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3D打印在脑出血治疗中的应用

脑出血是神经外科的急危重症。随着精准医学理念的发展,微创血肿穿刺引流术因其简单、安全、快速、损伤小的优势应用越来越多。准确而安全的穿刺是保证疗效和预防并发症的关键,但是临床上因为CT定位误差、术者操作偏差、患者个体差异等因素均可引起穿刺方向、距离等出现偏移,导致穿刺失败。准确而安全的穿刺是保证脑出血手术治疗效果和预防并发症的关键。

3D打印技术是当今最热门的生物医学研究方向之一,通过影像技术(CT﹑MRI等)资料的辅助,应用计算机辅助设计技术虚拟出待构建体的三维结构,然后用相应的材料逐层创建出实体,具有高精度、构建速度快的优点。

滨医附院神经外科应用3D导板导航下微创血肿穿刺具有三个特点:

(1)精准、安全。

(2)无需全麻、头架固定。

(3)3D打印材料费仅仅50元。

1.影像资料的获取:

患者行颅脑CT检查,采集高分辨率薄层CT扫描数据。一般采用64排螺旋CT,扫描层厚lmm,重建层厚0.5mm,层间距0.1mm。将原始CT图像以DICOM格式保存以后,再刻录导出至DVD光盘中。

2.术前准备:

(1)高配置台式机电脑、3D打印机、3D打印耗材、3D打印设计软件等。

(2)医用颅脑外科电钻及钻头,无菌手术器械包,2%利多卡因,5ml注射器,无菌敷料包及洞巾,无菌手术衣及手套、缝线,一次性脑室外引流器,记号笔等。

(3)患者准备:监测并控制血压,行血常规、血型、凝血功能、肝肾心功能、电解质、血糖等化验,心电图,术前禁食,剃头等。

3.颅脑CT数据的自动导入:

利用Mimics16.0软件的自动导入DICOM格式的二维图像资料的模块,对资料的完整性检测完毕之后,将DICOM格式的颅脑CT扫描数据导入计算机系统中的Mimics16.0软件中,进行无损压缩及序列检测,并设定好颅脑的前、后、左、右、上、下的各个方向,确定颅脑图像的冠状面、矢状面和横断面,进而完成颅脑数据的自动导入。

头部及颅内血肿的三维模型

“整个面具”的三维模型

4.设计颅内血肿的穿刺通道:

颅内血肿的穿刺通道的设计,首先根据之前三维重建的头部模型确定好穿刺点,然后根据之前三维重建的颅内血肿模型,精确计算穿刺通道的长度和方向,穿刺通道注意避开外侧裂及周围重要的血管、神经。颞部穿刺点应避开颞部重要血管及功能区,穿刺通道应避开外侧裂、大脑中动脉等重要结构。

圆柱体的三维重建效果图

穿刺通道的三维重建效果图

5.3D打印引导下微创穿刺术

滨医附院神经外科在2015年9月成立3D打印医学研究所,在李泽福主任带领下成功将3D技术应用到神经外科临床治疗中,并取得了骄人的成绩。

自3D导板下微创血肿穿刺术开始应用至今,经过无数次的改良创新,进行了近100例手术,手术效果满意,随机选取几例与大家分享:

病例一

患者李某某,女,46岁,因“突发言语障碍及右侧肢体活动不利1天”入院。

入院查体:嗜睡状态,言语不清。双瞳孔直径约2mm,对光反应灵敏,右上肢肌力1级,右下肢肌力2级,左侧肢体肌力5级。颅脑CT示左侧基底节区脑出血。入院后排除手术禁忌症,行3D导板下经颞部微创血肿穿刺,术后复查CT如图,引流管位置满意。12天后复查颅脑CT血肿完全吸收,患者右侧肢体肌力恢复到4级,生活自理。

病例二

患者高某某,女,72岁,因“突发意识不清1小时”入院。

入院查体:昏迷状态,刺痛睁眼,无言语。双侧瞳孔直径约2mm,对光反应迟钝。右侧肢体刺痛无反应,左侧肢体刺痛屈曲。颅脑CT示左侧基底节区脑出血。入院后排除手术禁忌,行3D导板下经额部血肿腔穿刺术,术后复查颅脑CT如图,引流管位于血肿腔中心,穿刺位置满意。术后半月复查颅脑CT示血肿完全吸收,右下肢肌力3+,右上肢肌力3级。3月后患者门诊复查右侧肢体肌力恢复到4级,生活自理。

病例三

患者张某某,男,50岁,因“突发言语不清伴右侧肢体活动不利6小时”入院。

入院查体:嗜睡状态,呼喊睁眼,言语不清。双侧瞳孔直径约2mm,对光反应迟钝。右侧肢体肌力2级,左侧肢体5级。颅脑CT示左侧基底节区脑出血。入院后排除手术禁忌,行3D导板下经额部血肿腔穿刺术,术后复查颅脑CT如图,引流管位于血肿腔中心,穿刺位置满意。术后17天复查颅脑CT示血肿完全吸收,右下肢肌力4+,右上肢肌力4级。生活自理。

病例四

患者王某某,男,46岁,因“头痛伴左侧肢体活动不灵3天”入院。

入院查体:嗜睡状态,呼叫睁眼,言语尚可。双侧瞳孔直径约2mm,对光反应存在。左侧肢体肌力2级,右侧肢体肌力5级。颅脑CT示右侧基底节区脑出血。入院后排除手术禁忌,行3D导板下经额部血肿腔穿刺术,术后复查颅脑CT如图,引流管位于血肿腔中心,穿刺位置满意。辅以尿激酶血肿腔注入术后3天复查血肿已基本没有。

患者四影像资料

准确而安全的穿刺是保证脑出血手术治疗效果和预防并发症的关键。目前术中CT定位、计算机辅助引导、手术机器人辅助等是临床上较常见的手术定位系统,但它们各有利弊。

术中CT定位在多数医院比较普及,设备价格便宜,但术中操作不灵活,需要反复调整穿刺,并且有射线辐射危害;计算机辅助引导虽然定位精确,术中可提供实时的图像支持,但价格昂贵,还需要安装定位装置;手术机器人是最新的术中定位手段,它克服了人手抖动缺点,定位精确,但价格极其昂贵,尚未普及。

随着计算机技术的发展,数字化手术辅助定位系统被越来越多的应用于手术,术前在计算机上可以精确设计并模拟手术方案,术中辅助指导医生将设计方案完整、准确地实现。

3D打印技术是当今最热门的生物医学研究方向之一,通过影像技术(CT、MRI等)资料的辅助,应用计算机辅助设计技术虚拟出待构建体的三维结构,然后用相应的材料逐层创建出实体,具有高精度、构建速度快,可实现按需制造等优势及个性化、精准化、远程化等优点,特别适合于医学领域的应用。应用3D导板辅助微创血肿穿刺不仅精准、安全,而且局麻下就可以进行手术,降低了全麻手术风险,大大节省了手术费用。


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