作技巧外，主要是因为术前对肿瘤和血管位置关系估计不足，解读不够精确。在应用VR技术前，通常使用MRV、MRA、CTA及DSA等模式影像与MRI相互参照，判断肿瘤与血管之间的关系，这需要术者在脑内将两维图像与三维图像整合；此外，由于术前整个团队与术者在手术思路方面信息不便共享，不利于贯彻执行术者整体手术思路。而Dextroscope工作站几乎可以把各种显示血管的图像以DICOM格式输出，可融合CTA、MRA、MRV、DSA和MRI图像，以直观的三维立体形式表现颅底的大血管及其主要分支与肿瘤是否存在包裹、受压、推移；甚至还可通过导航序列增强MRI直接显示脑叶表面的血管，如颞底Labbe静脉与同侧乙状窦的汇入关系等。这样，整个团队可以方便地在工作站上进行直接沟通、讨论手术入路。

    我们体会：在处理岩尖和颅中后窝骑跨肿瘤时，肿瘤的基底通常位于岩骨脊两侧，选择颞底经天幕入路可以尽早处理肿瘤的基底，减少手术中出血。但该入路要求术前明确颞底Labbe静脉解剖形态和汇入静脉窦的位置是否属于前置型，因为前置Labbe静脉会由于术中容易牵拉颞叶造成损伤而导致相当严重的脑水肿[9]。以往有使用头部CTV判断Labbe是否属于前置型的报告，但CTV图像采集需要掌握好静脉显影时间。其他方法如MRV显示不清，有伪影；DSA属于有创检查，不方便。而Dextroscope利用头部增强MR显示皮质静脉和静脉窦，容易测得Labbe静脉汇入点与静脉窦的距离。例2中，肿瘤横跨颅中后窝，术前计划中测得Labbe静脉在横窦注入点与静脉窦距离为24.3 mm，可选用颞底经天幕入路；结果手术顺利全切除肿瘤，术后恢复顺利。

    Dextroscope有助于分析手术入路的科学性，尤其是在治疗复发性颅底疾病时，能提供更加科学的手术计划。如例1最终选择了标准翼点入路，没有去除颧弓，手术亦能充分显示肿瘤的基地，完全切除肿瘤，且避免行DSA检查和面部结构损伤。部分肿瘤复发源于手术前入路设计不合理，未能充分暴露肿瘤，导致未能全切除。在例2中，通过比较发现：原手术骨窗与肿瘤最远端距离明显长于本次入路设计，其骨窗显露也小 （图2B），由于手术入路选择不当，使原本可以一次全切的肿瘤未能全切；采用VR技术后，第2次手术全部切除了肿瘤。例3因脑脊液耳漏反复手术，均未获得成功，其失败原因主要是因为手术前均未准确定位瘘口；利用VR技术后，确定瘘口位于岩骨弓状隆起，采用颞底入路成功封闭了瘘口。

    本组出院时KPS为 （86.47 ± 9.6） 分，半年随访后升至 （91.17 ± 9.2） 分。手术后生活质量可能与手术中血管损伤较少有关，这与手术前的充分准备是密不可分的。

    总之，利用Dextroscope影像融合和VR技术对颅底外科病人，尤其是复杂难治性、复发病例进行手术前计划和模拟手术，有助于手术前明确诊断和分析手术失利原因，更加有针对性地准备手术；且有助于筛选最佳个性化的手术入路，为手术中保护血管结构，减少并发症及获得良好的术后生活质量创造有利条件。

【参考文献】[1] 张晓硌, 吴劲松, 毛颖, 等. 虚拟现实技术在神经外科术前计划中的应用 [J]. 中华显微外科杂志, 2006, 29(6): 415- 418.

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[3] SPICER M A, APUZZO M L. Virtual reality surgery: neuro- surgery and the contemporary landscape [J]. Neurosurgery, 2003, 52(3): 489-497.

[4] SPICER M A, VAN VELSEN M, CAFFREY J P, et al. Virtual reality neurosurgery: a simulator blueprint [J]. Neuro- surgery, 2004, 54(4): 783-798.

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[7] KOCKRO R A, SERRA L, TSENG-TSAI Y, et al. Planning and simulation of neurosurgery in a virtual reality environ- ment [J]. Neurosurgery, 2000, 46(1): 118-137.

[8] ROSAHL S K, GHARABAGHI A, HUBBE U, et al. Virtual reality augmentation in skull base surgery [J]. Skull Base, 2006, 16(2): 59-66.

[9] 施炜, 徐启武, 车晓明, 等. 经颞底-小脑入路切除骑跨岩尖的中后颅窝肿瘤 [J]. 中华医学杂志, 2005, 85(46): 3292- 3295.