【解析】3D打印導板技術在腦出血微創(chuàng)穿刺引流術中的應用

腦出血是神經(jīng)外科的急危重癥,。隨著精準醫(yī)學理念的發(fā)展,微創(chuàng)血腫穿刺引流術因其簡單﹑安全﹑快速﹑損傷小的優(yōu)勢應用越來越多。準確而安全的穿刺是保證療效和預防并發(fā)癥的關鍵,但是臨床上因為CT定位誤差﹑術者操作偏差﹑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,導致穿刺失敗,。借助于數(shù)字化醫(yī)學及3D生物打印技術的快速發(fā)展,筆者等利用數(shù)字化設計和3D打印技術研制個體化導板,實現(xiàn)了個體化的微創(chuàng)血腫穿刺手術,。

資料與方法
一﹑一般資料
選擇自濱州醫(yī)學院附屬醫(yī)院神經(jīng)外科微創(chuàng)穿刺手術治療的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,。具體內容見表1,。本研究取得濱州醫(yī)學院附屬醫(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,設計穿刺桿使其沿血腫長軸恰好穿至血腫中心周圍,�,；�于引導桿,通過布爾運算獲得導板,予以3D打印,在導板的輔助下穿刺血腫腔,觀察進針點﹑進針距離及方向和引流管在血腫內的位置。

1.虛擬針道設計和測量：患者取仰臥位,采用高速多排螺旋CT,術前對患者頭顱進行螺旋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,導入到Mimics17.0醫(yī)用手術設計軟件(比利時Materialise公司)中,導入數(shù)據(jù)過程選擇無損形式,在工作界面對手術區(qū)域頭皮及血腫腔進行三維圖像建模,。在圖像工作 站上進行頭皮及血腫腔結構分析,設計進針點和針道,并測量虛擬的針道長度,完成數(shù)字化的手術設計(圖1﹑2),。

2.血腫腔穿刺導板的設計：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,通過軟件設計最佳的進針點和穿刺針道。然后提取頭皮穿刺面的形態(tài),應用逆向工程技術設計與頭皮結構相匹配的導板,。將導板﹑血腫腔針道進行貼合,觀察針道與穿刺點對應的準確性,。

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

4.穿刺手術方法：對于基底節(jié)區(qū)腦出血患者一般取額部為穿刺點,取仰臥位,消毒鋪單后取額部標記的位置為穿刺點,將包裝消毒好的導板與額部頭皮﹑眉弓﹑鼻根等面部結構進行貼合,觀察其匹配準確性,確認后開始進行引導下穿刺(圖3),。對于小腦出血取橫竇下方3cm旁正中處為穿刺點,穿刺點周圍粘貼2枚電極貼作為Marker點,取側臥位,將導板與枕骨粗隆﹑Marker點等結構進行貼合,根據(jù)導板提供的進釘點,切開頭皮,然后在導板的導引下鉆顱骨孔,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。術后復查頭顱CT并進一步行尿激酶溶凝治療,。

結 果
8例患者術前均成功進行計算機建模和導板設計,并進行3D打印加工﹔術中所有導板均能滿意貼附于頭皮表面﹔術后復查CT示穿刺引流管的頭端位于血腫內顯示為手術成功,未進入血腫顯示為敗,。進入血腫腔者再分為3型：

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

具體內容見表1

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

3D打印技術是當今最熱門的生物醫(yī) 學研究方向之一,通過影像技術(CT﹑MRI等)資料的輔助,應用計算機輔助設計技術虛擬出待構建體的三維結構,然后利用相應的材料逐層創(chuàng)建出實體, 具有高精度﹑構建速度快,可實現(xiàn)按需制造等優(yōu)勢及個性化﹑精準化﹑遠程化等優(yōu)點,特別適合于醫(yī)學領 域的應用  ,。這樣數(shù)字化設計的手術方案可通過 3D打印手術導板的方式予以實現(xiàn),。故而本研究利用數(shù)字化設計和3D打印技術研制個體化導板相 結合,實現(xiàn)個體化的微創(chuàng)血腫穿刺手術。

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,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,穿刺點周圍粘貼2枚電極貼Marker作為貼合時的類似骨性標記點,。導板面積一般設計為4cm×4cm,厚度3~5mm,導向桿長度4~6cm,內芯直徑5mm,以便準確地貼合頭皮及骨性標志點,同時節(jié)省打印材料。二者融合后就完成了導板的最終設計,直接形成導板的Dicom格式文件,。在Mimics17.0軟件中將導板模型以STL文件格式導出,再導入3D打印設備中,應用3D打印設備進行導板的加工,。

打印好的導板低溫消毒后能夠在手術過程中還原手術設計方案,引導術者按照術前設計順利進行手術操作。目前加工使用的3D打印設備有熔融沉積造型﹑光固化立體造型﹑三維印刷工藝以及選擇性激光燒結,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,它具有設備便宜,維護成本低,加工速度快,成型精度極高,具有一定強度等特點,。8例患者經(jīng)過術后CT復查,證實進針方位均與術前設計的虛擬方案一致,無穿刺失敗,6例患者引流管頭端位于血腫預測位置3mm內﹔1例患者引流管頭端在血腫內但偏離預測位置3mm外,考慮因患者煩躁,局麻手術操作中不合作,使穿刺骨孔與引導管產(chǎn)生一定偏移引起﹔1例患者引流管頭端在血腫內但位于邊緣處,考慮患者發(fā)病3d血腫機化硬縮,導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)字化設計及3D打印技術應用于腦出血微創(chuàng)穿刺手術具有定位準確,穿刺精準的優(yōu)點,為腦出血治療領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