相建 李珍珠 李澤福

·短篇論著·

3D打印引導(dǎo)下外傷性腦內(nèi)血腫微創(chuàng)穿刺引流術(shù)

相建 李珍珠 李澤福

目的通過3D打印技術(shù)打印出符合患者面部特征并帶有穿刺通道的模型，用于術(shù)前定位、術(shù)中引導(dǎo)穿刺方向，簡化手術(shù)過程，提高外傷性顱內(nèi)血腫穿刺準(zhǔn)確性。方法以1例25歲男性的外傷性腦內(nèi)血腫顱腦CT二維圖像為原始數(shù)據(jù)，利用Mimics 16.0軟件處理，重建形成三維圖像，設(shè)計(jì)穿刺通道，測量穿刺深度，通過3D打印機(jī)打印出帶有穿刺針顱外段孔道的模型，術(shù)前置于術(shù)區(qū)定位，術(shù)中通過穿刺孔道置入引流管，控制穿刺深度，術(shù)后復(fù)查顱腦CT觀察引流管末端位置。結(jié)果在利用計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)帶有穿刺針孔道的“面具”時(shí)可在三維空間任意旋轉(zhuǎn)，從各個(gè)角度觀察，避開重要血管及功能區(qū)，達(dá)到預(yù)定穿刺部位。結(jié)論成功構(gòu)建符合患者個(gè)體特征的三維圖像，通過3D打印機(jī)將模型打印出來用于手術(shù)，可提高穿刺準(zhǔn)確性，降低手術(shù)難度。

3D打?。煌鈧阅X內(nèi)血腫；穿刺術(shù)

由于顱腦結(jié)構(gòu)的特殊性，外傷后容易形成腦內(nèi)血腫，且受傷機(jī)制不同，出血量、部位、預(yù)后差別很大。外傷性腦內(nèi)血腫占閉合性顱腦損傷的5%，占顱內(nèi)血腫的15%左右，出現(xiàn)腦內(nèi)血腫的患者，顱腦原發(fā)傷較重，腦內(nèi)血腫的形成、繼發(fā)性腦水腫更加重了患者病情[1]，使死亡率和致殘率顯著升高。治療腦內(nèi)血腫的方法有多種，開顱血腫清除術(shù)、小骨窗血腫清除術(shù)、立體定向穿刺術(shù)等。由于既往的手術(shù)要么創(chuàng)傷大，要么設(shè)備復(fù)雜、價(jià)格昂貴，本研究將21世紀(jì)迅速發(fā)展的3D打印技術(shù)探索應(yīng)用于外傷性腦內(nèi)血腫穿刺外引流術(shù)中，簡化手術(shù)過程，降低手術(shù)費(fèi)用及難度，提高手術(shù)成功率，減少手術(shù)并發(fā)癥。

一、資料與方法

1.資料獲?。?5歲男性患者，因外傷致左顳部腦內(nèi)血腫，行64排CT薄層成像所得224幅DICOM格式圖像為原始數(shù)據(jù)(圖1A)。

2.工作平臺：計(jì)算機(jī)配置：處理器：Inter Core i5-4460 CPU，安裝內(nèi)存：8.0 GB，系統(tǒng)類型：64位操作系統(tǒng)，基于x64的處理器，顯示器分辨率：1 920× 1 080，Mimics 16.0圖像處理軟件。

3.模型創(chuàng)建過程過程如下。

(1)生成三維頭顱模型：開Mimics16.0圖像處理軟件，將原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入，重建出頭顱模型[2-3]。

(2)制作術(shù)區(qū)面部模片：根據(jù)頭顱模型制作頭顱“面具”，在三維圖像下畫出需要的術(shù)區(qū)局部面具，生成模片，應(yīng)包含患者眉弓、鼻梁等面部重要特征性部位，以便術(shù)中更好地固定且有利于避免用錯(cuò)模片。

(3)構(gòu)建血腫模型：調(diào)整圖像窗寬與窗位，清楚顯示腦內(nèi)血腫形態(tài)后三維重建(圖2A)。

(4)設(shè)計(jì)穿刺針孔道：因人類大腦額葉血管及功能區(qū)較少，穿刺不易形成二次損傷，筆者選擇經(jīng)額穿刺。額部穿刺點(diǎn)應(yīng)避開額竇、眼眶等結(jié)構(gòu)，穿刺針孔道應(yīng)避開腦溝、上矢狀竇等部位，因患者術(shù)后多仰臥，設(shè)計(jì)引流管末端位于血腫腔中心偏后(圖2B)。

(5)形成模型：將圖1的“面具”反復(fù)剪切，平滑處理。通過布爾運(yùn)算形成中空的穿刺針孔道，顱外段長約2 cm，測量孔道總長度約10 cm，用于指導(dǎo)術(shù)中穿刺針進(jìn)入深度，然后去除顱內(nèi)段穿刺通道，為解決消毒問題，將穿刺通道設(shè)計(jì)為非封閉圓柱狀，而是約3/4圓柱開放式，將顱外段與之前的面部模片(圖2C)組合為一體。

(6)打印：在打印機(jī)軟件中添加模型，旋轉(zhuǎn)至合適角度后XYZ打印機(jī)自動(dòng)切片后進(jìn)行打印設(shè)置，添加支撐等，采用3D打印機(jī)專用塑料逐層打印。打印完成后取下模型，去除支撐，核對模型穿刺針孔道與患者顱腦CT，避免穿錯(cuò)手術(shù)部位，將模型預(yù)先放到患者術(shù)區(qū)，觀察模型與患者面部的吻合程度，確保無誤后備用(圖2D)。

4.手術(shù)過程。(1)術(shù)前將模型放于術(shù)區(qū)，通過模型上的穿刺針孔道于患者額部作一標(biāo)記，取下模型；(2)術(shù)區(qū)消毒，鋪巾，2%利多卡因局部浸潤麻醉穿刺部位后，作一橫行切口長約0.5 cm，將模型用無菌袋包裝后放于術(shù)區(qū)，沿穿刺孔道鉆骨孔一枚；(3)取血腫穿刺引流管沿模型上的穿刺孔道緩慢刺入約8 cm (穿刺孔道末端對應(yīng)引流管刻度為10 cm)，見血性液體流出，拔出導(dǎo)絲，接注射器緩慢抽出暗紅色血性液體約5ml，固定引流管，通過三通接無菌引流裝置。

圖1 患者術(shù)前術(shù)后CT影像

圖2 3D打印血腫案例流程

二、結(jié)果

術(shù)后約6 h復(fù)查顱腦CT見引流管末端位置理想，無再出血(圖1B)，患者意識較前好轉(zhuǎn)；術(shù)后2 d復(fù)查血腫較前明顯減少，拔除引流管(1C)。

三、討論

頭部受到直接暴力或?qū)_性損傷時(shí)，頭部運(yùn)動(dòng)狀態(tài)突然變化，腦組織與顱骨之間，不同的腦結(jié)構(gòu)之間發(fā)生碰撞、剪切，導(dǎo)致腦挫傷以及皮質(zhì)血管破裂等損傷，從而引發(fā)腦內(nèi)血腫[4]。在傳統(tǒng)的治療方案中，幕上出血量大于30ml，中線結(jié)構(gòu)移位1 cm以上，患者意識障礙程度深才考慮手術(shù)治療，有些患者在保守治療期間可能會有病情的突然惡化，錯(cuò)過最佳治療時(shí)機(jī)，預(yù)后差，即使病情穩(wěn)定，待血腫自然吸收需較長時(shí)間，使患者住院時(shí)間延長，加重患者經(jīng)濟(jì)及精神負(fù)擔(dān)[5]。由于外傷性腦內(nèi)血腫的患者病情重，血腫位置、形態(tài)各異，多伴有其他部位損傷，難以承受開顱手術(shù)的創(chuàng)傷，而其他微創(chuàng)手術(shù)對手術(shù)設(shè)備、手術(shù)經(jīng)驗(yàn)要求高，低年資醫(yī)師較難完成。為此，學(xué)者們都在探索一種高效、便捷的微創(chuàng)手術(shù)方法。

1.3 D打印血腫穿刺術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：(1)手術(shù)創(chuàng)傷小，僅需0.5～1 cm的頭皮切口及直徑約0.5 cm的骨孔，術(shù)后恢復(fù)快，住院時(shí)間短，費(fèi)用低；(2)手術(shù)難度降低：穿刺點(diǎn)、穿刺方向均由模型的穿刺孔道確定，穿刺深度在模型制作過程中精確測量；(3)對腦組織損傷小，僅有直徑約0.2 cm的引流管通過；(4)定位準(zhǔn)確，可避開重要血管及功能區(qū)；(5)手術(shù)持續(xù)時(shí)間短，創(chuàng)面小，術(shù)后感染率低[6-10]。

2.3 D打印血腫穿刺術(shù)的缺點(diǎn)：(1)止血效果差，容易再出血[11-12]；(2)難免損傷小的血管及神經(jīng)纖維束；(3)減壓效果差；(4)血腫清除慢且不徹底。

總之，利用計(jì)算機(jī)3D打印技術(shù)打印出個(gè)體化模型，實(shí)現(xiàn)一人一模型，簡化了手術(shù)操作步驟，降低了手術(shù)難度，提高了手術(shù)準(zhǔn)確性，能夠有效地減少患者的住院時(shí)間和費(fèi)用，尤其適于基層醫(yī)院、低年資神經(jīng)外科醫(yī)生應(yīng)用。由于本技術(shù)尚處于研究探索階段，實(shí)際操作病例數(shù)較少，未經(jīng)嚴(yán)格統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，結(jié)論僅供參考，其可行性尚需進(jìn)一步研究。?

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A pilot study of three-dimensional printing on m inimally invasive puncture drainage of traumatic intracerebral hematoma

Xiang Jian,Li Zhenzhu,Li Zefu. Department of neurosurgery,Binzhou medical university,Yan tai,Shandong 264003,China

Li Zefu,Email:zefuli@163.com

ObjectiveThrough 3D printing prints out the facial features in patients with puncture channel model,which used for preoperative localization,intraoperative guided puncture direction to simplify the procedure and improve the traumatic intracranial hematoma puncture accuracy.M ethodsWith a 25-year-old man traumatic brain hematoma craniocerebral CT two-dimensional image for the raw data,we use Mimics 16.0 software processing to form a 3D image reconstruction,to design the puncture channel and measure the puncture depth,then use 3D printer to print out the model with extracranial needle channel.We use themodel to locate the area before the operation,to guide puncture direction and control puncture depth when doing operation.Review of the craniocerebral CT after the operation to observe the position of the drainage tube end.ResultsUsing the computer software design with a needle hole “mask”can rotate in 3D space,observed from various angles,to avoid the important blood vessel and functional areas,and achieving puncture.ConclusionSuccessfully build three-dimensional images conforming to the individual patient characteristics,and then print out the model used in surgery by 3D printer.In this way,puncture accuracy can be improved,and the operation difficulty can be reduced.

3D printing; Traumatic intracerebral hematoma; Puncture

2015-12-17)

(本文編輯：楊藝)

DOI∶10.3877/cma.j.issn.2095-9141.2016.01.008

264003山東 煙臺，濱州醫(yī)學(xué)院

李澤福，zefuli@163.com

相建,李珍珠,李澤福.3D打印引導(dǎo)下外傷性腦內(nèi)血腫微創(chuàng)穿刺引流術(shù)[J/CD].中華神經(jīng)創(chuàng)傷外科電子雜志,2016,2(1)∶31-33.