孙 涛 韩善清

骶骨肿瘤切除术适用于原发于骶骨的骨肿瘤和周围组织肿瘤侵及骶骨者两类。由于骶骨肿瘤切除手术的复杂性需要考虑的问题较多，也是骶骨肿瘤手术脊柱外科的难点之一[1-3]。

近年来，以三维(three-dimensional，3D)可视化、3D打印为代表的数字医学技术飞速发展，在骨科医学等临床医学专业应用范围越来越广[4-6]。基于此，本研究探讨了基于3D可视化技术的骶骨3D模型重构方法、流程及在骶骨肿瘤切除术前规划及医患沟通等环节的价值。

1 材料与方法

1.1 一般资料

选取2016年5月南京医科大学第一附属医院因“发现骶骨占位半月”收治的1例59岁女性患者，行CT、MR检查获得医学数字成像及通信(digital imaging and communication of medicine，DICOM)原始数据。患者知情且获得医院伦理委员会批准。

(1)视诊：脊柱生理弧度变直，无明显畸形，腰背部无疤痕，无肿块，局部皮肤无窦道，无破溃。

(2)触诊：脊柱压痛、叩痛(-)，无反射痛，双下肢感觉正常。

(3)动诊：脊柱因疼痛活动明显受限，双下肢股四头肌、胫前胫后肌力V级，踇背伸趾屈肌力V级。双侧直腿抬高实验正常，加强试验(-)，双膝反射、踝反射正常，双侧巴彬斯基征(-)，髌阵挛(-)，踝阵挛(-)。

(4)量诊：双上肢等长等粗，双下肢等长等粗。

1.2 仪器设备

采用SOMATOM Definition双源CT(德国SIEMENS)；Signa 1.5T型MRI设备(美国GE)。

1.3 检测方法

(1)多排CT检查。患者仰卧于双源CT检查床上，取头先进，仰卧位，身体正中矢状面与扫描床中线重合，双手向后高举抱头；采用Bolus Tracking智能団注追踪触发技术，根据患者体重高压注射器以1.2 ml/kg标准注射造影剂欧乃派克，监控层面设置于L1水平，一旦降主动脉感兴趣区CT值＞100 HU，机器自动触发由L1水平向下扫描至耻骨联合下缘。

(2)腰骶椎MR平扫+增强检查。患者仰卧于MRI检查床上，头先进，对腰骶椎依次行矢状位T1WI和T2WI、轴位T2WI和DWI序列、冠状位T2WI并压脂，以及3D-SPACE序列扫描，注射造影剂Gd-DTPA 15 ml后行轴位T1WI、矢状位T1WI、冠状位T1WI扫描。

1.4 3D模型重构

(1)医学影像DICOM原始数据(包括CT和MR)输入Visual Volume 3D重构软件系统(北京维卓致远公司)，在目标区域进行可视化处理计算，生成导出标准镶嵌语言(standard tessellation language，STL)格式的3D网格模型。

(2)目标区域包含肿瘤、神经、骨骼、血管等多种组织，必须采用多分割蒙版创建模型，不同的组织对应一个不同颜色的分割蒙版。肿瘤在MR影像边界轮廓显示清晰、强化明显，运用Segmentation分割工具栏中2D tools手工勾画肿瘤的边界轮廓，如图1所示。

图1 肿瘤边界轮廓分割提取示意图

开启Interpolation差值工具中的3-Dimensional计算出肿瘤的外轮廓，多方向确认自动生成肿瘤的3D网格并存储在影像数据的子层级中。采用同样方法分割提取感兴趣区域内神经，如图2所示。

图2 神经边界轮廓分割提取示意图

CT图像中骨骼密度高，显示清晰，直接使用3D Tools下的Threshold阈值工具可分离出大部分，如图3所示。

图3 骨骼分割提取示意图

本研究中的患者肿瘤侵及骨骼，边缘无法自动选定，需要使用2D Tools手动修复漏选的骨质，并逐层进行骨骼内部填充，即生成骨骼模型。

注入造影剂后强化的血管，密度介于软组织和骨骼，使用3D Tools下的UL Threshold工具提取血管，采用阈值法，设置一个最小值和最大值，密度在此范围的组织都会被选中，如图4所示。

图4 血管分割提取示意图

由于血管内造影剂含量不同，存在细小血管未准确选入和某些密度的松质骨被误选的缺陷，需要借助2D Tools手动编辑工具去除多余的骨骼，添加缺失的细小血管，完成血管的重建。

在结束各种组织模型分割提取后，使用MR和CT均重建的L5椎体和髂骨两个部分来配准模型。所有的模型导入3D s MAX软件中，以肿瘤和神经作为MR中L5椎体和髂骨的子对象，移动并旋转L5椎体和髂骨，将其对齐于CT中的L5和髂骨，完成3D模型的配准工作，最终重建结束。

2 结果

2.1 3D模型重构结果

根据以上步骤，肿瘤、神经、骨骼、血管等组织成功分割提取，完成重构，如图5、图6、图7及图8所示。

图5 肿瘤3D重构效果图

图6 神经3D重建效果图

图7 骨骼重建效果图

图8 血管分割效果图

移动、旋转MR图像L5椎体和髂骨与CT图像中的L5和髂骨配准，最终完成3D模型重构，如图9所示。

图9 3D模型重构整体效果图

2.2 影像诊断

3D模型显示骶骨左前方可见8.2 cm×4.6 cm×7.4 cm软组织肿块影，内部密度不均匀，病变向后方侵犯骶骨，骶骨S3、S4相应椎体骨质不同程度破坏，双侧S2神经根受压，未见明确受累，病灶与S3及以下神经根关系密切；直肠受推压向右前方移位；扫描区域内血管及其分支显示清晰，未见明确的狭窄与扩张征象，肿块见少许供血血管，左侧髂内动脉一分支供血。

2.3 术前手术规划与医患沟通

基于CT和MR二维断面影像的3D重构模型，能够清晰显示扫描区域内空间解剖结构，明确肿瘤的位置、大小以及与周围组织的毗邻关系，神经根有无侵犯，肿瘤有无血管供血，以及供血血管的走形，以便于治疗团队进行充分的术前讨论。考虑到手术风险，从而决定采取两种手术方位，分别从前后两个手术入路进行。在医患沟通环节，患者与家属能够知晓手术存在的巨大风险，医患沟通简便易行、效率提高，大幅降低医患矛盾发生的概率，手术团队心理压力减轻。

2.4 手术步骤

按照术前根据3D重建模型制订的手术方案，分步实施前后两个入路手术。

(1)前入路手术。麻醉成功后取截石位，导尿、常规消毒铺单。取下腹部正中切口长约10 cm，逐层分离皮肤、皮下组织、肌筋膜、肌肉以及腹膜，拨开子宫、膀胱并予以保护，游离直肠后壁，可见骶骨前方的肿块，其质软、包膜完整，予以游离前臂，并置一湿纱布以便后路辨识，再次确认双侧输尿管和子宫动脉未损伤，清点器械、纱布无误，逐层缝合腹膜、肌肉、肌筋膜、皮下组织及皮肤。

(2)后入路手术。患者取俯卧位，常规消毒铺单，骶骨正中线取纵行切口，上下长约10 cm，逐层分离皮肤、皮下组织及筋膜，暴露骶骨，可见S3部位一直径约1 cm肿块，稍突起，咬除周围骶骨，尾骨已游离，予以切除，完全暴露肿块，直径约5 cm，其质软，沿肿块周围钝性分离，可见S2神经与肿块无粘连，予以分离保护，S3～5神经与肿块解剖关系不清，无法分离。钝性分离直至可见腹腔内纱布，完整取下肿块和腹腔内纱布，大量生理盐水冲洗，可吸收止血明胶止血，清点纱布器械无误，逐层缝合筋膜、皮下组织、皮肤。术中出血1 200 ml，输注悬浮红细胞4.5 U。

术毕麻醉苏醒后患者双下肢活动良好，安返病房。

2.5 术后病理

术后标本病理结果显示，此为骶骨神经鞘瘤，部分区域肿瘤细胞丰富伴一定异型性，局灶可见侵犯骨组织，符合低度恶性。

3 讨论

3.1 3D可视化技术重构模型的必要性

骶骨肿瘤手术相当复杂，主要基于以下原因：①骶骨血运丰富且松质骨多，术中出血多不易止血；②骶管内有垂直走行的马尾神经，分别自相应的骶前孔和骶后孔穿出，术中切断一侧的S3神经，则可发生轻度直肠和膀胱功能障碍，如将两侧S3神经均切断，则会造成严重直肠和膀胱的功能障碍，故术前应考虑并做好患者和家属的工作；③与盆腔脏器关系密切，骶骨前后与直肠相邻，两者之间为直肠后间隔，肿瘤生长过大可与直肠粘连，故有时需切除部分直肠[7-9]。为此，手术切除应根据骶骨受肿瘤侵袭位置与范围选择手术路径，在充分保护肿瘤周围毗邻正常组织、骶神经及重要血管的前提下，选择最佳手术入路，力争全切肿瘤，同时保护相应器官生理功能。

近两年，基于影像数据的3D打印等数字技术在骨科领域的报道不断增多，应用范围越来越广，CT和MR由于成像原理不同，各自有其优缺点[10-13]。CT空间分辨率高，显示细节好，对于肿瘤侵犯骨骼显示优于MR；MR成像主要依靠体内氢质子，可以多方位、多参数成像，密度分辨率高，尤其是对于软组织，对于肿瘤是否侵犯直肠与神经根显示极佳。就本研究病例而言，基于3D可视化技术重构的骶骨肿瘤模型融合CT和MR图像数据信息，立体、直观显示解剖结构，清晰呈现软组织和骨骼等组织，可任意变换角度进行阅读，明确骶骨肿瘤的具体位置、侵及范围以及与周围重要器官的毗邻关系，方便手术方案讨论与制订，以便有效地缩短手术时间，减少术中出血与麻醉时间，有利于患者迅速康复，缩短住院日，降低医疗费用，具有显著的经济效益。对于缺少足够医学知识的患者及家属也容易进行术前沟通和手术方案展示，对于有效降低医患矛盾具有重要的意义。

3.2 3D可视化技术数据要求

患者需要完成相应的检查后，获取原始DICOM数据后才能进行下一步的重建工作。通常DICOM数据要求为：①CT扫描层厚原则上≤1 mm，MRI≤1.5 mm；②重建脉管结构必须保证脉管的HU值与邻近组织的差异＞100 HU；③MRI的空间分辨率相对较低且层厚较厚，较细的脉管分支可能无法被扫描和重建；④通常扫描检查包括不同期相，重建动脉确保动脉期内的动脉被明显强化，重建静脉需确保静脉期内的静脉被明显强化；⑤由于患者的呼吸运动和体位变换会导致脏器内的脉管结构随之变形移位，而脉管结构由不同期相的数据重建而成，可能导致不同脉管之间出现穿插，需要检查前向患者交代后注意事项，训练呼吸，配合完成检查；⑥造影剂量太少或者扫描期相把握不佳会造成脉管结构显影不佳，需要医护人员根据患者体型并结合临床经验适当增加造影剂的注射剂量；⑦对称性分布的组织器官，扫描时需要扫描双侧，以便进行数据比对和虚拟手术规划。

4 结语

基于3D可视化技术重构的骶骨肿瘤模型立体且直观，可明确诊断，在医患沟通、手术方案制订等环节具有广阔前景。随着以个体化、精准化以及数字化为主要特点的外科新时代的到来，3D可视化技术在包括骨科在内的整个外科领域会有飞跃式的发展[14-16]。

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