3D-Slicer重建CTA在顱內動脈瘤夾閉術后隨訪中的應用

蘇 慧 黃舒心 吳 玥 姬 將 文萌萌 薛曉娟 肖新廣,*

1.鄭州大學附屬鄭州市中心醫院放射科 (河南 鄭州 450001)

2.新鄉醫學院三全學院 (河南 新鄉 453000)

開顱夾閉術是動脈瘤治療的主要方法之一，術后死亡率、復發率高，術后及時隨訪至關重要[1]。目前已經有大量的研究表明CT血管造影在動脈瘤夾閉術后評估中具有無創、安全、高效等優勢，隨著醫學新設備及新計算機技術的發展，CTA結合其多種后處理技術可以作為術后復查的首選方法[2]。瘤體夾閉不全、遠端閉塞、瘤夾脫落、術后出血以及梗死等均是開顱夾閉術后的常見并發癥，CTA在動脈瘤夾閉術后評估方面具有出色的應用價值[3]。與以往不同的是，本研究將使用第三方3D-Slicer軟件在個人電腦機上進行個體化的圖像后處理，從臨床醫師的角度對動脈瘤進行重建、評估，擺脫過度依賴放射科醫師“做圖、看圖”的局限性，提高影像資料的臨床使用價值?？紤]到基于該第三方軟件重建的CTA真實性、可靠性是不可忽視的重要問題，本研究以此為出發點通過與放射科所使用的傳統工作站定性、定量對比來評價其臨床應用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料納入2020年6月至2022年6月因急性蛛網膜下腔出血高度懷疑動脈瘤破裂就診于鄭州大學附屬鄭州市中心醫院神經外科經DSA確診后且行開顱夾閉術的患者為研究對象，回顧性收集患者術后2周左右CTA復查影像資料。排除無法完成CTA檢查、檢查后圖像質量欠佳無法評估患者之后，共收集符合標準患者共57例。男性31例，女性26例；年齡29～55歲，平均年齡54.9歲；Hunt-Hess分級Ⅰ級12例，Ⅱ級27例，Ⅲ級17例，Ⅳ級1例。合并急性期血腫形成8例，行動脈瘤夾閉+血腫清除術6例。

1.2 影像資料獲取與后處理圖像的獲取采用西門子雙源64排(SOMATOM Definition Flash)設備采集患者CTA圖像。經高壓注射器從右肘前靜脈注射非離子型對比劑碘佛醇60-70mL(370mgI/mL)和0.9%氯化鈉溶液50mL，注射速率4.0～5.0mL/s，延遲15-20s后從顱底向顱頂開始掃描。手術后CTA原始數據拷貝至Slicer軟件的個人電腦端之后，結合結合MPR、MIP以及VR板塊重建CTA進行觀察，并且在三維視窗下測量夾閉后責任動脈輸出端管徑(如圖2)。按照同樣的方法在放射科后處理工作站(本研究使用西門子Syngo.Via工作站來處理)完成以上判閱和測量。所有最終結果均由神經外科和放射科醫師各一名盲發獨立分析判閱之后，且所測管徑大小取二次測量的平均值，若兩次測量結果相差較大時，則重新測量。

1.3 觀察指標及評判方法CTA的判閱內容包括：(1)圖像質量分析，評判標準為若兩名醫師均認為圖像可用于術后評估則為“合格”，若至多有一位醫師認為圖像可用于評估則為“不合格”。(2)動脈瘤夾閉完全與否、動脈瘤有/無新生或者復發、載瘤動脈的是否通暢以及術后腦實質并發癥(出血、梗死)。(3)夾閉動脈管腔直徑。

1.4 統計分析責任動脈管徑計量資料使用(±s)表示，將基于3D-Slicer重建后三維視圖下所測載瘤動脈管徑與放射科工作站所測結果行兩配對樣本T檢驗進行差異性分析，借助使用SPSS軟件完成統計分析，P<0.05為差異有統計學意義；兩種方法所測結果使用Medcalc 18.5.0采用Βland-Altman法進行一致性檢驗。

2 結 果

57例患者中確診69個動脈瘤，其中多發動脈瘤7例(3例2個、3例3個、1例4個)。動脈瘤夾閉63個。術后CTA示圖像質量合格52例，不合格5例，隨后該5例患者另行DSA復查。具體數據見表1。52例CTA圖像合格患者中2例患者夾閉不全其中1例再次手術；2例患者夾閉后各新生動脈瘤1個；所有患者術后動脈瘤通暢，9例患者夾閉后顱內動脈廣泛痙攣，造影劑淺淡。術后合并腦出血3例，腦積水5例，腦梗死1例。以上結果與放射科工作站觀察結果一致。

表1 動脈瘤分布情況及術后CTA兩個方法重建圖像質量(例數)

兩種后處理方法所測載瘤動脈出口管徑分別為：2.41±0.575mm(Slicer)、2.47±0.72mm(工作站)，二者無統計學差異t=-0.583，P=0.56。Βland-Altman分析結果顯示：Slicer與放射科工作站所測載瘤動脈管徑平均誤差-0.063mm，有6.3%(4/63)的點在95%可信區間外，其95%誤差范圍(-0.108mm～0.018mm)，如圖1。

圖1 兩種方法所測管徑對比

圖2A-圖2D 右側大腦中動脈分叉處動脈瘤夾閉術后CT復查；圖2A 放射科工作站處理VR；圖2B 3D-Slicer處理VR；圖2C 3D-Slicer處理MIP，更細致顯示瘤夾形態 (黃箭頭)；圖2D 3D-Slicer處理MPR：瘤夾上方腦實質新發缺血性改變。圖3A-圖3D 大腦前交通動脈瘤1例；圖3A 術前3D-DSA診斷；圖3B 3D-Slicer處理CTA術前診斷(黃色箭頭)，骨窗設計；圖3C 開顱夾閉動脈瘤；圖3D 術后復查CTA，VR顯示瘤體夾閉不全。

3 討 論

顱內動脈瘤全球危害人類健康的最重大疾病之一，全球的發病率約人口的1-5%[4]，顱內動脈瘤一旦破裂若不及時的治療導致不可逆腦損傷甚至死亡。顱內動脈瘤的治療有兩種方法：血管內治療和外科治療。迄今為止，兩種方法的選擇一直以來都是爭論不休的問題。大多數動脈瘤首先選擇血管內治療，只有當介入治療風險較大或者考慮患者經濟負擔較重時，開顱夾閉才成為主要治療方法[5-6]。顱內動脈瘤瘤體和瘤頸的最大限度的閉塞阻斷瘤體血供是手術治療的主要目的。相比于介入栓塞，開顱夾閉術能更徹底解決破裂再出血的問題，且手術成功率高，復發率低，有研究表明每年夾閉術后復發率僅約0.02%-0.52%[7-8]。動脈瘤夾閉術后再次破裂出血或瘤夾異常所導致的病情危急，治療難度大，死亡率高[9]，所以進行定期的影像學隨訪以確認手術效果非常有必要[10]。研究表明[1,11]CTA在動脈瘤夾閉術后評估及并發癥診斷方面有較大優勢，可作為術后隨訪的首選方法。

臨床工作中，神經?？漆t師在病房中通過PACS終端查看由放射科醫師經放射后處理工作站處理后的術后CTA圖像。神經?？漆t師和放射科醫師就顱內動脈瘤的診療存在不對稱性，放射科醫師更注重疾病診斷，對于術后影像評判顯得經驗不足，且夾閉術后新發小動脈瘤可能會因放射醫師后處理圖像不當造成信息丟失進而造成漏診或誤診情況常有發生。所以從神經外科診治醫師角度來看即便是標準化后處理CTA，因專業分工不同也難免造成個體化信息的丟失。此外放射科CTA后處理的操作者多數是經驗淺淡的年輕醫師，這些年輕醫師經過影像專業培訓后按照統一標準來處理CTA，處理后圖像不能很好的迎合神經?？漆t師的需求，因此致使影像資料不能更好的滿足臨床需求。3D-Slicer是一款開源、免費和可擴展的醫學圖像處理和可視化的醫學圖像處理和分析應用平臺[12]，其具有廣泛的功能、擴展性好、平臺獨立和無限制的軟件許可等，這些特征正是其他同3D-Slicer功能相似的商業和開源軟件工具或工作站不具備的。近些年來醫工結合越來越緊密，臨床中出現很多可以輔助診療的硬件或軟件，如顱內基于iPhone端虛擬-增強現實投影下血腫輔助清除術、多模態設備精準顱內腫瘤定位以及3D-Slicer軟件輔助顱內動脈瘤切除等[13-15]。亦有研究者報道[16-17]基于3D-Slicer重建CTA在顱內動脈瘤診斷及大小的測量均有令人滿意的效果，但是目前還尚未見將該軟件應用于動脈瘤夾閉術后影像評估的相關報道。

本次研究所有動脈夾均為鈦夾。本研究共有57例69個動脈瘤，夾閉63個，術后5例CTA圖像欠佳，分析其原因發現其中1例因前交通和左側大腦中M1段各放置一枚動脈夾，二者位置較近，金屬偽影較重；2例為頸內動脈床突段動脈瘤，因為瘤夾的位置與顱底骨鄰居，兩者間CT值差異較小使得重建后動脈夾結構顯示不清；1例因動脈夾位置欠佳，動脈夾水平方向產生線束硬化偽影遮擋局部載瘤動脈。另外1例原因不詳，可能于瘤夾走向與掃描基線方向平行產生較大偽影有關[11]。本次研究中3D-CTA的重建我們使用“Volume Rendering-CTA”模塊直接進行三維體積渲染得到VR圖，重建后的VR圖中偽影小，動脈夾位置、瘤體殘余情況、以及載瘤動脈通暢性清晰可見，還可以了解瘤夾的形態、張開度；同樣3D-Slicer也能夠實現剪影CTA，但是我們發現結合使用“Subtract Scalar Volumes”模塊進行剪影處理時局部瘤夾及鄰居顱底骨的血管常一并減去使得剪影后圖像不完整，相比工作站會出現更多的多減、誤減區域，這也是與商業工作站相比美中不足之處。MIP重建使用“Volume Rendering-MIP”模塊并配合閾值條、對比度和透明度調節完成，MIP對于觀察瘤夾的具體形態及張開度比VR更為出色，但是無法進行任意角度旋轉。MPR是利用交叉三平面對原始圖像觀察，對于載瘤動脈的通暢性更有精準，往往作為VR和MIP顯影欠佳時的備選。本次研究研發現傳統工作站和3D-Slicer對于CTA后處理成像效果近乎等效，但是商業的工作站操作更加方便、省時、高效。夾閉術后的血管形態及血流動力的改變，被認為是預測瘤體復發、血管痙攣性灌注異常等重要因素[13,18-20]，本次研究選取載瘤動脈距離瘤夾相同的距離(2.0cm)出口處測量管徑大小，結果證實基于Slicer重建3D-CTA對于管徑大小的呈現幾乎等同于傳統放射科工作站。另外我們也曾將Slicer重建3D-CTA用于輔助神外醫師制定多發動脈術前規劃(如圖3)，尋求一次最佳入路力求多個目標瘤體夾閉，不僅縮短了術程、減少術后并發癥，而且也加速了年輕神外醫師的培養進程。另外不得不說是，3D-Slicer尚未得到國家食品藥品監督管理總局(CFDA)認證，影像處理算法以及臨床應用轉化的可靠性還有待于多中心研究驗證，目前僅可作為一種科研工具應用于臨床工作[12]。

本研究局限性：(1)本研究為回顧性研究，納入的患者更多是位于前循環動脈瘤，難免會造成選擇偏倚；(2)載瘤動脈管徑的測量在不同測量者間或同一測量不同次測量間都會存在隨機測量誤差；(3)本研究為單中心、小樣本量研究，統計力度不夠，仍需要大樣本量及多中心的研究進一步提高說服力。但有意義是它給我們提供一種額外可供選擇的CTA后處理方法，幫助臨床醫師完成動脈瘤夾閉術后CTA隨訪擺脫對于放射科醫師的過度依賴，讓影像資料能更好的服務于臨床。筆者及其他臨床應用者在實際工作中的使用體會：(1)首診病例使用放射科影像后處理方式，待手術或者往期復查病例使用3D-Slicer重建不失為一種更好的選擇；(2)對于放射科回報為動脈瘤陰性且臨床高度懷疑的病例，臨床醫師可使用3D-Slicer軟件重建CTA進行二次復診用以排除放射科診斷醫師因主觀因素造成的誤診；若發現有動脈瘤即可當場模擬制定手術計劃，提高了工作效率；(3)使用該“移動影像工作站”可在病房為不具有閱片能力患者及家屬提供直觀視覺體驗，從而減少溝通時間、改善醫患矛盾；(4)影像數據的可視化方便了醫生之間的交流，幫助高年資醫師教學指導實現抽象到具體的轉變，同時也加速了青年醫師的成長速度、激發探索疾病新診治方法的興趣。

本次研究發現CTA對于顱內動脈瘤夾閉術后隨訪具有較大價值，3D-Slicer軟件可以完成多種后處理操作，且效果令人滿意，可以視為一種有效的臨床影像圖像后處理工具協助醫師完成動脈瘤夾閉患者術后病情隨訪評估。當今正處于數字醫學蓬勃發展，在傳統醫療模式的變革時代，新時代背景提出“數字醫療、精準醫療”的診療理念，Slicer的臨床應用可更為充分的利用個體影像資料便于個體化的診療，這也是踐行新理念的重要舉措。