3D-Slicer软件结合导航无框架立体定向穿刺在脑干出血治疗的应用及预后因素分析

秦庚 牛光明 刘展 陶胜忠 娄金峰 王在斌 葛爽

1郑州大学研究生学院（郑州 450001）；2郑州大学第二附属医院神经外科（郑州 450014）

原发性脑干出血（primary brain stem hemorrhage，PBSH）是一种凶险的神经外科疾病，约占所有颅内出血的5% ～10%，病死率高达70% ～80%，其致死率及致残率均高于其他类型的脑出血［1-2］。脑干局部解剖结构复杂决定其手术难度大、风险高、疗效差［3］。PBSH 的立体定向穿刺术具有创伤小、操作精准、术后恢复快等优势，已成为国内外的研究热点。神经导航下无框架立体定向穿刺是基于精准理念下的立体定向技术和神经导航技术结合的产物，相较于有框架立体定向技术，术前无需安装立体定向框架，简化了术前准备工作，但穿刺精度及可靠性受到质疑［4］。3D-Slicer软件具有强大的影像三维重建及术前规划功能［5］，本研究通过术前3D-Slicer 软件设计穿刺路径结合神经导航下无框架立体定向穿刺治疗PBSH，在提升穿刺精度及手术预后方面做出新的探索，探讨3D-Slicer 软件在无框架立体定向穿刺治疗PBSH 手术中的应用价值并分析手术预后的影响因素。

1 资料与方法

1.1 临床资料 选择2019年1月至2021年6月我院采用3D-Slicer 软件结合导航无框架立体定向穿刺治疗的31 例PBSH 患者作为研究对象。该研究得到郑州大学第二附属医院医学伦理委员会的批准（审批号：2021350）。患者家属均知晓研究内容并签署知情同意书。患者中，男23例，女8例；年龄32 ～71 岁，平均（51.4 ± 10.6）岁；31 例患者均有高血压病史，术前GCS 评分3 ～6 分，平均（4.13 ±0.92）分。影像资料：术前6 h 内对所有患者行头颅双源CT（GE 公司）1.0 mm 薄层扫描，根据患者CT数据经3D-Slicer软件三维重建计算血肿量，31例患者血肿量3.6 ～21.2 mL，平均（9.93 ± 4.43）mL。根据HUANG 等［1］报道的新型的原发脑桥出血（primary pontine hemorrhage，PPH）评分系统评估31 例患者，4 分9 例，3 分12 例，2 分9 例，1 分1 例。根据CHUNG 等［6］报道的原发性脑桥出血CT 分型分为：单侧被盖型（5 例）、双侧被盖型（4 例）、基地被盖型（8 例）、巨大型（14 例）。

1.2 3D-Slicer 软件术前规划 31 例患者术前均将头颅CT 图像以原始DICOM 格式导入到3D-Slicer软件4.10.1中（软件下载地址：https：//download.slicer.org/），应用Segment Editor 模块及Volume Rendering模块体绘制重建出血肿、颅骨、皮肤三维模型，使用Markups 模块设计穿刺路径，原则遵循：（1）脑桥上部合并中脑出血选用幕上穿刺路径（经额中回中部-放射冠-丘脑外侧部-中脑），脑桥中部及合并延髓出血选用幕下穿刺路径（经小脑半球外下部-小脑中脚-脑桥途径）；（2）穿刺路径顺应血肿长轴，穿刺靶点选取血肿腔几何中心；（3）幕上穿刺路径避开功能区，幕下穿刺路径避开静脉窦及小脑幕（图1）。将生成的带有穿刺路径的CT 数据导入进美敦力S7 导航工作站中，根据设计好的穿刺路径设置入路点及靶点，最后完成注册（图2）。

图1 应用3D-Slicer 软件术前设计穿刺路径Fig.1 Preoperative puncture path design

图2 实际术中导航穿刺路径Fig.2 Actual intraoperative navigation by 3D-Slicer of puncture path

1.3 手术流程 患者全麻达成后固定体位，采取仰卧位经幕上穿刺路径患者15 例，采取仰卧头偏位幕下穿刺路径患者16 例，Mayfield 头架固定，光学导航系统完成注册，神经导航定位确定穿刺点，取3 ～4 cm 头皮直切口，磨钻或电钻钻孔，安装精确对准设备并插入Vertek 探针，调整、校对穿刺路径，控制导航靶点校准误差在1.0 mm 以内，并获得穿刺深度参数，达成后锁定路线并固定万象臂及精确对准设备，更换Vertek 探针为活检穿刺针，双极电凝十字剪开硬膜并充分止血，活检穿刺针通过导向装置缓慢轻柔旋转进入脑组织，根据设置穿刺深度进入靶点，固定穿刺路径拔出活检针后放置引流管（法国索菲萨DE-306 160 cm），注射器缓慢抽吸2 mL 陈旧性出血后妥善固定。对于合并急性梗阻性脑积水的患者同时行脑室外引流术。

1.4 术后处理 手术患者术后均进入重症ICU病房行高级生命支持。术后第1 天复查头颅CT 后即应用尿激酶（1 ～1.5 万U）腔内注射辅助溶血，每日1 次，注入尿激酶后夹闭引流管2 h 再次打开，应用时间不超过3 d，3 d 后复查头颅CT，当残余血肿量＜3 mL 或放置引流管天数＞5 d 时拔除引流管。

1.5 术后随访与评估 应用3D-Slicer 软件根据拔管前CT 影像数据计算残余血肿量。术后对所有患者进行电话随访，询问患者术后3 个月预后情况，对于存活患者进行ADL 分级［7］评定：Ⅰ级：完全恢复正常生活；Ⅱ级：部分恢复可独立生活；Ⅲ级：需人帮助，扶拐可走；Ⅳ级：卧床，但意识清醒；Ⅴ级：植物人状态生存。定义ADLⅠ-Ⅳ级为预后较好，Ⅴ级及死亡为预后不良。

1.6 统计学方法 采用SPSS 26.0软件进行统计学分析，计量资料表示为均数±标准差，比较采用t检验；计数资料表示为例（%），比较行χ2检验；等级资料比较行Mann-WhitneyU检验；对单因素分析差异有统计学意义的因素进一步纳入logistic 回归多因素分析影响术后疗效的独立危险因素，并绘制ROC 曲线判断危险因素对患者预后的预测价值，以P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 手术及随访结果 31 例患者手术过程均顺利，术后复查头颅CT 提示引流管均位于血肿腔内（图3）。拔管前复查头颅CT 提示残余血肿量0～13.5 mL，平均（4.7±2.7）mL，血肿清除率（58.1±24.1）%。术后3 个月随访，31 例患者中死亡15 例，病死率为48.4%。对16 例生存患者进行ADL 评级：Ⅲ级3 例、Ⅳ级9 例、Ⅴ级4 例；预后良好12 例、预后不良19 例。

图3 头颅CT 影像Fig.3 CT images of the head

2.2 手术预后影响因素的单因素及多因素分析单因素分析结果提示性别、年龄、合并中枢性高热、合并去大脑强直、脑干出血部位、血肿破入脑室、出血距离手术时间、穿刺入路对患者预后无明显影响（P＞0.05），出血量、血肿分型、PPH 评分、合并脑积水、拔管前血肿量是预后的影响因素（P＜0.05），见表1。进一步纳入logistic 回归多因素分析提示出血量（OR= 1.297，95%CI：0.988 ～1.701，P= 0.043）、PPH 评分（OR= 6.134，95%CI：1.413 ～11.804，P= 0.015）、拔管前血肿量（OR=1.561，95%CI：1.075 ～2.269，P= 0.019）是影响患者预后的独立危险因素。见表2。

表1 PBSH 患者手术预后影响因素的单因素分析Tab.1 Univariate analysis on postoperative prognosis of patients with PBSH 例（%）

表2 原发性脑干出血患者术后预后的logistic 回归多因素分析Tab.2 Multivariate analysis oflogistic regression affecting postoperative prognosis of patients with primary brainstem hemorrhage

2.3 出血量及拔管前血肿量对预后的预测价值对出血量及拔管前血肿量对手术预后情况的预测价值进行性ROC 曲线分析见图4。出血量及拔管前血肿量的曲线下面积（AUC）分别为0.917、0.906，且差异均有统计学意义（P＜0.01），见表3。

表3 各预后因素评价预后的ROC 分析Tab.3 ROC analysis results for prognostic factors

3 讨论

3.1 3D-Slicer 软件结合无框架立体定向技术在PBSH 治疗的应用价值 无框架立体定向技术作为治疗PBSH 的新型微创手段，是经典框架立体定向技术的一种发展形式。其借助神经导航代替传统框架实现血肿定位及穿刺，缩短了术前准备时间，术中操作过程便捷。但相较于经典框架立体定向，其劣势在于穿刺精度较差［4］。部分原因在于神经导航依据“Brown 二点法则”［8］选择二维平面下血肿最大层面中心点作为穿刺靶点，目的使靶点接近血肿的几何中心，但脑干出血大多数呈不规则型［9］，血肿最大层面中心点并不意味着血肿的几何中心；同时二维平面下设计的穿刺路径难以保证引流管平行血肿最大长轴，容易造成引流管位置偏斜、贴壁，导致血肿引流效果不佳。另外神经导航并不具备二维图像自动矫正功能［10］，原始影像数据导入后不同方位的影像均存在一定程度的角度偏差，从而影响入路设计的准确性。

近年来，3D-Slicer 软件在外科手术辅助中的应用备受关注［11-13］。本研究通过3D-Slicer 软件辅助下进行术前穿刺入路设计有以下几点优势：（1）三维直视下选择穿刺靶点位置更加合理，设计穿刺路径也能尽可能平行于血肿长轴，有利于提高穿刺精度及血肿引流效果；（2）穿刺路径能够避开功能区、小脑幕、静脉窦等重要部位，提高了手术的安全性；（3）穿刺入路设计均在术前完成，减少术中导航操作流程进而缩短手术时间。本研究手术患者血肿引流效果良好，血肿清除率达到（58.1±24.1）%，术后3 个月预后良好率为35.5%，高于诸多文献报道结果［1，14-16］。

3.2 PBSH 手术预后因素分析 PBSH 预后因素研究众多，相关国内外文献研究普遍承认血肿量及GCS 评分是内科保守治疗预后因素的有力证据［17-19］。脑干位置深且体积较小，但却是调控体温、心率、血压、呼吸的生命中枢，小剂量出血即刻引发严重不良后果［20］。而意识障碍往往意味着网状上行系统受损，因此大血肿及严重意识障碍预后较差。近年来探讨PBSH 手术预后的研究颇多。TAO 等［21］采取开颅手术治疗原发性脑桥出血的45 例患者行预后因素分析显示除出血量及GCS评分以外，年龄、血肿类型及血肿头尾延伸也与预后相关；刘凤强等［22］采取立体定向穿刺抽吸脑干血肿多因素分析显示血肿分型是影响预后的独立危险因素。由此可见，在不同手术方式干预下影响PBSH 预后的相关因素有所差异。本研究对患者90 d 后功能预后情况进行统计学分析，提示功能预后与出血量、新型脑桥出血评分及拔管前血肿量相关。

血肿体积被普遍认为是评价脑干出血预后的一项重要指标。JANG 等［16］研究表明血肿量＜5 mL是90 d 良好功能预后的预测因子。本研究中血肿量及拔管前血肿量均为手术患者预后的独立危险因素，术前血肿量＞9.00 mL 的患者手术预后不良。本研究中31 名患者均行穿刺引流手术治疗，及时引流血肿能够缓解血肿腔内压力，减少血肿占位效应引起的原发性损伤，同时减轻炎症反应以及血肿降解产物引起的继发性损伤，有效改善脑干功能预后。而残余血肿量＞2.85 mL 的手术患者预后较差，则表明手术引流效果良好的患者更易从手术获益。

目前ICH 评分已被广泛用来评价以及预测脑出血患者的死亡率及预后情况［23］，但该评分对于血肿量及年龄的分段临界值并不适用于PBSH。新PPH 评分根据血肿量及GCS 评分共同制定，研究发现新PPH 评分的30 d 死亡率及90 d 功能预后的预测效能上均高于ICH 评分［1］。目前国内外文献在评估脑干出血预后因素时仍应用GCS 评分作为预后指标［20，22，24-25］，本研究采用新PPH 评分作为手术预后因素指标，通过统计学分析进一步验证了新PPH 评分的预测价值，提示对于术前新PPH评分较低的患者更易通过手术改善功能预后。

本研究纳入样本量较少，统计学分析易产生随机误差，下一步研究可通过增加样本量及随访时长而进一步验证危险因素的预测价值。本研究为单中心回顾性研究，需要大样本量的多中心随机对照前瞻性研究作为证据支持。

综上所述，应用3D-Slicer 软件术前设计穿刺入路能够有效改善神经导航下无框架立体定向穿刺治疗PBSH 的穿刺精度，提高血肿引流效果，手术预后情况满意；出血量、新型脑桥出血评分、拔管前血肿量可能是影响患者手术预后的独立危险因素，出血量小、PPH 评分低以及拔管前血肿量少的患者更易从手术中获益。