徐小峰,张新定

(兰州大学第二医院 神经外科，甘肃 兰州730000)

相关研究报道1999-2017年期间导致中国人群死亡的疾病，卒中以高死亡率和致残率位居首位[1]，出血性脑卒中约占全部脑卒中的17.1%～55.4%，高血压脑出血(HICH)占出血性卒中患者的75%以上[2]，因此HICH的诊断和治疗尤为重要。3D slicer凭借其操作简单、精准、廉价等优势，有希望成为替代的微创血肿清除理想方案，本文就3D slicer在HICH中的应用展开综述。

1 3D slicer软件简介

1.1 3D slicer发展背景3D slicer软件是由麻省理工学院的人工智能实验室和美国波士顿布里格姆妇女医院手术计划实验室在1998年联合开发的三维可视化医学图像处理平台，我国最早由解放军总医院陈晓雷教授应用并推广[3]。用户可在http://download.slicer.org网站进行下载,每年下载超过75000次[4]。

1.2 3D slicer的使用方法早年外科医生通过3D slicer软件在电脑上实现血肿的体表投影并截图，再调整图像的透明度载入手机软件，安卓手机sina软件、苹果手机系统工具，从而实现增强现实技术(Augmented Reality，AR，此技术通过显示设备将计算机创建的虚拟物体重叠与现实环境中，软件或APP负责视觉算法和图形渲染，最后投射到显示器或手机屏幕上)，与患者头颅匹配从而确定血肿的位置。然而这种方法存在一些问题：(1)镜头焦距会产生缩放和畸变，3D slicer截图时图片放大比率和手机焦距放大比率需一致，但如何计算不得而知。(2)此方法并不是严格意义上的AR，只适用于正侧方或正顶部。(3)扫描CT和定位时患者头位摆放和虚拟图像截取角度都有要求。因此，2019年推出了“普视3D”手机APP，在3D slicer中将模型以obj格式导出，后上传至普视的病例库生成模型导入编码，用手机打开普视3D软件选择普通版并输入编码，用户即可360度浏览三维重建图像，并可随意将图像放大、缩小、更改颜色、调整透明度，应用体表定位标志物辅助定位，可极大提高效率和准确性。

1.3 3D slicer的应用目前可融合CT、MRI、DSA、弥散张量成像(DTI)等影像学资料，并三维重建脑沟、脑回、脑室、神经、颅内血管、白质纤维等解剖结构[5]。目前已应用在神经外科多种领域，如脑肿瘤、三叉神经痛、面肌痉挛、脑血管病，甚至是癫痫[6-7]。

2 3D slicer在HICH中的应用

2.1 血肿体积评估血肿体积对于手术指征的把握以及预后的预测具有重要意义。目前临床上多采用多田公式(血肿量=血肿长径×宽径×厚度/2，即V=ABC/2)计算血肿体积，然而此公式只是对血肿的粗略计算，前提是血肿形状近似椭圆形；但临床实践中血肿形状往往不规则，甚至呈分叶状 ，多田公式法的计算误差也会随之增大[7]。XU等[8]的研究指出用ABC/2公式计算血肿体积，尤其是不规则血肿和多叶血肿，误差较大，应用3D slicer进行血肿评估是一种低成本、准确、有效的体积测量技术。

3D slicer不仅可计算血肿体积，还可计算脑室体积。有文献[11]指出双侧颅压的不同使得脑室不对称，中线的移位与其相关，为了将这种不对称性量化，将较大侧脑室体积除以较小脑室体积称为LVR(lateral ventricular volume ratios)。Chen等[12]的研究归纳了188例患者，使用3D slicer软件得出双侧脑室体积并计算LVR，结果表明LVR(>3.7)可独立预测预后不良。

2.2 血肿穿刺置管定位颅内血肿穿刺置管引流术属于微创手术方法，在中等量血肿及老年患者中广泛应用。常用定位方法有神经导航法、立体定向仪法、人工智能等，但操作复杂、术前准备时间长、价格高昂。3D slicer操作步骤简单节省时间且准确性尚可，在该软件引导下结合患者术前CT可完成颅内血肿及颅骨的三维建模，能直观的观察到血肿具体位置，并沿长轴设计模拟穿刺路径，得到通道的穿刺点、穿刺角度及深度，还可在术后精确计算血肿清除率。

赵健等[13]回顾性分析55例HICH患者，25例患者采用3D slicer辅助穿刺，30例简易CT定位法，应用3D slicer个体化设定穿刺点和穿刺路径，3D slicer 组血肿清除率为90.8%±2.3%，简易定位组血肿清除率81.3%±3.5%(P=0.03)，在患者平均住院日、平均住院花费方面，3D slicer 组也明显优于简易定位组 (P=0.038)，但平均随访5.3月发现两组预后GOS评分方面没有统计学差异(P=0.89)，认为3D slicer 软件三维重建制定穿刺路径简单易行，可为高血压脑出血微创穿刺引流术提供准确、便捷的定位指导依据，并提高血肿清除率，缩短住院日并降低住院费用，在基层医院应用前景广阔。张仪彪等[14]的研究结果也支持这一观点，3D slicer定位组血肿穿刺满意率、血肿清除率明显高于对照组，术后 3 个月时3D slicer 定位组患者的日常生活能力显著优于对照组(P<0.05)。3D slicer辅助穿刺还利于血肿早期清除和吸收，魏志鹏等[15]的研究结果显示3D slicer辅助穿刺的患者术后12小时和3天的血肿清除率均高于对照组， 术后血肿完全吸收时间明显短于对照组，差异均有统计学意义(P<0.05)。此外对于年龄大的患者3D slicer辅助穿刺也有较好的效果，伍博等[16]研究纳入60例老年患者，实验组(3D slicer软件辅助定位)平均年龄72.87±8.66岁，对照组73.23±8.11岁，实验组到达预定位置成功率90.0%，术后3天血肿清除率61.9%±7.3%，预后良好。

2.3 血肿手术通道的选择随着神经内镜技术的逐步成熟，目前已成为治疗高血压脑出血的重要手段[17]。相比于传统开颅手术，神经内镜具有创伤小、止血彻底、出血少、手术时间短等优点。3D slicer辅助神经内镜具有一定优势，术前较短时间内即可完成重建，重建图像可根据手术入路选择调整合适位置，颅骨或血肿可以进行自由分割和融合，利于术前评估和制定术前计划[18]。XU等[19]的研究对比了高血压脑出血运用3D slicer辅助内镜手术和传统的开颅手术，内镜组血肿清除率、手术时间、术中出血量、术后6月改良Rankin评分均优于传统开颅组。孙国臣等[20]的研究也认为对于自发性幕上脑内出血，基于AR的方法有助于定位血肿和设计优化穿刺路径和穿刺靶点，联合神经内镜能有效清除血肿，改善患者的预后。

神经内镜下血肿清除术相比传统开颅，血肿的精确定位更为重要，将透明鞘准确放在血肿中心，周围的血块可能会在排空过程中被塌陷的空腔不断地推入鞘层尖端[21]，用这种方法可以很容易地、安全地清除血肿。如果把鞘放在血肿的一侧，外科医生就必须大幅度地摆动鞘以观察相反方向的血栓，这可能增加对周围重要脑组织及血管损伤，导致残余血肿延长手术时间增加颅内感染可能性。因此准确地将鞘的尖端放置在血肿中的正确位置对于这种内镜手术技术是非常重要的。如果只使用解剖标志和CT图像测量进行定位很艰难，因为基底节血肿往往在深部且形状不规则，许多医疗中心会选择导航解决这一问题。然而，在手术过程中导航系统可能会因为血肿腔的明显塌陷和随后的脑移位而变得不准确，大多数情况下导航系统也只用于确保血肿初始进入的准确性，且导航系统非常昂贵在许多发展中地区无法使用，各种低成本的AR解决方案已经被创造出来并用于临床。2020年中国神经内镜下高血压脑出血手术治疗专家共识提出3D slicer软件结合智能手机进行血肿定位为I类推荐、B级证据[22]。Hou等[3]使用3D slicer重建后在IOS系统中使用Easy Tiger Apps，LLC.实现AR定位病灶，在神经内镜下血肿清除，结果显示实际轨道偏移为4.3°±2.1°，血肿中心偏移5.2±2.6 mm，认为该方法能准确定位基底节血肿，有助于微创内镜下血肿清除术。其他文献[23-24]也支持这一观点，认为此技术可以为高血压脑出血的神经内镜微创手术治疗提供准确可靠的定位指导。

还有文献报道[25]在神经内镜手术后3周行DTI检查，使用3D slicer重建锥体束观察受压和破坏程度预测肌力，结果表明锥体束单纯破坏的肌力恢复最差。

3 3D slicer 的优缺点

3.1 3D slicer的优点(1)经济性，3D slicer可以实现类似的功能且软件完全免费。(2)兼容性，3D slicer可以在64位Linux、MacOSX和Windows操作系统中运行，支持多种标准医学图像文件格式[26]。(3)开源性，程序源代码全部开放，算法全部公开，可添加算法和应用模块进行功能扩展。(4)实用性，几乎可以融合所有的影像学资料进行模拟、三维重建，并能提供距离、面积、体积等定量参数，可用于3D打印、交代病情、手术规划与预演。

3.2 3D slicer的缺点(1)虽然3D slicer定位相比解剖定位更为精准，但是由于病变的大小和深度的不同会导致体表投影产生误差，且实现AR时匹配只能通过肉眼缺乏精度反馈。Eftekhar等[27]探讨了3D slicer的精度，使用3D slicer结合sina软件对11例幕上小于3 cm的病灶定位，并使用神经导航系统测量偏差，发现sina定位病灶中心与神经导航系统定位病灶中心相差10.2±2 mm。Chen等[28]用同样的方法，误差为4.4±1.1 mm。Guo等[29]的研究误差则达到13.6±0.55 mm。(2)3D slicer软件数据主要源于术前的影像学资料，不能在手术期间提供位置。(3)3D slicer对于幕上病变是可靠的，然而后颅窝解剖与幕上结构不同，小脑叶重建难以识别，且后颅窝皮质静脉直径小难以在3D slicer重建。(4)此软件目前只有英文版本，血肿的重建简单易上手，深入研究存在一定难度，比如制定术前计划、重建白质纤维等。

4 展望

综上所述，3D slicer辅助治疗高血压脑出血疗效明确，不仅融合了神经导航和立体定向仪精准定位的优点，且简化了术前繁琐的步骤和节省了开支，为广大基层医院提供新的选择。目前普视3D正在开发完善Slam模块，此技术可以实现混合现实技术，当模型和现实物体重合匹配后，可以360度切换视角，模型不会有任何位移，如同在现实中观测，未来期望将此技术与HoloLens眼镜相结合并大力推广至神经外科各个领域。届时3D slicer的运用将会更为规范并得到全面的发展，实现患者利益最大化。