【解析】3D打印導(dǎo)板技術(shù)在腦出血微創(chuàng)穿刺引流術(shù)中的應(yīng)用

腦出血是神經(jīng)外科的急危重癥。隨著精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)理念的發(fā)展,微創(chuàng)血腫穿刺引流術(shù)因其簡單﹑安全﹑快速﹑損傷小的優(yōu)勢應(yīng)用越來越多。準(zhǔn)確而安全的穿刺是保證療效和預(yù)防并發(fā)癥的關(guān)鍵,但是臨床上因?yàn)镃T定位誤差﹑術(shù)者操作偏差﹑患者個體差異等因素均可引起穿刺方向﹑距離等出現(xiàn)偏移,導(dǎo)致穿刺失敗。借助于數(shù)字化醫(yī)學(xué)及3D生物打印技術(shù)的快速發(fā)展,筆者等利用數(shù)字化設(shè)計和3D打印技術(shù)研制個體化導(dǎo)板,實(shí)現(xiàn)了個體化的微創(chuàng)血腫穿刺手術(shù)。

資料與方法
一﹑一般資料
選擇自濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院神經(jīng)外科微創(chuàng)穿刺手術(shù)治療的8例腦出血患者。所有患者均為高血壓腦出血,排除腦疝﹑凝血功能障礙病﹑動脈瘤﹑血管畸形。其中男6例,女2例﹔年齡33~80歲,平均55.7歲﹔發(fā)病時間2h~3d,平均14.3h﹔基底節(jié)區(qū)腦出血7例,小腦1例﹔肢體偏癱6例,肢端麻木1例,頭痛頭暈伴行走不穩(wěn)1例。CT示血腫量16~78mL,平均37mL。具體內(nèi)容見表1。本研究取得濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院倫理委員會同意及患者知情同意。

二﹑方法
建立患者頭顱及血腫腔三維模型,設(shè)計穿刺桿使其沿血腫長軸恰好穿至血腫中心周圍�；�于引導(dǎo)桿,通過布爾運(yùn)算獲得導(dǎo)板,予以3D打印,在導(dǎo)板的輔助下穿刺血腫腔,觀察進(jìn)針點(diǎn)﹑進(jìn)針距離及方向和引流管在血腫內(nèi)的位置。

1.虛擬針道設(shè)計和測量：患者取仰臥位,采用高速多排螺旋CT,術(shù)前對患者頭顱進(jìn)行螺旋CT薄層掃描(層厚選擇0.625mm)。將獲得的Dicom格式圖像數(shù)據(jù)存儲于CD或DVD光盤,導(dǎo)入到Mimics17.0醫(yī)用手術(shù)設(shè)計軟件(比利時Materialise公司)中,導(dǎo)入數(shù)據(jù)過程選擇無損形式,在工作界面對手術(shù)區(qū)域頭皮及血腫腔進(jìn)行三維圖像建模。在圖像工作 站上進(jìn)行頭皮及血腫腔結(jié)構(gòu)分析,設(shè)計進(jìn)針點(diǎn)和針道,并測量虛擬的針道長度,完成數(shù)字化的手術(shù)設(shè)計(圖1﹑2)。

2.血腫腔穿刺導(dǎo)板的設(shè)計：將圖像數(shù)據(jù)輸人Mimics17.0軟件后打開三維重建模型,定位三維參考平面,通過軟件設(shè)計最佳的進(jìn)針點(diǎn)和穿刺針道。然后提取頭皮穿刺面的形態(tài),應(yīng)用逆向工程技術(shù)設(shè)計與頭皮結(jié)構(gòu)相匹配的導(dǎo)板。將導(dǎo)板﹑血腫腔針道進(jìn)行貼合,觀察針道與穿刺點(diǎn)對應(yīng)的準(zhǔn)確性。

3.導(dǎo)板的打印：利用國產(chǎn)的激光快速成型打印機(jī)將導(dǎo)板打印出來。材料用ABS樹脂制作,具有較好的強(qiáng)度和硬度。加工完成后,去除支撐材料,檢驗(yàn)貼合面的光滑程度,并檢查導(dǎo)孔﹑導(dǎo)槽的內(nèi)徑與手術(shù)前設(shè)計方案比對無誤后,將導(dǎo)板進(jìn)行體外匹配,觀察針道引導(dǎo)孔的準(zhǔn)確性,確認(rèn)經(jīng)過引導(dǎo)孔穿刺不會損傷顱內(nèi)大血管等。隨后清洗低溫消毒﹑封裝備手術(shù)使用。

4.穿刺手術(shù)方法：對于基底節(jié)區(qū)腦出血患者一般取額部為穿刺點(diǎn),取仰臥位,消毒鋪單后取額部標(biāo)記的位置為穿刺點(diǎn),將包裝消毒好的導(dǎo)板與額部頭皮﹑眉弓﹑鼻根等面部結(jié)構(gòu)進(jìn)行貼合,觀察其匹配準(zhǔn)確性,確認(rèn)后開始進(jìn)行引導(dǎo)下穿刺(圖3)。對于小腦出血取橫竇下方3cm旁正中處為穿刺點(diǎn),穿刺點(diǎn)周圍粘貼2枚電極貼作為Marker點(diǎn),取側(cè)臥位,將導(dǎo)板與枕骨粗隆﹑Marker點(diǎn)等結(jié)構(gòu)進(jìn)行貼合,根據(jù)導(dǎo)板提供的進(jìn)釘點(diǎn),切開頭皮,然后在導(dǎo)板的導(dǎo)引下鉆顱骨孔,建立血腫腔穿刺的針道。按測量針道寬度及長度,選擇合適的穿刺管穿刺,然后連接引流袋并固定。術(shù)后復(fù)查頭顱CT并進(jìn)一步行尿激酶溶凝治療。

結(jié) 果
8例患者術(shù)前均成功進(jìn)行計算機(jī)建模和導(dǎo)板設(shè)計,并進(jìn)行3D打印加工﹔術(shù)中所有導(dǎo)板均能滿意貼附于頭皮表面﹔術(shù)后復(fù)查CT示穿刺引流管的頭端位于血腫內(nèi)顯示為手術(shù)成功,未進(jìn)入血腫顯示為敗。進(jìn)入血腫腔者再分為3型：

(1)引流管頭端位于血腫預(yù)測位置3mm內(nèi)作為滿意﹔
(2)引流管頭端在血腫內(nèi)但偏離預(yù)測位置3mm外作為合格﹔
(3)引流管頭端在血腫內(nèi)但位于邊緣處作為差。結(jié)果顯示8例患者進(jìn)針方位均與術(shù)前設(shè)計的虛擬方案一致,無穿刺失敗,未出現(xiàn)血管神經(jīng)損傷癥狀(圖4)。穿刺精準(zhǔn)度滿意6例,合格1例,差1例。

具體內(nèi)容見表1

討論
準(zhǔn)確而安全的穿刺是保證腦出血手術(shù)治療效果和預(yù)防并發(fā)癥的關(guān)鍵。目前術(shù)中CT定位﹑計算機(jī)輔助引導(dǎo)﹑手術(shù)機(jī)器人輔助等是臨床上較常見的手術(shù)定位系統(tǒng),但它們各有利弊。術(shù)中CT定位在多 數(shù)醫(yī)院比較普及,設(shè)備價格便宜,但術(shù)中操作不靈活,需要反復(fù)調(diào)整穿刺,并且有射線輻射危害﹔計算 機(jī)輔助引導(dǎo)雖然定位精確,術(shù)中可提供實(shí)時的圖像支持,但價格昂貴,還需要安裝定位裝置﹔手術(shù)機(jī)器人是最新的術(shù)中定位手段,它克服了人手抖動缺點(diǎn), 定位精確,但價格極其昂貴,尚未普及。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字化手術(shù)輔助定位系統(tǒng)被越來越多的應(yīng)用于手術(shù),術(shù)前在計算機(jī)上可以精確設(shè)計并模擬手術(shù)方案,術(shù)中輔助指導(dǎo)醫(yī)生將設(shè)計方案完整﹑準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)。

3D打印技術(shù)是當(dāng)今最熱門的生物醫(yī) 學(xué)研究方向之一,通過影像技術(shù)(CT﹑MRI等)資料的輔助,應(yīng)用計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)虛擬出待構(gòu)建體的三維結(jié)構(gòu),然后利用相應(yīng)的材料逐層創(chuàng)建出實(shí)體, 具有高精度﹑構(gòu)建速度快,可實(shí)現(xiàn)按需制造等優(yōu)勢及個性化﹑精準(zhǔn)化﹑遠(yuǎn)程化等優(yōu)點(diǎn),特別適合于醫(yī)學(xué)領(lǐng) 域的應(yīng)用  。這樣數(shù)字化設(shè)計的手術(shù)方案可通過 3D打印手術(shù)導(dǎo)板的方式予以實(shí)現(xiàn)。故而本研究利用數(shù)字化設(shè)計和3D打印技術(shù)研制個體化導(dǎo)板相 結(jié)合,實(shí)現(xiàn)個體化的微創(chuàng)血腫穿刺手術(shù)。

本組8例腦出血病例中血腫位于基底節(jié)區(qū)患者選擇額部為穿刺點(diǎn),在此處穿刺主要是考慮到：采用仰臥位,體位容易擺放,患者舒適,額部沒有顳肌阻擋,穿刺深度容易測量,術(shù)中硬膜上腦膜中動脈分支少,不易形成硬膜外血腫,特別是此處為腦的“非功能區(qū)”,血管分布較少,可避免損傷外側(cè)裂周圍血管和引起穿刺道出血,同時沿血腫長軸穿刺可以更充分引流血腫。1例小腦出血取橫竇下方3cm旁正中處為穿刺點(diǎn),穿刺點(diǎn)周圍粘貼2枚電極貼Marker作為貼合時的類似骨性標(biāo)記點(diǎn)。導(dǎo)板面積一般設(shè)計為4cm×4cm,厚度3~5mm,導(dǎo)向桿長度4~6cm,內(nèi)芯直徑5mm,以便準(zhǔn)確地貼合頭皮及骨性標(biāo)志點(diǎn),同時節(jié)省打印材料。二者融合后就完成了導(dǎo)板的最終設(shè)計,直接形成導(dǎo)板的Dicom格式文件。在Mimics17.0軟件中將導(dǎo)板模型以STL文件格式導(dǎo)出,再導(dǎo)入3D打印設(shè)備中,應(yīng)用3D打印設(shè)備進(jìn)行導(dǎo)板的加工。

打印好的導(dǎo)板低溫消毒后能夠在手術(shù)過程中還原手術(shù)設(shè)計方案,引導(dǎo)術(shù)者按照術(shù)前設(shè)計順利進(jìn)行手術(shù)操作。目前加工使用的3D打印設(shè)備有熔融沉積造型﹑光固化立體造型﹑三維印刷工藝以及選擇性激光燒結(jié),材料有ABS樹脂﹑光敏樹脂﹑石膏﹑鋁合金等。本組患者采用的是ABS樹脂材料,它具有設(shè)備便宜,維護(hù)成本低,加工速度快,成型精度極高,具有一定強(qiáng)度等特點(diǎn)。8例患者經(jīng)過術(shù)后CT復(fù)查,證實(shí)進(jìn)針方位均與術(shù)前設(shè)計的虛擬方案一致,無穿刺失敗,6例患者引流管頭端位于血腫預(yù)測位置3mm內(nèi)﹔1例患者引流管頭端在血腫內(nèi)但偏離預(yù)測位置3mm外,考慮因患者煩躁,局麻手術(shù)操作中不合作,使穿刺骨孔與引導(dǎo)管產(chǎn)生一定偏移引起﹔1例患者引流管頭端在血腫內(nèi)但位于邊緣處,考慮患者發(fā)病3d血腫機(jī)化硬縮,導(dǎo)致穿刺管未完全穿透血腫,反而沿血腫邊緣滑開所致。 總之,數(shù)字化設(shè)計及3D打印技術(shù)應(yīng)用于腦出血微創(chuàng)穿刺手術(shù)具有定位準(zhǔn)確,穿刺精準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn),為腦出血治療領(lǐng)域提供了一種安全有效的治療方案,值得臨床上推廣使用。


編輯：南極熊
作者：杜洪澎 李珍珠 李澤福 李勐 邵偉 劉永良