3D打印技術在神經(jīng)外科顱底手術臨床教學中的應用

程傳東

顱底解剖結構復雜，位置深在，有較多且不規(guī)則的孔、裂、管和道，其內有血管神經(jīng)穿行。正常情況下顱神經(jīng)和血管的位置恒定，但顱底腫瘤常致解剖結構發(fā)生變化，甚至重要神經(jīng)血管被腫瘤包繞，如何實現(xiàn)術前對毗鄰重要結構進行可視化觀察與評估，是神經(jīng)外科亟待解決的難題。隨著組織工程學的發(fā)展，三維（three dimensional，3D） 打印技術已逐漸用于神經(jīng)外科，如個性化植入物、組織工程支架、修復材料等[1]。3D打印技術在顱底手術中的應用，有助于術前了解腫瘤與顱底重要解剖結構的空間位置關系，制定個體化手術方案，甚至術前模擬手術過程，可以提升臨床醫(yī)生直觀認識，在臨床和教學中均有重要意義。

1 顱底手術教學中的難點

顱底腫瘤是指發(fā)生于顱底及其相鄰近結構的腫瘤。顱底主要有額骨、篩骨、蝶骨、顳骨和枕骨的顱底部分組成。前、中、后顱底分別由蝶骨翼、顳骨巖部分界。在顱底骨質厚薄不一，有較多的孔、裂、管，是神經(jīng)血管走行通道，主要有篩孔、視神經(jīng)管、眶上裂、圓孔、卵圓孔、棘孔、頸動脈管、頸靜脈孔、舌下神經(jīng)管和枕骨大孔等，這也是顱底腫瘤向顱內外溝通的驛道。腫瘤既可向顱內發(fā)展，也可向顱外擴延，甚至涉及多部位、多學科領域。

顱底手術需要根據(jù)腫瘤的位置、性質以及與周邊重要神經(jīng)血管的空間位置關系選擇最佳入路，手術中可能需行較多骨質的磨出、自然解剖間隙的顯露。顱底顯微解剖的研究集中在鞍區(qū)、基底池、橋小腦角區(qū)（CPA)、蝶—巖—斜坡區(qū)和頸靜脈孔區(qū)等，相關手術入路有眶上入路、顳下入路、鼻-蝶竇入路、翼點入路、乙狀竇前/后入路、幕上下聯(lián)合入路以及遠外側入路等，甚至多學科協(xié)作，手術難度大，并發(fā)癥多。一般需由高年資經(jīng)驗豐富的顱底外科醫(yī)師手術完成。而神經(jīng)外科作為三級學科，低年級研究生或低年資?？漆t(yī)師參加顱底手術機會較少，對顱底解剖和手術相關入路的認識僅限于理論層面，他們通過傳統(tǒng)的解剖圖譜以及臨床實踐去學習并體會，即便是參與手術過程，由于視角及經(jīng)驗問題也可能無法精準識別一些解剖結構，一般很難在短時間內掌握理解[2]。即便是通過標本教學，一方面因尸頭標本珍貴，價格不菲；另外一方面則是因為解剖標本也無法實時直觀反映腫瘤、血管、神經(jīng)以及顱骨的個體化空間位置關系，在學習體會上可能造成困擾。

2 3D打印技術在神經(jīng)外科的應用進展

3D打印技術是利用計算機的數(shù)字化三維成像結合現(xiàn)代高新技術連續(xù)打印的一項新的應用技術，目前已初步應用于工業(yè)、軍事、航空以及醫(yī)學等領域[2]。3D打印技術通過分層加工、疊加成型以及逐層增加來塑化模擬實體的特性，使其在高精度、高難度以及高度復雜的個體化過程中顯示出獨特的優(yōu)越性。在神經(jīng)外科應用方面，由于中樞神經(jīng)系統(tǒng)結構的復雜性、功能的抽象性，在臨床診治過程中僅依據(jù)二維圖像亦或者三維圖像往往也難以理解掌握，此時如果能夠將三維數(shù)據(jù)通過3D技術打印出來，用于患者宣教與溝通、術前診斷、手術模擬及術中參考，將有效提高手術的精確度、降低手術風險及減少并發(fā)癥的發(fā)生[2]。

血管病是3D打印技術在神經(jīng)外科臨床工作中應用最為廣泛的領域之一。利用3D打印技術可以將動脈瘤、血管畸形精確地模擬重建出來，直觀反映動脈瘤、血管畸形的動脈、靜脈關系以及相對空間位置，為臨床醫(yī)生在術前提供理想的可視化模型，從而進行手術策略的選擇、手術過程的模擬和術中操作的訓練。

對于顱內動脈瘤血管內介入治療，3D打印顱內動脈瘤模型可指導術者根據(jù)血管走形在術前進行微導管預塑形，從而使手術中微導管能夠準確超選入動脈瘤腔，提高微導管到位率，加強栓塞穩(wěn)定性，增加栓塞致密程度，縮短手術時間，能夠高效完成手術，降低病人手術風險。Katsunari N等[3]報道10例動脈瘤患者術前應用3D打印技術將動脈瘤以及載瘤動脈打印出來，對微導管進行預塑形，取得了良好的手術效果，縮短了手術時間。

顱內動靜脈畸形（AVM），由于供血動脈、畸形團以及引流靜脈等的異常重疊，且時常合并動脈瘤，通過術前血管造影很難精準識別精細結構。3D打印模型可直觀觀察，并能分析AVM及其與周圍組織結構的關系，全面真實地了解畸形團結構，確定最佳的手術方案。陳光忠等[4]應用3D打印AVM模型指導手術方案設計及術前溝通談話，并與對照組結果進行對比，顯示3D打印模型可以幫助術者更加直觀地了解畸形團空間結構特征，指導術者進行手術方案的制定，同時應用3D打印實體模型可提高與AVM患者術前談話效率及患者滿意度。

3D打印技術在神經(jīng)外科領域中得到廣泛應用的另一項研究就是3D打印顱骨成型技術。社會文明程度高度發(fā)展，人體缺損后的重建、修復與美容需求越來越高。對于大面積顱骨缺損以及前額、眉弓和顴弓等特殊部位缺損的患者，采用傳統(tǒng)方法進行手術修補后極易造成外觀不對稱，嚴重影響患者的人際社會交往，而3D打印技術可在修復的同時增加美觀。紀玉桂等[5]對23例顱骨纖維結構不良患者利用3D打印技術，根據(jù)術前影像數(shù)據(jù)打印鈦板模型，用于病灶切除后的顱骨修補，術中無需再次修剪塑型，具有良好的適配性，手術效果滿意。

3 3D打印技術在神經(jīng)外科顱底手術教學中的應用前景及臨床實踐

目前來看，3D打印技術在神經(jīng)外科領域中應用最多的還是疾病模型的打印，主要用于教學和個體化精準治療，以及打印出精細的顱骨缺損修補組織，用于顱骨的修補。而3D打印技術應用于顱底手術報道較少，林繼業(yè)等[6]人利用3D打印技術對9例顱底腫瘤手術制作3D實體模型，根據(jù)顱底腫瘤的組織來源或侵犯范圍，從不同的角度觀察3D打印模型，并對其進行切割、測量，指導手術入路及預判術中處理要點，均取得良好效果。王振等[7]人通過3D打印技術對3例腦干腫瘤進行術前模擬手術，優(yōu)化手術方式、體位等取得良好臨床療效。但3D打印技術存在一定局限性，3D打印是基于顱腦CT、MRI、CTA、及MRV等解剖影像進行融合重建，對于神經(jīng)傳導束、功能區(qū)以及神經(jīng)核團等無法進行重建顯示，對于聽神經(jīng)瘤患者面神經(jīng)受壓菲薄移位等情況無法示蹤顯示，且對于腫瘤周邊的細小血管亦無法顯示。膠質瘤等浸潤性生長的惡性腫瘤，3D打印技術只能提供腫瘤相對腦組織及血管的位置關系，無法顯示腫瘤大小及其對腦組織和血管的浸潤關系，存在一定局限性。因此3D打印技術需進一步優(yōu)化影像數(shù)據(jù)，改良打印材料，盡可能還原實際情況。

而對于顱底手術來說，更多的是涉及手術入路的選擇、骨質磨出的范圍以及病灶與周邊重要血管神經(jīng)的空間位置關系，利用3D打印可以將平面影像數(shù)據(jù)轉換為立體模型，在此基礎上神經(jīng)外科醫(yī)師可以進行手術入路設計、模擬手術過程以及臨床教學等。在我們的日常教學中，根據(jù)患者影像資料，利用3D打印技術高度模擬顱底形態(tài)，以盡可能貼近臨床的真實環(huán)境和更符合倫理關懷的方式開展教學，既保護了患者的利益，符合醫(yī)學倫理要求，又有效緩解了臨床資源不足的困境，拓寬了醫(yī)學生的技能培訓空間。對于低年資及規(guī)范化?？粕窠?jīng)外科醫(yī)生來說，顱底模型上反復演練并結合術前影像資料、術中實際情況，逐步認識與掌握相關顱底知識并進而熟能生巧，在實際手術和操作時能夠胸有成竹、有的放矢，對提高手術和操作效率、降低風險、保障患者安全具有重要價值，通過近兩屆學員培訓得知通過3D模型臨床教學可以提高學員的興趣、提升學員的感性認識以及實際操作能力。3D打印模型具有重復使用、易于保存，基本還原實際結構等優(yōu)點，對于神經(jīng)外科醫(yī)生的成長及推動?？漆t(yī)師培訓有著重要意義。

綜上所述，3D打印技術是一項新興的技術手段，對于復雜的神經(jīng)外科顱底手術3D打印模型不僅可以指導臨床醫(yī)師術前個體化手術設計，同時將理論知識、二維圖像結合3D模型應用于臨床教學中，對神經(jīng)外科醫(yī)生成長有著重要幫助，使得傳統(tǒng)解剖圖譜既能“看得見”又能“摸得著”。