王 寶，李 斌，白映紅，李存曉，楊 軍，魏書(shū)田

三叉神經(jīng)痛主要分為原發(fā)性與繼發(fā)性兩種，原發(fā)性三叉神經(jīng)痛通常表現(xiàn)為三叉神經(jīng)分布區(qū)域內(nèi)一過(guò)性、電擊樣的劇烈疼痛，可反復(fù)發(fā)作，以第二支上頜神經(jīng)的發(fā)病率最高[1]。目前，有效改善病人原發(fā)性三叉神經(jīng)痛癥狀主要方法有藥物治療、經(jīng)皮射頻熱凝術(shù)和球囊壓迫術(shù)等；其中，球囊壓迫術(shù)治療三叉神經(jīng)痛因其創(chuàng)傷小、恢復(fù)快、復(fù)發(fā)率低而備受青睞，該方法主要通過(guò)前入路卵圓孔進(jìn)行穿刺緩解球囊壓迫從而治療病人疼痛[2-5]。然而由于不同病人卵圓孔面積較小且形狀、位置并不一致，從而使手術(shù)穿刺操作難度很大，需要依靠CT數(shù)據(jù)或神經(jīng)導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行輔助穿刺治療，但臨床手術(shù)團(tuán)隊(duì)醫(yī)療水平與經(jīng)驗(yàn)技術(shù)不同，手術(shù)耗時(shí)與治療效果差別也很大[6-7]。

隨著數(shù)字醫(yī)療的不斷發(fā)展，數(shù)字化三維重建技術(shù)、增材制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助導(dǎo)航以及智能機(jī)器人手術(shù)等輔助定位系統(tǒng)為臨床手術(shù)治療提供了一種新的思路[8-10]。與傳統(tǒng)的手術(shù)方法相比，采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)可以快速重建出病人的三維數(shù)字化模型，并用于術(shù)前模擬與穿刺手術(shù)方案規(guī)劃，從而準(zhǔn)確反映穿刺路徑周圍的解剖結(jié)構(gòu)，并且可以為病人個(gè)體化設(shè)計(jì)穿刺角度及路徑深度，不僅保證了手術(shù)的準(zhǔn)確性與安全性，同時(shí)也節(jié)省了大量的手術(shù)時(shí)間，保證了手術(shù)治療效果[11-15]。另外，隨著增材制造技術(shù)的不斷發(fā)展，3D打印原材料和打印裝置變得更加智能、精確和高效，同時(shí)成本大幅度降低。通過(guò)三維模型中的進(jìn)針路徑等數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)出的個(gè)性化導(dǎo)板模型可以采用3D打印裝置進(jìn)行打印，及時(shí)為病人手術(shù)治療提供穿刺引導(dǎo)[15-18]。目前，針對(duì)個(gè)性化卵圓孔球囊壓迫術(shù)穿刺輔助導(dǎo)板設(shè)計(jì)用于治療三叉神經(jīng)痛的學(xué)術(shù)成果仍較少，整個(gè)技術(shù)路線以及各環(huán)節(jié)中的具體操作也鮮有報(bào)道。而本研究旨在為個(gè)體化治療三叉神經(jīng)痛探索新方法。

本研究對(duì)個(gè)性化卵圓孔穿刺球囊壓迫術(shù)治療三叉神經(jīng)痛穿刺輔助導(dǎo)板的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，包括病人頭部各組織三維模型的重建、技術(shù)路線的規(guī)劃、3D輔助導(dǎo)板的設(shè)計(jì)以及三維打印等。通過(guò)醫(yī)學(xué)三維數(shù)據(jù)重建與三維增材制造技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用為臨床個(gè)性化卵圓孔穿刺治療提供簡(jiǎn)化精確的設(shè)計(jì)方案，也為臨床個(gè)性化導(dǎo)板設(shè)計(jì)提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 資料與方法

1.1 設(shè)計(jì) 數(shù)字化三維重建，手術(shù)路徑規(guī)劃以及個(gè)性化導(dǎo)板設(shè)計(jì)，穿刺導(dǎo)板3D打印。

1.2 時(shí)間、地點(diǎn) 于2019年12月—2020年3月在晉中市第一人民醫(yī)院完成。

1.3 對(duì)象 選擇本院收治的通過(guò)卵圓孔穿刺技術(shù)治療三叉神經(jīng)痛病人1例，年齡43歲，男性志愿者，征得病人同意進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。

1.4 所用儀器及軟件 128排螺旋CT(德國(guó)Siemens公司)，3D-slicer圖像重建軟件，3-matic醫(yī)學(xué)建模軟件(比利時(shí)Materialise公司)，cure切片軟件，極光爾沃3D打印設(shè)備FDM。

1.5 手術(shù)穿刺基準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)記 首先，在3D-slicer軟件中

依據(jù)三叉神經(jīng)痛病人CT血管造影(CTA)數(shù)據(jù)圖像對(duì)穿刺“進(jìn)針點(diǎn)”與“靶點(diǎn)”進(jìn)行準(zhǔn)確定位標(biāo)記，為后續(xù)尋求最優(yōu)路徑規(guī)劃提供基準(zhǔn)。詳見(jiàn)圖1。

圖1 病人CTA數(shù)據(jù)穿刺路徑標(biāo)記圖(A為穿刺路徑中卵圓孔進(jìn)針點(diǎn)；B為穿刺最深處靶點(diǎn))

1.6 頭部各組織三維模型重建 首先尋找穿刺卵圓孔點(diǎn)(進(jìn)針點(diǎn))與穿刺深處終點(diǎn)(靶點(diǎn))，再依據(jù)采集的病人CT掃描數(shù)據(jù)在3D-slicer軟件中進(jìn)行病人頭部各組織的個(gè)性化三維模型重建，從而為避免損傷頭部動(dòng)脈等組織進(jìn)行穿刺路徑優(yōu)化提供保障。詳見(jiàn)圖2。重建數(shù)據(jù)模型主要包括頭部皮膚組織三維模型、頭部骨骼模型以及頭部動(dòng)脈數(shù)據(jù)模型。

圖2 3D-slicer軟件中部重建頭部皮膚、顱骨、動(dòng)脈組織三維模型(A為頭部皮膚組織三維模型；B為頭部骨骼模型；C為頭部動(dòng)脈組織模型)

1.7 路徑設(shè)計(jì) 將重建完成的頭部各組織三維模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入到個(gè)性化設(shè)計(jì)3-matic軟件中(見(jiàn)圖3)，依據(jù)3D-slicer軟件中標(biāo)記的基準(zhǔn)參考點(diǎn)進(jìn)行穿刺路徑管道建模，觀察穿刺路徑中顱骨模型以及動(dòng)脈三維模型之間的位置關(guān)系，特別是詳細(xì)了解三維顱骨模型上卵圓孔的位置、大小和方向。從而進(jìn)行模擬手術(shù)中穿刺路徑以及穿刺靶點(diǎn)在模型中的位置；同時(shí)需要再次考慮到穿刺路徑中的血管干涉情況并進(jìn)行路徑優(yōu)化。顯示皮膚組織，并分別從正面和側(cè)面檢查三維模型模擬的穿刺路徑、方向、穿刺的終點(diǎn)和穿刺的角度是否合理，見(jiàn)圖4。

圖3 頭部各組織三維數(shù)據(jù)模型

圖4 穿刺路徑三維模型

1.8 個(gè)性化三維導(dǎo)板設(shè)計(jì) 依據(jù)優(yōu)化完成的手術(shù)規(guī)劃路徑與三維頭部皮膚模型進(jìn)行個(gè)性化導(dǎo)板模型設(shè)計(jì)。首先，依據(jù)穿刺路徑將病人面部皮膚模型以眉弓和鼻梁為標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行選取并進(jìn)行分割，從而規(guī)劃出導(dǎo)板的固定面具輪廓，詳見(jiàn)圖5。再將面部固定導(dǎo)板與穿刺路徑孔進(jìn)行布爾運(yùn)算，并通過(guò)穿刺孔觀察各組織模型在穿刺路徑中有無(wú)干涉，確定穿刺路徑通暢后，將導(dǎo)板進(jìn)行厚度拉伸，為保證穿刺導(dǎo)板固定的穩(wěn)定性需要將設(shè)計(jì)完成的導(dǎo)板用皮膚三維模型進(jìn)行布爾減運(yùn)算，使得導(dǎo)板面具與面部完全吻合，從而完成個(gè)性化三維導(dǎo)板設(shè)計(jì)，詳見(jiàn)圖6。

圖5 面部固定導(dǎo)板設(shè)計(jì)模型

圖6 個(gè)性化三維導(dǎo)板設(shè)計(jì)模型

1.9 個(gè)性化導(dǎo)板3D打印 利用增材制造的快速制造的優(yōu)勢(shì)為病人進(jìn)行個(gè)性化導(dǎo)板3D打印，從而保證手術(shù)的順利進(jìn)行。先將依據(jù)病人個(gè)體設(shè)計(jì)完成的手術(shù)導(dǎo)板模型導(dǎo)入3D打印前處理軟件cure中進(jìn)行3D打印規(guī)劃，先調(diào)整導(dǎo)板打印位置保證導(dǎo)板打印質(zhì)量，擺放完成后為導(dǎo)板打印設(shè)計(jì)模型支撐，最后進(jìn)行打印預(yù)覽，檢查打印過(guò)程是否合理，詳見(jiàn)圖7、圖8。將完成打印前處理的三維導(dǎo)板導(dǎo)入至FDM打印機(jī)中，并選用可再生、環(huán)保以及符合要求的醫(yī)用聚乳酸(PLA)打印材料作為三維打印原材料進(jìn)行三維打印，詳見(jiàn)圖9。

圖7 個(gè)性化導(dǎo)板3D打印模型

圖8 導(dǎo)板3D打印支撐設(shè)計(jì)模型

圖9 個(gè)性化穿刺3D打印導(dǎo)板

2 結(jié) 果

通過(guò)數(shù)字化手術(shù)模擬可以為手術(shù)治療三叉神經(jīng)痛病人卵圓孔穿刺路徑進(jìn)行優(yōu)化，從而很大程度上降低了手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，詳見(jiàn)圖10。通過(guò)進(jìn)行個(gè)性化卵圓孔穿刺導(dǎo)板設(shè)計(jì)并進(jìn)行3D打印，將打印完成的個(gè)性化導(dǎo)板進(jìn)行等離子低溫消毒后，進(jìn)行導(dǎo)板固定；固定方式為導(dǎo)板與面部結(jié)合，左右移動(dòng)至合適位置，不再發(fā)生相對(duì)移動(dòng)為最佳匹配位置，詳見(jiàn)圖11。通過(guò)采用數(shù)字化手術(shù)模擬與個(gè)性化導(dǎo)板設(shè)計(jì)以及3D打印技術(shù)，不僅保證了手術(shù)操作的準(zhǔn)確性、簡(jiǎn)便性和穿刺路徑的最優(yōu)，也明顯縮短了穿刺手術(shù)的完成時(shí)間，為提高臨床治療效果以及病人的安全提供了保障。

圖10 個(gè)性化導(dǎo)板臨床應(yīng)用

圖11 導(dǎo)管到位，充盈塑形效果圖

3 討 論

目前，臨床上采用卵圓孔穿刺球囊壓迫技術(shù)治療病人面部三叉神經(jīng)痛，在手術(shù)中所采用的穿刺方法仍然有著較大爭(zhēng)議，徒手穿刺定位法在很大程度上過(guò)于依賴醫(yī)生的臨床經(jīng)驗(yàn)，該方法依據(jù)普適性原則對(duì)病人的卵圓孔進(jìn)行大致定位，但面對(duì)病人在組織結(jié)構(gòu)上的差異，這種方法很容易造成面部組織不必要的損傷。利用定位儀器雖然在一定程度上提高了穿刺成功率，但該方法僅以卵圓孔體表投射點(diǎn)作為參照，同樣沒(méi)有考慮病人的實(shí)際情況，容易引起手術(shù)并發(fā)癥[12，15]。

伴隨著醫(yī)用影像學(xué)、生物工程學(xué)以及計(jì)算機(jī)醫(yī)學(xué)輔助技術(shù)等的不斷進(jìn)步，出現(xiàn)了不同學(xué)科之間的交叉發(fā)展，數(shù)字化重建輔助技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域被廣泛采用[19-21]。目前，在神經(jīng)外科領(lǐng)域中，顱骨缺損病人修補(bǔ)手術(shù)、顱底腫瘤、顱內(nèi)動(dòng)脈瘤及動(dòng)靜脈畸形手術(shù)等引進(jìn)了3D 打印技術(shù)，為術(shù)前模擬以及手術(shù)路徑規(guī)劃起到了輔助作用[22-23]。針對(duì)卵圓孔穿刺技術(shù)定位困難這一難題，可以運(yùn)用計(jì)算機(jī)三維重建技術(shù)，為病人建立個(gè)性化顱骨三維模型，直觀地呈現(xiàn)出病人的顱內(nèi)結(jié)構(gòu)及組織環(huán)境，在計(jì)算機(jī)三維模型中對(duì)穿刺路徑進(jìn)行正確規(guī)劃，極大地提高了手術(shù)準(zhǔn)確性與規(guī)范性。依據(jù)數(shù)字化重建的人體組織三維模型進(jìn)行手術(shù)導(dǎo)板設(shè)計(jì)可以為提高手術(shù)準(zhǔn)確性、降低手術(shù)操作復(fù)雜程度提供重要保障[11，24-25]。

鑒于目前臨床手術(shù)的卵圓孔定位技術(shù)缺陷，本研究將數(shù)字化計(jì)算機(jī)重建技術(shù)和3D打印技術(shù)應(yīng)用到卵圓孔穿刺球囊壓迫術(shù)治療三叉神經(jīng)痛手術(shù)中，探索一種新型的個(gè)體化卵圓孔穿刺定位方法。通過(guò)CT掃描三叉神經(jīng)痛病人收集其顱骨CTA數(shù)據(jù)，在3D-slicer軟件中進(jìn)行頭部各種組織的三維模型重建，包括皮膚、骨骼以及動(dòng)脈的模型，再現(xiàn)該病人真實(shí)的頭部解剖結(jié)構(gòu)。重建完畢后在模型中確定進(jìn)針點(diǎn)、靶點(diǎn)，結(jié)合該病人實(shí)際的個(gè)體化解剖學(xué)結(jié)構(gòu)確定最佳的進(jìn)針角度以及路徑，保證穿刺路徑的通暢性以及周圍組織在穿刺路徑中沒(méi)有干涉。最后根據(jù)手術(shù)模擬出的最佳穿刺路徑與皮膚模型設(shè)計(jì)為符合該病人面部特征的輔助穿刺模板，并用3D打印技術(shù)將其打印出來(lái)，用于病人的手術(shù)輔助治療。

本研究選取的病人符合手術(shù)適應(yīng)證，且預(yù)后良好，符合大宗臨床研究的結(jié)果。經(jīng)皮穿刺微球囊壓迫半月節(jié)治療三叉神經(jīng)痛，已經(jīng)被證實(shí)是一種有效、安全、微創(chuàng)的治療頑固性三叉神經(jīng)痛的方法，并已廣泛應(yīng)用于臨床治療。這項(xiàng)手術(shù)的難點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)是卵圓孔的精準(zhǔn)穿刺。雖未改變手術(shù)方式，但可以提高手術(shù)效率和術(shù)者技能，通過(guò)個(gè)體化的3D打印卵圓孔的穿刺通道，可以提高卵圓孔穿刺的精準(zhǔn)度，減少病人和術(shù)者術(shù)中的X光線的照射次數(shù)，縮短穿刺時(shí)間，縮短術(shù)者掌握該手術(shù)的學(xué)習(xí)曲線，從而利于該項(xiàng)手術(shù)技術(shù)在基層醫(yī)院的推廣，使更多病人受益。

本研究依據(jù)CT數(shù)據(jù)對(duì)病人頭部各組織進(jìn)行數(shù)字化三維模型重建用于卵圓孔穿刺技術(shù)治療三叉神經(jīng)痛病人手術(shù)模擬以及穿刺路徑優(yōu)化；同時(shí)設(shè)計(jì)出個(gè)性化手術(shù)導(dǎo)板并進(jìn)行3D打印，不僅保證了穿刺手術(shù)的準(zhǔn)確性、規(guī)范性以及安全性，避免了穿刺手術(shù)對(duì)醫(yī)者水平經(jīng)驗(yàn)的過(guò)于依賴，便于手術(shù)的推廣普及，同時(shí)也為臨床其他病癥的穿刺定位方法提供了一種新的思路。