黎鵬程 任剛 張繼志 徐銘蔚 鄧東風(fēng)

腦動靜脈畸形（arteriovenousmalformations，AVM）是一種先天性腦血管發(fā)育異常性疾病，是腦血管畸形中最常見的類型[1]。目前腦AVM的具體發(fā)病機制和病因尚不明確，病理生理學(xué)表現(xiàn)為局部腦動-靜脈之間存在異常分流血管，致使動靜脈直接相通形成動-靜脈短路，從而引起一系列腦血流動力學(xué)的紊亂[2]。調(diào)查顯示腦AVM全球年發(fā)病率約為（1.12～1.42）/10萬人，該病臨床表現(xiàn)缺乏特異性，因出血而初次就診時的患者約占36%～68%，因此對畸形血管團(tuán)的準(zhǔn)確判斷是治療的關(guān)鍵所在[3,4]。目前常用的輔助檢查手段包括MRA、CTA等，但由于其檢查結(jié)果受血管重疊、血腫占位效應(yīng)壓迫畸形血管團(tuán)等不利因素的影響，可能無法清楚顯影，從而增大了診療難度。近年來新興的3D打印技術(shù)具備無限接近真實信息的優(yōu)點，有利于更有效地規(guī)劃手術(shù)方案，自1944年首次用于臨床以來，已在國內(nèi)外引起廣泛的研究，但目前對腦AVM相關(guān)的探索還較少。因此，本研究擬基于醫(yī)學(xué)數(shù)字成像與通信（digital imaging and communications in medicine，DICOM）影像融合技術(shù)3D打印腦AVM的實體模型，初步探討其在指導(dǎo)介入栓塞治療中的臨床應(yīng)用價值。

一、資料與方法

1.臨床資料：回顧性收集2016年1月至2019年6月于大連大學(xué)附屬中山醫(yī)院神經(jīng)外科行介入栓塞治療的20例Ⅲ級AVM患者的MRA、CTA等臨床資料，納入術(shù)前完善常規(guī)影像學(xué)檢查且構(gòu)建3D打印模型的10例患者為試驗組，其中男性5例，女性5例，年齡范圍21～76歲；AVM位置：4例位于額葉，2例枕葉，1例顳葉，1例頂葉，1例顳枕葉，1例小腦半球；其中1例AVM伴有出血，1例伴有癲癇發(fā)作（表1）。納入同等級的未構(gòu)建3D打印模型的10例患者為對照組，其中男性6例，女性4例，年齡范圍35～64歲；AVM位置：6例位于額葉，2例頂葉，1例顳枕葉，1例小腦半球（表2）。本研究已得到大連大學(xué)附屬中山醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)，患者或家屬簽署知情同意書。

2.影像融合：將患者的頭顱MRI、CTA等輔助檢查的影像學(xué)DICOM數(shù)據(jù)，導(dǎo)入到Mimics 20.0圖像處理軟件中，根據(jù)患者的骨性解剖標(biāo)志點自動精確配準(zhǔn)后，通過調(diào)整窗寬、窗位，最后獲得血管三維虛擬影像融合圖像。

3.打印3D模型及制定術(shù)前計劃：將所有患者的三維虛擬圖像以3D打印機（成都真實維度科技有限公司）能識別的STL格式輸出，并將此圖像導(dǎo)入到快速成型軟件ZEdit TM3.21中，并轉(zhuǎn)換為3D打印機能讀取的薄層橫截面數(shù)據(jù)，再將這些數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D打印機Spectrum ZTM 510中，并對模型進(jìn)行滲透固化處理和著色，最終打印出1∶1的3D實體模型。通過更加逼真地觀察及觸摸實物模型，詳細(xì)了解畸形血管團(tuán)的空間結(jié)構(gòu)關(guān)系并明確分級，制定介入術(shù)前計劃，如判斷需栓塞的主要供血動脈及數(shù)量等。

表1 試驗組Ⅲ級腦動靜脈畸形患者的臨床資料

表2 對照組Ⅲ級腦動靜脈畸形患者的臨床資料

4.介入治療方法：所有患者均全麻并按照術(shù)前制定的手術(shù)方案由同一主刀醫(yī)師行介入栓塞手術(shù)。取患者右側(cè)股動脈搏動明顯處Seldinger法穿刺成功后，置入6F導(dǎo)引導(dǎo)管選擇性進(jìn)入頸內(nèi)、頸外或椎動脈造影，動態(tài)、全面地觀察AVM血管團(tuán)構(gòu)筑及血流動力學(xué)等基本情況，選擇與術(shù)前規(guī)劃一致的供血動脈，在微導(dǎo)絲的引導(dǎo)下將微導(dǎo)管的頭端置入畸形血管團(tuán)，并緩慢注入Onyx膠，在注射過程中，調(diào)整球管投射角度以更好地觀察反流的長度及向周邊血管逆流栓塞的情況，確保栓塞膠在畸形血管團(tuán)內(nèi)充分彌散并避免其反流或進(jìn)入引流靜脈，當(dāng)反流長度超過2 cm或注射壓力明顯增大時停止注射。栓塞后即刻造影，見畸形血管團(tuán)全部或大部分不顯影，考慮血流量明顯降低，栓塞有效，拔出微導(dǎo)管。

5.治療參數(shù)：（1）差值=栓塞前最大截面積值-栓塞后最大截面積值；（2）栓塞率=差值/栓塞前最大截面積值；（3）手術(shù)時間=手術(shù)結(jié)束時間-栓塞開始時間。

6.統(tǒng)計學(xué)分析：運用SPSS20.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。計量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（）表示，行t檢驗，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

二、結(jié)果

1.診斷方面：10例試驗組患者通過3D虛擬圖像測量的AVM大小[（11.252±5.323）cm2]與MRA/CTA[（10.098±6.431）cm2]進(jìn)行比較，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（t=2.358，P=0.043），與DSA[（11.065±4.981）cm2]相比，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（t=1.348，P=0.211）；其中3例患者3D虛擬圖像和MRA/CTA所得的S-M分級存在差異，由于受血腫影響1例伴有出血患者的普通影像學(xué)檢查結(jié)果未能清楚顯示畸形血管團(tuán)大小，而3D模型清楚地顯示了動靜脈畸形大小及結(jié)構(gòu)特征；3D虛擬圖像的診斷結(jié)果更加接近于DSA（表3）。

2.治療方面：試驗組平均栓塞率高于對照組。試驗組栓塞前后面積大小的平均差值顯著大于對照組；平均手術(shù)時間小于對照組，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）（表4）。試驗組通過3D打印模型準(zhǔn)確定位病灶并確定術(shù)中需要栓塞的供血動脈，術(shù)后通過造影發(fā)現(xiàn)術(shù)中選擇栓塞的供血動脈、栓塞部位與術(shù)前規(guī)劃吻合度較高，未見明顯畸形血管團(tuán)殘留，手術(shù)效果良好，3例患者完全栓塞，術(shù)后無AVM病灶殘留；出現(xiàn)偏癱癥狀的1例出血患者，術(shù)后癥狀逐漸恢復(fù)，無再出血發(fā)生；2例肢體活動不靈及語言障礙的患者癥狀明顯好轉(zhuǎn)；1例患者由于供血動脈粥樣硬化，介入治療時微導(dǎo)管很難到達(dá)，通過觀察3D打印模型選擇另外一條供血動脈并成功栓塞；2例患者發(fā)現(xiàn)微小動脈瘤并成功栓塞，術(shù)后恢復(fù)均較滿意，7例患者GOS評分5分，3例GOS評分4分（肢體活動不靈），其中2例術(shù)后肢體活動不靈均較術(shù)前得到明顯改善。對照組術(shù)后大多殘留畸形血管團(tuán)，完全栓塞1例，5例患者GOS評分5分，4例GOS評分4分（肢體活動不靈），1例GOS評分3分（偏癱）。2～4個月后復(fù)查MRI、CTA或DSA，試驗組顯示未見病灶擴(kuò)大及復(fù)發(fā)，無顱內(nèi)再出血等并發(fā)癥發(fā)生，偏癱或言語不清患者的癥狀逐漸改善，而對照組明顯復(fù)發(fā)2例，其中1例再次行栓塞治療。

表3 試驗組患者經(jīng)MRA/CTA、DSA測量腦動靜脈畸形的結(jié)果

表4 2組患者治療參數(shù)的統(tǒng)計分析

三、討論

腦AVM缺乏毛細(xì)血管，動靜脈相互交織，復(fù)雜多樣，使其診斷具有偶然性，患者通常因新發(fā)癲癇、神經(jīng)功能缺損或腦出血進(jìn)行影像學(xué)評估而發(fā)現(xiàn)[5]。目前可以通過CT和MRI進(jìn)行初篩和治療后隨訪，由DSA進(jìn)行確診。本研究通過對普通影像學(xué)檢查與3D打印模型診斷AVM準(zhǔn)確性的比較發(fā)現(xiàn)，3D打印模型在判斷AVM大小方面更加接近于DSA檢查結(jié)果，這與Dong等[6]和Thawani等[7]的研究結(jié)果基本符合。Dong等[6]在一項14例病例對照試驗的研究中顯示，3D打印模型與實際術(shù)中DSA圖像之間的尺寸偏差＜10%，測量值無限接近于患者的實際AVM結(jié)構(gòu)（血管尺寸測量的一致性為97%，平均變異＜2 mm）；Thawani等[7]將3D打印AVM模型與真實畸形血管進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)血管直徑的平均誤差在0.1 mm以內(nèi)。

3D打印模型能立體地顯示畸形血管團(tuán)的形態(tài)和各血管間的空間結(jié)構(gòu)關(guān)系，從而使測量值和分級更加接近于真值[8]。而普通影像學(xué)檢查方法的不足之處有以下兩點[9-11]：（1）MRI、CTA等普通二維影像學(xué)資料無法準(zhǔn)確捕獲較小的、血流速度較慢的畸形血管團(tuán)，以及對細(xì)小血管顯影欠佳，受顱骨偽影、圖像信噪比低等因素影響，較難顯示AVM的精確輪廓；（2）在顱內(nèi)血管破裂出血的亞急性期，這些血腫易被MRA顯示為AVM的血管組成部分。

腦AVM血管發(fā)育異常，管壁多無彈力層結(jié)構(gòu)，病變組織常常位于重要神經(jīng)功能區(qū)，使得治療難度增大，且易出現(xiàn)出血等并發(fā)癥，而準(zhǔn)確地評估畸形血管團(tuán)的大小和范圍是治療的關(guān)鍵[12]。應(yīng)用3D打印技術(shù)建模，可實現(xiàn)對復(fù)雜畸形血管團(tuán)的仿真重建，進(jìn)而可輔助選擇主要供血動脈，選定治療區(qū)域，優(yōu)化介入治療方案，從而在很大程度上可提高治療成功率。本研究利用3D打印模型對10例腦AVM患者進(jìn)行術(shù)前規(guī)劃，栓塞結(jié)束后DSA提示術(shù)中實際手術(shù)方案與術(shù)前規(guī)劃匹配度較高，這些結(jié)果與Weinstock等[13]和Shah等[14]的研究結(jié)論基本一致。同傳統(tǒng)的二維影像學(xué)技術(shù)相比，3D打印腦AVM模型的方法對主要供血動脈數(shù)量、位置以及與畸形血管團(tuán)、引流靜脈空間結(jié)構(gòu)的判斷更準(zhǔn)確，更易了解畸形血管團(tuán)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)溝通情況，確定需要栓塞劑的容量。

本研究不足之處在于納入樣本量較少、病例存在選擇偏倚，這對統(tǒng)計學(xué)結(jié)論有直接影響，該缺點可通過多中心聯(lián)合研究予以解決。此外，3D打印技術(shù)目前在腦血管疾病方面的應(yīng)用尚不成熟，具體表現(xiàn)在血管等中空組織信號強弱不均、細(xì)小的血管分支塌陷重建困難和無法量化研究畸形血管團(tuán)內(nèi)血流動力學(xué)、血流量等指標(biāo)[10,15]。這可能預(yù)示未來3D打印技術(shù)與腦血管疾病相關(guān)的研究，會側(cè)重于豐富3D打印材料的種類、提高打印精度以及量化研究等方向。

綜上所述，基于DICOM影像融合技術(shù)3D打印腦AVM模型具有個體化、精準(zhǔn)化的特點，有利于直觀顯示血管的空間結(jié)構(gòu)解剖特征，從而為明確AVM大小、S-M分級提供了新方法，對提高栓塞治療效果、縮短手術(shù)時間有深遠(yuǎn)意義，具有較大的臨床應(yīng)用價值，值得推廣應(yīng)用。