構(gòu)建顱內(nèi)動脈瘤3D模型指導(dǎo)動脈瘤夾閉的診治體會☆

袁宇翟賀鑫史彥芳郭毅王佳良杜磊丁亞楠李春暉

·病例報告·

構(gòu)建顱內(nèi)動脈瘤3D模型指導(dǎo)動脈瘤夾閉的診治體會☆

袁宇*翟賀鑫*史彥芳*郭毅△王佳良*杜磊*丁亞楠*李春暉*

動脈瘤3D模型 3D打印技術(shù) 模擬手術(shù)

顱內(nèi)動脈瘤是局部血管的異常改變而產(chǎn)生的病理性囊性膨出，常見于Willis環(huán)的動脈分叉處，是蛛網(wǎng)膜下腔出血的最常見原因［1］。其發(fā)病率、致殘率、病死率均較高，目前治療顱內(nèi)動脈瘤主要有開顱動脈瘤夾閉及介入栓塞兩種方法，在臨床動脈瘤夾閉手術(shù)過程中術(shù)者主要通過三維重建技術(shù)獲得動脈瘤二維圖片來指導(dǎo)手術(shù)。本研究通過3D打印技術(shù)構(gòu)建出顱內(nèi)動脈瘤3D模型，并應(yīng)用到術(shù)中指導(dǎo)手術(shù)夾閉動脈瘤。收集河北大學(xué)附屬醫(yī)院顱內(nèi)動脈瘤患者CTA（CT angiography）影像數(shù)據(jù)，采用Mimics17.0軟件精細化處理動脈瘤CTA原始像數(shù)據(jù)，應(yīng)用3D打印技術(shù)構(gòu)建出顱內(nèi)動脈瘤3D模型，從而對動脈瘤部位、形態(tài)、朝向以及與載瘤動脈關(guān)系進行術(shù)前預(yù)估，并模擬瘤頸分離和動脈瘤的夾閉操作，最后應(yīng)用到術(shù)中指導(dǎo)手術(shù)。

1　資料

1.1一般資料 納入標準：復(fù)雜寬頸顱內(nèi)動脈瘤及伴有穿支動脈復(fù)雜動脈瘤。將2015年3月至6月接受開顱動脈瘤夾閉的復(fù)雜顱內(nèi)動脈瘤患者納入研究。共選擇3例患者，男1例，女2例，年齡42～65歲?；颊卟∽兙鶠槌Ｒ?guī)介入栓塞不能完成且手術(shù)治療難度較大，其中大腦中動脈瘤2例，頸內(nèi)動脈動脈瘤1例。所有患者入院Hunt-Hess分級為Ⅰ～Ⅲ級，并完成常規(guī)術(shù)前檢查。

1.2構(gòu)建3D模型 應(yīng)用Mimics軟件精確化處理顱內(nèi)動脈瘤患者的CTA影像數(shù)據(jù)，應(yīng)用threshold value獲取動脈瘤患者CTA血管閾值，采用三維重建技術(shù)構(gòu)建顱內(nèi)動脈瘤3D模型，應(yīng)用Mimics Cut with polyplane預(yù)處理顱內(nèi)動脈瘤3D模型，轉(zhuǎn)化為STL格式，再進行精確化三維計算，獲取面網(wǎng)格優(yōu)化模型，設(shè)置參數(shù)采用ANSYS計算處理數(shù)據(jù)，3D打印機輸出顱內(nèi)動脈瘤3D模型。

1.3結(jié)果所有患者于術(shù)前完成動脈瘤模型3D打印，并在3D模型的輔助下完成術(shù)前模擬及手術(shù)方案制定。術(shù)中測量動脈瘤瘤體、瘤頸的長短徑與測量動脈瘤模型數(shù)據(jù)吻合。3例患者均于全身麻醉下完成手術(shù)，3例動脈瘤均得到完全夾閉，圍手術(shù)期無嚴重并發(fā)癥及死亡病例，術(shù)后隨訪MRS分級均在Ⅰ～Ⅲ級。其中1例患者以突發(fā)劇烈頭痛入院，Hunt-Hess分級為Ⅱ級，頭顱CTA示右側(cè)大腦中動脈瘤（圖1），獲取數(shù)據(jù)打印動脈瘤3D模型（圖2），擇期行動脈瘤夾閉，于術(shù)前進行術(shù)前討論并完成模擬夾閉手術(shù)，術(shù)中應(yīng)用3D模型輔助完成手術(shù)（圖3），術(shù)后復(fù)查全腦血管造影示動脈瘤夾閉完全，復(fù)查頭顱CT示動脈瘤夾放置位置滿意，無再出血發(fā)生。術(shù)后給予尼莫地平持續(xù)泵點預(yù)防腦血管痙攣，予以止血、抑酸、營養(yǎng)神經(jīng)等對癥支持治療。共住院治療14d，患者治愈出院，隨訪3個月無遺留偏癱、失語、癲癇等嚴重并發(fā)癥。

圖1　右側(cè)大腦中動脈動脈瘤CTA影像

圖2　大腦中動脈瘤3D打印模型

圖3　動脈瘤夾閉后圖片

圖4　術(shù)后復(fù)查頭顱CT影像

2　討論

近年來，3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用受到高度重視，目前該項技術(shù)在器官模型制作、生物組織打印方面發(fā)展較為迅速，目前已有心臟外科、骨外科、肝膽外科等開始研究制作器官三維立體模型。臨床醫(yī)師通過3D模型可充分了解組織器官的復(fù)雜解剖關(guān)系，并可以幫助外科醫(yī)生對一些復(fù)雜手術(shù)進行模擬訓(xùn)練，協(xié)助制定最佳手術(shù)方案，從而提高手術(shù)精準度。據(jù)報道，美國國家醫(yī)療中心心臟病專家Laura Olivieri應(yīng)用3D打印技術(shù)成功構(gòu)建了首個先天性心臟病患者的心臟模型［2］，手術(shù)醫(yī)生利用此模型在術(shù)前對患者復(fù)雜的心臟結(jié)構(gòu)進行了深入的分析。2012年密歇根大學(xué)醫(yī)學(xué)院研究人員根據(jù)CT影像數(shù)據(jù)，成功3D打印了支氣管支架，并得到美國食品藥物管理局（FDA）批準，成功給1名先天性支氣管軟化癥患兒移植了3D打印支氣管支架［3］。目前還有成功打印椎間盤［4］、寰樞椎關(guān)節(jié)、主動脈瘤等組織器官3D模型的報道［5］。

本研究應(yīng)用3D打印技術(shù)構(gòu)建出動脈瘤3D模型，結(jié)合模型完成術(shù)前討論，預(yù)估動脈瘤與毗鄰骨質(zhì)、血管、腦實質(zhì)的解剖關(guān)系、動脈瘤的瘤體朝向，模擬瘤頸的分離操作、選擇放置合適的動脈瘤夾，并將模型應(yīng)用到術(shù)中供術(shù)者參考，從而為臨床手術(shù)夾閉動脈瘤提供理論依據(jù)。構(gòu)建動脈瘤3D模型模擬指導(dǎo)手術(shù)的優(yōu)勢在于：①直觀顱內(nèi)動脈全貌，在手術(shù)過程中將3D模型消毒后置于手術(shù)臺上多方位、多角度旋轉(zhuǎn)，可了解動脈瘤患者腦血管解剖特點，評估術(shù)中重要血管、腦實質(zhì)、顱骨解剖關(guān)系，明確動脈瘤的瘤體朝向，并可模擬瘤頸分離操作，減少術(shù)中不必要的解剖顯露，降低動脈瘤破裂出血發(fā)生率；②傳統(tǒng)動脈瘤夾閉術(shù)大部是通過翼點入路進行手術(shù)，對于顱內(nèi)復(fù)雜動脈瘤，由于視角單一可能造成動脈瘤顯露不完全，直接導(dǎo)致夾閉不全、殘余等情況，應(yīng)用3D模型術(shù)前模擬可降低此類事件發(fā)生率；③通過3D模型多方位旋轉(zhuǎn)視角還可了解動脈瘤背側(cè)情況以及復(fù)雜動脈瘤與穿支動脈的解剖關(guān)系。此外還可應(yīng)用模型做術(shù)前討論以及對青年醫(yī)生進行培訓(xùn)，同時方便患者及家屬可以詳細直觀了解病情，正確認識手術(shù)風(fēng)險，從而形成良好的醫(yī)患溝通。3D打印動脈瘤模型亦存在一些不足：①3D打印所依據(jù)的是CTA影像數(shù)據(jù)，而CT對于神經(jīng)組織的顯示并不敏感，3D模型并不能顯示顱神經(jīng)與血管、顱骨的解剖關(guān)系；②顱內(nèi)動脈始終處于搏動狀態(tài)，造影時薄掃圖像可能存在偽影，且3D模型較CT三維重建圖像分辨率低，容易影響結(jié)果的準確性；③對于顱內(nèi)動脈瘤破裂出血腦內(nèi)血腫形成急性期顱內(nèi)高壓的患者，由于血管、神經(jīng)受壓移位，可能造成術(shù)中所見情況與動脈瘤3D模型不一致；④3D打印是一種新型技術(shù)，目前尚未成熟，且打印材料昂貴，耗時長，對于顱內(nèi)動脈瘤破裂出血需急診手術(shù)患者意義不大。

總之，成功構(gòu)建顱內(nèi)動脈瘤3D模型對顱內(nèi)動脈瘤夾閉有一定指導(dǎo)作用。

［1］劉彥超，張斷，段傳志，等.顱內(nèi)動脈瘤模型的研究進展［J］.中國神經(jīng)精神疾病雜志，2013，39（3）:182-185

［2］Beyersdorf F，et al.Three-dimensional bioprinting:new borizon for cardiac surgery［J］.European Journal of Cardio-Thoracic Surgery，2014，46（3）:339-341.

［3］David A，Scott J，Marc E，Nelson，et al.Bioresorbable Airway splint created with a Three-Dimensional printer［J］.The new england Journal of Medicine，2013，23（10）:2043-2045.

［4］Whatley ER，Kuo J，Shuai C，et al.Fabrication of a biomimetic elastic intervertebral disk scaffold using additive manufacturing［J］.Bio fabrication，2011，3（1）:11-15.

［5］Hockaday LA，Kang KH，Colangelo NW，et al.Rapid 3Dprinting of anatomically accurate and mechanically heterogeneous aortic valve hydrogel scaffolds［J］.Biofabrieation，2012，4（3）：32-35.

R605

2015-07-07）

A

（責(zé)任編輯:甘章平）

10.3969/j.issn.1002-0152.2015.09.012

☆河北省醫(yī)學(xué)科學(xué)研究重點課題計劃（編號：20150065）；河北省醫(yī)學(xué)適用技術(shù)跟蹤項目（編號：GL2014-63）資助

*河北大學(xué)附屬醫(yī)院神經(jīng)外科（河北保定071000）

△北京清華長庚醫(yī)院