3D打印技术在外伤性颅内多发血肿穿刺术中的应用

摘  要：探讨3D打印技术在外伤性颅内多发血肿穿刺术中的运用情况，以外伤性颅内多发血肿患者的CT数据为原始资料，通过3D打印制作带有穿刺方向和穿刺点的穿刺导板应用于血肿穿刺术中。结果显示能一次性成功穿刺多发血肿，手术时间约30 min，术后复查血肿基本清除。对外伤性颅内多发血肿，采用3D打印技术辅助血肿穿刺术可使手术时间缩短，手术难度降低，并发症减少，提高手术安全性。

关键词：3D打印技术 外伤性颅内多发血肿 血肿穿刺术

病历资料

患者，女，57岁，因不慎摔倒致头部外伤3 d入院。既往体健，患者诉头痛、头晕，无昏迷抽搐，无畏寒发热，无大小便失禁，伴呕吐数次，呕吐物为胃内容物，非喷射性，立即送至医院治疗。查头颅CT示：蛛网膜下腔出血，多发脑挫裂伤，予以对症治疗。复查头颅CT示：颅内血肿较前增加，遂转入我院治疗。入院体格检查：神志模糊，GCS评分：E1V4M6=11分，双侧瞳孔直径3 mm，对光反射均灵敏，双侧外耳道及鼻腔未见明显活动性出血和血性液体流出，颈抗弱阳性，双肺呼吸音粗，可闻及少量湿啰音，四肢肌力Ⅳ级，肌张力正常。复查头部CT示：右侧额叶及颞叶血肿、右侧额部硬膜下血肿、右侧枕部硬膜外血肿、右侧脑实质肿胀。患者入院后积极予以护脑、脱水、止血等治疗，动态复查头部CT示：患者脑肿胀较前明显加重。患者头痛加重，呕吐剧烈，多联脱水后症状无缓解，经计算血肿量约25 m L。为了清除血肿改善患者症状拟在3D打印技术辅助下行血肿穿刺。将CT数据导入计算机，选取血肿为目标，进行血肿3D重建。在颅脑CT二维图像上设计穿刺通道，调整通道在血肿的位置，通道与模型的交叉点，即为穿刺点。穿刺通道在设计时应该避开重要的血管和功能区，减少手术带来的再次损伤，在显示穿刺通道的头颅完整面具上剪取需要的部分面具，运用3D打印机打印成型。将导板消毒后备用，使模型与患者面部紧密吻合，沿设计好的穿刺方向及穿刺点穿刺，将血肿引流管放置于术前设计深度，拔出针芯，采用注射器抽吸约1/3血肿后，固定引流管。

结果

本例患者一次性成功穿刺多发血肿，手术时间约30 min，术后复查血肿基本清除，无迟发出血，无颅内感染。

讨论

众所周知，从科学的角度来看，3D打印的产品是层层完美叠加的结果。各种性质的聚合物凝聚成真正的固体物质。先前创建的计算机3D模型是根据真实世界来完成的。由于3D打印中的材料和技术种类繁多，这一创新目前获得了巨大的成功，却也在经历挑战。

3D打印技术有望成为一种新的工业革命，如果计算机和网络允许“物质化”和随后的广泛知识传播，3D打印技术能够使创新理论“物化”，具有潜在的巨大经济、社会和政治价值。近年来，包括医学在内的各个领域都对3D打印产生了浓厚的兴趣。在医学上，3D打印可以用来制作患者可理解的、个性化的解剖学模型，用于患者咨询、教学或外科手术训练，以及创造基本的定制假肢和可植入的医疗器械。

3D打印在神经外科中已经被用于模拟复杂的手术入路，如第三脑室造口术或脊柱手术。应用3D打印技术可以使医学生更好地理解正常和病理解剖。患者个体大脑的个性化模型，三维模型优于传统的三维重建神经影像。人们在视觉到空间的表现能力方面存在着巨大的差异。有些人可以准确而迅速地解释复杂的模式，而其他人只能解释简单的模式。3D打印可以同时将注意力集中在手和大脑。

3D打印也是快速成型和将创新理念转化为真实物体的方法。3D打印在医学上有巨大的应用潜力。任何外科医生都有机会自己动手制作手术仪器。3D打印根据矫形和仿生学不仅可以改善假体的适合性、形状和功能，而且还有承受能力。在神经外科，定制骨植入物代表了颅骨修补的最新技术。用于治疗癫痫或功能紊乱的皮质电极阵列可以使用生物相容材料进行3D打印，并通过使用无线电技术的外部设备进行连接[1]。

3D打印技术是一种定制的、复杂的、相对低容量的应用程序，以前主要用于脑血管和肿瘤手术的模型制作。虚拟现实使外科医生能够查看动脉瘤及其周围的解剖结构，但是不能提供逼真的立体感觉，不能在手术过程中使用。3D打印技术可将3D图像转换为有血管有病理的实际模型3D打印技术，给神经外科医师提供了立体视觉和触觉感受的耦合，增强对其病灶形态和位置等的认识。这使神经外科医生能够从任何角度直观的理解和分析复杂的脑血管解剖。3D打印材料可以通过常规手术仪器进行切割、铣削和钻孔。外科医生可以在离体环境中实际演练手术，在进行正式手术之前，可以根据需要多次进行操作并且没有限制进行练习，同时对将要进行的手术做充足准备。在实际手术时，这样可以减少伤口暴露、术中失血和麻醉时间等。3D技术使神经外科医生对手术计划中的解剖关系有更深的了解，提高了外科医师对术中病灶定位的准确性。借助3D视觉辅助，外科医生可以直观准确的向患者及家属描述动脉瘤或肿瘤位置、大小、形状等特点，并介绍手术可能需要应对的风险和挑战[2]。

保证脑出血手术治疗效果和预防并发症的关键为准确而安全的穿刺。目前临床上较常见的手术定位系统包括计算机辅助引导、术中CT定位及手术机器人辅助等，但各有利弊。术中CT定位设备价格便宜，在多数医院较普及，但有射线辐射危害，并且存在术中操作不灵活等问题，穿刺需进行反复调整。计算机辅助引导虽能精确定位，图像可在术中实时提供，但需安装定位装置，且价格昂贵。最新的术中定位手段为手术机器人，其定位精确，克服了人手抖动缺点，但尚未普及，原因为价格极其昂贵。随着计算机技术的发展，数字化手术辅助定位系统在手术中越来越多地被应用，术前在计算机上可以精确设计并对手术方案进行模拟，术中辅助指导医生完整、准确地实现设计方案。3D打印技术是当前最热门的生物医学研究方向之一，应用计算机辅助设计技术虚拟出待构建体的三维结构，通过影像技术资料的辅助，随后利用相应的材料逐层创建出实体，具有个性化、精准化、高精度、构建速度快、远程化及可实现按需制造等优势，在医学领域特别适合应用。这样可通过3D打印手术导板的方式实现数字化设计的手术方案[3]。

减速性或旋转性损伤为颅内多发血肿的主要受伤机制，多发生于车祸。目前仍没有一个固定的标准处理颅内多发血肿，合适的手术时机、准确的手术指征、选择最佳的治疗方法及恰当手术方式是当前临床主要面对问题。一般双侧额叶挫裂伤并出血，根据患者血肿的大小、神志和年龄等其他客观条件，可选择保守治疗。动态复查头部CT，了解颅内情况，若颅内水肿加重、血肿增加或进行性意识障碍加重，则要随时准备急诊手术。目前尚无外伤性颅内多发血肿的统一手术指征标准，所以要适当放宽外伤性颅内多发血肿手术指征，首先要考虑的因素包括伤后的意识状态、颅内血肿量及其动态变化、瞳孔大小改变等[4]。颅内多发血肿手术方式包括开颅血肿清除和血肿钻孔引流。对于行开颅血肿清除需要去骨瓣的患者，为了减少手术时间，往往选择北京银河巴马愈强脑膜行硬脑膜扩大修补。为了提高血肿钻孔引流在外伤性颅内多发血肿中的准确性，可选择3D打印辅助下行血肿穿刺。

我们应用3D血肿模型及手术导板在术前谈话时能够增进医患之间的沟通，患者及家属往往能够更加容易了解颅内多发血肿的部位、大小和形态，通过3D血肿模型及手术导板在向患者及家属介绍和解释手术方式和术后并发症时，因为神经外科解剖相当复杂，非常难用准确的语言进行描述，向患者及家属展示手术导板及3D血肿模型使其对手术并发症、出血情况、出血部位及手术方案有直观的了解，从而提高了患者战胜疾病的信心，减轻患者及家属的心理负担，提高患者及家属满意度，缩短术前谈话时间，有助于医患的有效沟通，减少医患纠纷发生。术中应用3D打印技术，可更准确地穿刺血肿腔，避免了穿刺偏离血肿腔中心，导致血肿引流不充分，延长引流管留置时间，使颅内感染发生机会增加，且该手术后无新增神经功能障碍。随着医学领域高科技的应用和发展，大型医院均在建立复合手术室，术中DSA及CT等设备一应俱全，但处于基层医院的神经外科医师无法获得如此优越的条件，3D打印技术更给神经外科医师特别是低年资神经外科医师提供了一份安全保障，对外伤性颅内多发血肿的穿刺更加有保障，更加有信心。

随着医学影像和计算机等技术的发展，手术治疗外伤性颅内多发出血，更加倾向于微创和保护神经功能。对于血肿量小，神志尚可，血肿表浅的外伤性颅内多发血肿患者，开颅清除血肿逐渐被血肿穿刺所代替。在经过多次的CT复查和患者神志的评估，经过和家属沟通，往往能够通过穿刺解决问题而无需行开颅手术。近年来，随着3D打印技术越来越多的应用到医学领域，特别是神经外科领域，应用3D打印技术于血肿腔穿刺，相对而言使手术时间缩短，手术难度降低，并发症减少，提高了手术安全性[5]。

但是目前3D打印模型成本高，其制作过程包括设备的购置及相关人员培训、打印材料等，无法在基层医院普及，而且不同影像检查设备数据融合困难，容易受扫描时间、运动伪影等多方面因素影响。目前国内操作病例数少，3D打印技术在脑外伤中的运用多为个例报道，缺乏大样本研究[6]。因此对于3D打印技术在脑外伤中的运用还需要进一步的探索和改进。

参考文献

[1]Tomasello F,Conti A,La Torre D,et al.3Dprinting in Neurosurgery[J].World Neurosurg,2016(91):633-634.

[2]Pucci JU,Christophe BR,Sisti JA,et al.Three-dimensional printing:technologies,applications,and limitations in neurosurgery[J].Biotechnol Adv,2017,35(5):521-529.

[3]杜洪澎,李珍珠,李泽福,等.3D打印导板技术在脑出血微创穿刺引流术中的应用[J].中华神经医学杂志,2016,15(7):674-677.

[4]张海泉,周毅,敖祥生,等.外伤性颅内多发血肿的治疗[J].中国临床神经外科杂志,2014,19(12):752-753.

[5]Watson RA.A low-cost surgical application of additive fabrication[J].J Surg Educ,2014,71(1):14-17.

[6]王蕾,张毅.3D打印技术在神经外科的应用现状与新进展[J].实用医学杂志,2018,34(1):1-4.