3D打印技術(shù)在腦神經(jīng)疾病中的應(yīng)用進(jìn)展

作者：溫稀超,，吳文松,，曾昭穆，鄭克彬,，河北大學(xué)附屬醫(yī)院神經(jīng)外科,；付美娟，河北中石油中心醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科
來源：醫(yī)學(xué)綜述

腦神經(jīng)疾病主要指十二對腦神經(jīng)中任何一對腦神經(jīng)受損而產(chǎn)生的功能缺損,，嚴(yán)重的功能缺損常給患者帶來巨大痛苦,，嚴(yán)重影響其生活質(zhì)量。腦神經(jīng)疾病主要包括面肌痙攣,、三叉神經(jīng)痛,、舌咽神經(jīng)痛等，目前腦神經(jīng)疾病的最佳治療方式為手術(shù)治療,，但由于頭面部神經(jīng),、血管豐富且變異性較大、關(guān)系復(fù)雜,，因此腦神經(jīng)疾病的臨床診治較困難,。

腦神經(jīng)疾病的病因尚未明確，但絕大多數(shù)臨床癥狀由腦干附近血管壓迫神經(jīng)而產(chǎn)生,。目前診斷腦神經(jīng)疾病的常用影像學(xué)檢查包括CT和磁共振成像等,，但上述影像學(xué)檢查無法精確地顯示病變部位的血管神經(jīng)。此外,，腦神經(jīng)疾病手術(shù)往往存在手術(shù)視野受限,，若術(shù)前無法明確責(zé)任血管及壓迫部位，術(shù)中可能由于過度牽拉周圍組織,、血管和神經(jīng)而造成損傷,，也可能因?qū)�壓迫部位分離不徹底而導(dǎo)致復(fù)發(fā)。

隨著3D打印技術(shù)的臨床應(yīng)用,，通過3D打印模型可以充分實(shí)現(xiàn)腦神經(jīng)的三維可視化,，進(jìn)而更加形象、直觀地描述神經(jīng),、血管及其相互關(guān)系,，從而為腦神經(jīng)疾病的診療提供更有力依據(jù)�,，F(xiàn)對3D打印技術(shù)在腦神經(jīng)疾病診療方面的應(yīng)用進(jìn)展予以綜述，以期為腦神經(jīng)疾病的手術(shù)治療尋找新方法,，為相關(guān)醫(yī)學(xué)教育者手術(shù)技能,、解剖知識的學(xué)習(xí)提供新方式。

1.3D打印技術(shù)概述
1.1 3D打印技術(shù)原理
3D打印起源于20世紀(jì)80年代,，該技術(shù)是在數(shù)字模型基礎(chǔ)上,，運(yùn)用粉末狀金屬和塑料等可粘合材料，通過計(jì)算機(jī)輔助及工業(yè)級3D打印機(jī)進(jìn)行逐層打印的方式構(gòu)造物體,。3D打印技術(shù)又被稱為“增材制造”“快速原型制造”或“實(shí)體自由制造”,，其命名的共同本質(zhì)是“離散-堆積原理”，即將影像學(xué)數(shù)據(jù)資料及相應(yīng)的打印材料通過3D打印技術(shù)堆疊打印出所需模型,。與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)及加工的“減材制造”不同,，3D打印可在計(jì)算機(jī)精確控制下將材料逐步堆積，具有虛擬設(shè)計(jì),、精密復(fù)制,、一體成型、不需要組裝等優(yōu)點(diǎn),。

1.2 3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展
3D打印技術(shù)依賴計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及計(jì)算機(jī)精確控制,，可以制造出高精度、高分辨率的復(fù)雜物體,，目前廣泛應(yīng)用于教育,、土木工程、鑄造工藝,、航天航空,、生物醫(yī)療領(lǐng)域。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,，3D打印具有高精度,、個(gè)性化、重復(fù)性高的優(yōu)勢,，具有較好的應(yīng)用前景,。3D打印模型能夠提供具體、有形的觸覺反饋和組織學(xué),、病理學(xué)信息,。同時(shí)，3D打印器官模型,，如3D打印假牙,、骨支架、細(xì)胞,、血管,、皮膚和耳朵等，可用于術(shù)前規(guī)劃,、手術(shù)模板,、創(chuàng)建多種植入物、生物組織工程等,，從而推動個(gè)體化精準(zhǔn)醫(yī)療的發(fā)展,，這為腦神經(jīng)疾病治療方案的選擇提供了新思路，也為改善腦神經(jīng)疾病預(yù)后提供了技術(shù)革新,。

2.腦神經(jīng)疾病相關(guān)3D打印模型的分類
腦神經(jīng)疾病是一類以顏面部疼痛,、肌肉痙攣為主要癥狀的疾病，其中三叉神經(jīng)痛,、面肌痙攣,、舌咽神經(jīng)痛最為常見。頻繁發(fā)作的面部疼痛與面肌痙攣常嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量,。目前,，雖然已經(jīng)研發(fā)出多種針對腦神經(jīng)疾病的藥物，但大多數(shù)患者存在藥物耐受,，效果欠佳,，最終仍需手術(shù)治療。

針對腦神經(jīng)疾病的一線手術(shù)治療方式為微血管減壓術(shù)（microvascular decompression,，MVD）,，主要適用于特發(fā)性面肌痙攣、原發(fā)性舌咽神經(jīng)痛以及與神經(jīng)血管壓迫相關(guān)的原發(fā)性三叉神經(jīng)痛,。而對于繼發(fā)性三叉神經(jīng)痛以及部分不適合MVD的患者,，可選擇經(jīng)皮射頻熱凝術(shù)、經(jīng)皮穿刺球囊壓迫術(shù)（percutaneous balloon compression,，PBC）和甘油毀損術(shù)等治療方式,。

由于頭面部神經(jīng)、血管豐富,，解剖關(guān)系復(fù)雜,，個(gè)體變異性較大，腦神經(jīng)疾病的診治中病變血管及神經(jīng)的顯示尤為重要,。目前,，CT、磁共振成像是腦神經(jīng)疾病的主要輔助診斷手段,，但CT僅能清晰顯示病變部位毗鄰的骨性結(jié)構(gòu),，而不能顯示相關(guān)血管神經(jīng)壓迫情況，而磁共振成像預(yù)測血管神經(jīng)壓迫的靈敏度和特異度分別為87%和50%,，故需要尋找一種更加精準(zhǔn)的腦神經(jīng)疾病診療輔助技術(shù),。

隨著3D打印技術(shù)的臨床應(yīng)用,，通過3D打印技術(shù)可以充分實(shí)現(xiàn)腦神經(jīng)的三維可視化，能夠?yàn)槟X神經(jīng)疾病診療提供更有力的依據(jù),。

2.1 3D打印顱腦模型
患者顱腦解剖結(jié)構(gòu)的3D打印模型可以清晰直觀地顯示病變部位的血管,、神經(jīng)、顱骨等,，術(shù)者可根據(jù)3D模型模擬手術(shù),。Mashiko等［對不同材料及類型顱腦模型的研究發(fā)現(xiàn)，利用丙烯腈丁二烯苯乙烯,、石膏和有機(jī)硅可以制作柔軟的可伸縮小腦與彈性動脈,，具有較高的仿真性，可為術(shù)者提供更加真實(shí)的術(shù)中觸感,，更好地指導(dǎo)手術(shù),。

有臨床研究指出，利用3D打印顱腦模型有助于術(shù)者制訂更有針對性的手術(shù)方案,，并有助于預(yù)測術(shù)中可能出現(xiàn)的困難與危險(xiǎn),，不僅可縮短MVD手術(shù)時(shí)間，還可使手術(shù)更加精確,，減少術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生,。

2.2 3D打印手術(shù)導(dǎo)航模板
除3D打印顱腦模型，3D打印技術(shù)還可以用于打印手術(shù)導(dǎo)航模板,。根據(jù)影像學(xué)結(jié)果,，觀察患者顱骨的形狀、大小及其與周圍軟組織的解剖關(guān)系,，3D打印依托顱骨解剖結(jié)構(gòu)的負(fù)空間精確打印特定模板,，可指導(dǎo)術(shù)中鉆孔、開顱及穿刺等操作,。對于采用經(jīng)皮穿刺等微創(chuàng)手術(shù)方式治療的腦神經(jīng)疾病患者,，通過3D打印導(dǎo)板與患者顱面部貼合確定穿刺點(diǎn)位置，且導(dǎo)板上帶有刻度的空心圓柱體可以確定穿刺角度與穿刺深度,，以提高穿刺準(zhǔn)確度,、縮短穿刺時(shí)間，避免反復(fù)多次穿刺引發(fā)嚴(yán)重并發(fā)癥,。

對于行開顱MVD的腦神經(jīng)患者,，依據(jù)顱骨內(nèi)側(cè)面設(shè)計(jì)的3D打印定位導(dǎo)板，可以精準(zhǔn)定位第一個(gè)骨孔位置,，從而明顯縮短術(shù)中骨瓣成形時(shí)間,，減少術(shù)中小腦的牽拉，減少靜脈竇破裂、皮下積液,、腦組織腫脹等并發(fā)癥的發(fā)生,，提高手術(shù)效果。

3.3D打印技術(shù)在腦神經(jīng)疾病中的應(yīng)用
3.1 3D打印個(gè)性化模型指導(dǎo)腦神經(jīng)疾病的手術(shù)治療
3.1.1 3D打印個(gè)性化模型指導(dǎo)MVD
目前,，MVD治療面肌痙攣,、三叉神經(jīng)痛、舌咽神經(jīng)痛的療效確切,。由于腦干區(qū)血管,、神經(jīng)關(guān)系復(fù)雜,，如椎動脈迂曲遷延,、巖靜脈阻擋手術(shù)、存在穿動脈等均增加了MVD的手術(shù)難度,。3D腦干區(qū)模型可以清晰顯示腦干區(qū)的血管神經(jīng),，且術(shù)前模擬有助于術(shù)中更精確地尋找手術(shù)角度，具有明顯的優(yōu)勢,。

徐軍等的臨床研究發(fā)現(xiàn),，術(shù)前應(yīng)用3D打印技術(shù)可明確定位面肌痙攣責(zé)任血管與面神經(jīng)的病變區(qū)域，提高M(jìn)VD的手術(shù)準(zhǔn)確性,，并有效減少術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生,，具有更好的治療效果。此外,，3D打印模型可通過術(shù)前模擬將虛擬的電腦三維模擬操作實(shí)體化,，能夠更好地模擬MVD，有助于術(shù)前充分評估患者病情,、手術(shù)方案,、術(shù)中情況，從而制訂個(gè)體化手術(shù)方案,。

MVD首選的手術(shù)入路為乙狀竇后入路,，該入路可準(zhǔn)確定位第一個(gè)骨孔的位置，但由于存在個(gè)體差異,，僅依靠骨性標(biāo)志定位骨孔位置并不準(zhǔn)確,，增加了患者靜脈竇損傷的風(fēng)險(xiǎn)�,；�于��,，沈承恩使用3Dslicer軟件處理顱腦CT靜脈血管成像后，制作手術(shù)鉆孔導(dǎo)板,，可以更加精準(zhǔn)定位骨孔位置,，避免因解剖變異造成的鉆孔不準(zhǔn)而引起的各種弊端，更好地指導(dǎo)手術(shù)開顱,，減少手術(shù)并發(fā)癥發(fā)生,、縮短手術(shù)時(shí)間,。因此，3D打印技術(shù)應(yīng)用于手術(shù)治療功能性神經(jīng)疾病,，可以模擬及指導(dǎo)手術(shù),，具有良好的效果，可作為臨床輔助手術(shù)治療的重要方式,。

3.1.2 3D打印個(gè)性化模型指導(dǎo)PBC
PBC在三叉神經(jīng)痛的治療方面表現(xiàn)出微創(chuàng),、無痛、便捷,、安全等優(yōu)點(diǎn),，在國內(nèi)廣泛應(yīng)用。精準(zhǔn)穿刺是PBC手術(shù)的重點(diǎn)和難點(diǎn),，以便引導(dǎo)球囊順利進(jìn)入卵圓孔,。但卵圓孔位于顱中窩，位置較深,，導(dǎo)致穿刺角度或深度易出現(xiàn)偏差,，難以保證穿刺準(zhǔn)確性，進(jìn)而損傷周邊神經(jīng)及血管,，產(chǎn)生面部腫脹,、咀嚼無力等并發(fā)癥。且卵圓孔的形狀,、角度,、大小等可能存在諸多解剖變異，同時(shí)卵圓孔周邊骨嵴可能會阻擋穿刺路徑,，導(dǎo)致卵圓孔穿刺的不確定性增加,，而術(shù)前打印個(gè)體化3D穿刺模板可以有效解決上述問題。

彭逸龍等臨床研究發(fā)現(xiàn),，運(yùn)用個(gè)體化3D打印導(dǎo)板可以為PBC手術(shù)提供精確的穿刺路徑及位置,，提高手術(shù)成功率，縮短手術(shù)時(shí)間,。張濤等應(yīng)用3D打印穿刺面具行PBC治療三叉神經(jīng)痛,，可以提高穿刺準(zhǔn)確性，節(jié)省手術(shù)時(shí)間,，減少并發(fā)癥發(fā)生,，提高手術(shù)效果。由此可見,，3D打印穿刺導(dǎo)板可提高穿刺準(zhǔn)確度,，減少反復(fù)穿刺可能造成的卵圓孔附近重要神經(jīng)血管的損傷，改善手術(shù)效果。

3.1.3 3D打印個(gè)性化模型指導(dǎo)射頻熱凝術(shù)
除MVD及PBC外,，卵圓孔定位射頻熱凝術(shù)治療原發(fā)性三叉神經(jīng)痛的有效性和安全性較好,，與PBC類似，該手術(shù)方式的治療效果與穿刺精確定位有關(guān),。為了提高穿刺的準(zhǔn)確性,，探索了多種術(shù)中可視化輔助穿刺，其中3D打印手術(shù)導(dǎo)航具有明顯優(yōu)勢,。多項(xiàng)臨床研究證實(shí),，3D打印導(dǎo)航輔助穿刺是一種安全、準(zhǔn)確的導(dǎo)航工具,，其穿刺效果優(yōu)于徒手穿刺,，具有穿刺次數(shù)少、手術(shù)時(shí)間短,、并發(fā)癥發(fā)生率低等優(yōu)勢,。此外,，與單純C型臂透視相比,，3D打印手術(shù)導(dǎo)航操作更加簡便、手術(shù)更加精準(zhǔn),、手術(shù)過程中的透視次數(shù)顯著減少,，且術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率更低，因而具有很高的臨床應(yīng)用價(jià)值,。

與術(shù)中CT引導(dǎo)下穿刺相比,，3D打印導(dǎo)航模板可以顯著提高首次穿刺成功率，降低患者術(shù)中穿刺時(shí)的輻射量,。除了傳統(tǒng)的輔助手段外,，賴尚導(dǎo)等對比研究3D打印定位穿刺角度引導(dǎo)器與數(shù)字減影血管造影的結(jié)果顯示，3D打印組可操作性高,，穿刺成功率更高,。

Deng等將定制的3D打印導(dǎo)板用于三叉神經(jīng)痛經(jīng)皮射頻熱凝術(shù)治療，并對術(shù)前模擬深度與真實(shí)穿刺深度進(jìn)行對比,，結(jié)果發(fā)現(xiàn),，3D打印導(dǎo)板穿刺精確度更高，穿刺針定位更準(zhǔn)確,，且并發(fā)癥更少,。

綜上所述，與傳統(tǒng)手術(shù)操作相比,，應(yīng)用3D打印導(dǎo)航模板輔助射頻熱凝術(shù)治療三叉神經(jīng)痛的操作更簡便,、更精準(zhǔn)，且手術(shù)過程中透視次數(shù)減少，手術(shù)時(shí)間縮短,，術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率大大降低,。

3.2 3D打印個(gè)性化模型應(yīng)用于教學(xué)培訓(xùn)
神經(jīng)外科手術(shù)技能的獲取十分重要，若術(shù)中對年輕醫(yī)師進(jìn)行技能培訓(xùn),、知識講解,，將延長切口暴露時(shí)間、增加術(shù)中失血量及全身麻醉下機(jī)體應(yīng)激的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn),，而3D打印模型可循環(huán)利用,，能夠很好地解決上述問題。有學(xué)者認(rèn)為,，3D打印腦神經(jīng)模型可以1∶1還原血管,、神經(jīng)、顱骨等顱內(nèi)解剖結(jié)構(gòu);且具有可外部操作,、觀察等優(yōu)勢,，能夠幫助醫(yī)學(xué)生及神經(jīng)外科醫(yī)師直觀地理解和分析復(fù)雜的腦神經(jīng)血管解剖結(jié)構(gòu)，并推理手持空間,，進(jìn)而加深對腦神經(jīng)和顱底空間復(fù)雜解剖結(jié)構(gòu)的理解,。

此外，3D打印個(gè)性化顱腦模型還可用于外科住院醫(yī)師培訓(xùn)，為年輕醫(yī)師提供體外真實(shí)操作機(jī)會，在避免患者損傷的前提下,，使受訓(xùn)醫(yī)師掌握必備的手術(shù)技能。在實(shí)際手術(shù)操作中,，3D打印顱腦模型和導(dǎo)板都可縮短開顱鉆孔和穿刺操作初學(xué)者的學(xué)習(xí)曲線。Mashiko等將3D打印腦干區(qū)聯(lián)合模型應(yīng)用于初級外科醫(yī)師培訓(xùn),，指導(dǎo)外科醫(yī)師快速掌握顯微外科手術(shù)技巧,，取得了良好的培訓(xùn)效果。

鄭佳平等3D打印了面肌痙攣顱腦模型,，使年輕醫(yī)師得到更專業(yè)及更有針對性的培訓(xùn),，更熟練地掌握了MVD的關(guān)鍵步驟。由此可見,，通過3D打印技術(shù),，可以使醫(yī)學(xué)生更深入地了解顱腦解剖結(jié)構(gòu)，也可以為神經(jīng)外科受教育者提供更多的動手機(jī)會,，使其在低風(fēng)險(xiǎn),、高頻率的操作中獲得豐富的基礎(chǔ)臨床經(jīng)驗(yàn)及手術(shù)技能。

4.小結(jié)
傳統(tǒng)腦神經(jīng)疾病的手術(shù)治療大多依靠神經(jīng)外科醫(yī)師的經(jīng)驗(yàn)以及術(shù)中對病變區(qū)域解剖結(jié)構(gòu)的識別,，但由于臨床顱腦解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜且變異性較大,，術(shù)中需要多次調(diào)整手術(shù)路徑,，導(dǎo)致手術(shù)時(shí)間延長，且患者術(shù)中,、術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生率可能增加,。

研究發(fā)現(xiàn)，3D打印模型在治療腦神經(jīng)疾病方面可以更精準(zhǔn)且直觀地顯示病變區(qū)域及其毗鄰組織的關(guān)系,，更好地避免術(shù)中對血管神經(jīng)的過度牽拉,、減少手術(shù)意外的發(fā)生，明顯縮短手術(shù)時(shí)間,，提高操作準(zhǔn)確度,，為患者提供更精確的個(gè)性化診療方案。

3D打印成為腦神經(jīng)疾病診療過程中的重要選擇之一,，但3D打印模型也存在一定局限性,。目前的3D打印工藝耗時(shí)較久、費(fèi)用較高,，并不適用于急診患者及經(jīng)濟(jì)困難的患者,，故未來的研究將側(cè)重于降低3D打印的材料及時(shí)間成本，以推動其在腦神經(jīng)疾病診治中的應(yīng)用,。

來源：溫稀超,付美娟,吳文松,曾昭穆,鄭克彬.3D打印技術(shù)在腦神經(jīng)疾病中的應(yīng)用進(jìn)展[J].醫(yī)學(xué)綜述,2021,27(19):3871-3875.