3D打印技術(shù)在復(fù)雜顱頸交界區(qū)手術(shù)中的應(yīng)用價值

周旭東，王濟濰，王磊，姜政，韓利章，江玉泉

顱頸交界區(qū)畸形是指枕骨、寰椎和樞椎骨質(zhì)、軟組織和神經(jīng)系統(tǒng)的異常病理改變[1-2]，包括寰椎枕化、顱底凹陷、顱底壓跡、顱骨沉降、寰樞椎脫位、扁平顱底、Chiari畸形和脊髓空洞癥等[3-5]。復(fù)雜顱頸交界畸形可多種畸形同時共存，表現(xiàn)形式多樣，解剖變異復(fù)雜，尤其是手術(shù)中內(nèi)固定螺釘?shù)陌踩?、?zhǔn)確置入，一直是國際脊柱神經(jīng)外科界的難題[6-7]。近年來，3D打印技術(shù)的興起為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域帶來了巨大發(fā)展[8]。山東大學(xué)齊魯醫(yī)院神經(jīng)外科于2017年5月—2020年5月期間，采用3D打印技術(shù)輔助手術(shù)治療26例顱頸交界區(qū)畸形患者，取得了滿意的臨床效果?，F(xiàn)分析報告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 本組患者中男7例，女19例；年齡24～75歲，平均46.8歲；術(shù)前日本骨科學(xué)會(Japanese Orthopaedic Association，JOA)評分8～15分，平均(11.35±0.39)分。患者均合并多種顱頸交界區(qū)畸形病變，如寰椎枕化、顱底凹陷、顱底壓跡、顱骨沉降、寰樞椎脫位、扁平顱底、Chiari畸形和脊髓空洞癥(表1)；符合中國顱頸交界區(qū)畸形診療專家共識的診斷標(biāo)準(zhǔn)[9]。本研究方案獲得山東大學(xué)齊魯醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)，所有患者或其監(jiān)護(hù)人均同意，并簽署了知情同意書。

表1 本組患者的顱頸交界區(qū)畸形類型

1.2 方法

1.2.1 3D打印模型制作及應(yīng)用 患者均行顱頸交界區(qū)64層螺旋CT三維掃描，層厚1 mm。檢查三維掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)入FDM 3D打印機(型號：Y6051；廣州研肽科技有限公司)；打印成型尺寸：400 mm×400 mm×500 mm，層厚0.1～0.4 mm，打印精度：0.1 mm，打印材料：PLA、ABS；3D打印成為1∶1模型。準(zhǔn)備手術(shù)器械，制定手術(shù)預(yù)案，在3D打印模型上置釘。置釘過程可反復(fù)調(diào)整，直至獲得最滿意的置釘效果。記錄螺釘?shù)某叽?，置釘?shù)慕嵌?、方向以及與周圍重要血管、神經(jīng)的位置關(guān)系，形成完整的置釘方案。置釘完成后的模型重新導(dǎo)入電腦，形成三維模擬動畫，動態(tài)模擬加壓撐開復(fù)位的過程；復(fù)位過程可反復(fù)進(jìn)行，直至獲得滿意的復(fù)位效果；記錄復(fù)位的角度及所需力量，形成最終的復(fù)位方案。

1.2.2 手術(shù)治療 按置釘方案與復(fù)位方案進(jìn)行手術(shù)。暴露目標(biāo)椎體后方棘突、椎板和側(cè)塊等結(jié)構(gòu)，根據(jù)3D打印模擬提供的進(jìn)釘點，制備椎弓根螺釘釘?shù)?；用金屬探子探查釘?shù)罒o誤并測量其長度后，選擇合適的螺釘置入；置入枕骨板，連接鈦棒，撐開復(fù)位，完成固定；皮下放置引流管。術(shù)后常規(guī)應(yīng)用抗生素預(yù)防感染，術(shù)后第2 d拔除引流管。

1.2.3 療效評判 術(shù)后觀察患者的癥狀變化，并詳細(xì)查體；術(shù)后1個月行JOA評分[10]，評判患者的癥狀改善情況。術(shù)后復(fù)查三維CT掃描，觀察復(fù)位的程度與效果及螺釘位置；并與三維模擬的手術(shù)復(fù)位效果進(jìn)行對比，評價模擬置釘和復(fù)位方案對手術(shù)的指導(dǎo)作用。

1.2.4 術(shù)后隨訪 對所有患者均進(jìn)行術(shù)后定期門診復(fù)查隨訪和電話隨訪，隨訪時間3～6個月，隨訪內(nèi)容包括頭痛、頭暈、肢體麻木、疼痛、無力等癥狀是否消失或緩解，有無復(fù)發(fā)，以及有無神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥。

2 結(jié) 果

2.1 3D打印模型及模擬手術(shù)入路 利用3D打印技術(shù)制作的實物模型可直觀地顯示顱頸交界區(qū)畸形區(qū)的空間結(jié)構(gòu)及其與重要血管、神經(jīng)的毗鄰關(guān)系；如椎動脈的位置及走行、橫突孔的位置、寰樞椎關(guān)節(jié)的相對位置、側(cè)塊及椎弓根的尺寸等(圖1)。進(jìn)一步借助3D實物模型進(jìn)行手術(shù)入路、置釘方案模擬(圖2)，規(guī)劃手術(shù)方式。

圖1 3D打印實物模型

圖2 3D模型模擬手術(shù)方案

2.2 手術(shù)療效及隨訪結(jié)果 本組患者中，術(shù)后癥狀改善優(yōu)的患者7例(26.9%)、良17例(65.4%)、可2例(7.7%)、差0例；優(yōu)良率為88.4%。術(shù)后1個月的JOA評分比術(shù)前顯著升高(13.23±0.4vs11.35±0.39)，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)。

3 討 論

顱頸交界區(qū)畸形的發(fā)生發(fā)展既有先天性胎發(fā)育因素，又有后天病理生理學(xué)及生物力學(xué)改變的影響。在許多情況下，顱頸交界區(qū)畸形常有多種類型畸形同時存在，錯綜復(fù)雜，如顱底凹陷、扁平顱底、寰枕融合、寰樞椎脫位等，有的還同時合并小腦扁桃體下疝、脊髓空洞癥等；給治療方法的選擇和手術(shù)方案的制定帶來極大的困難[2,11-15]。

從臨床發(fā)病機制及治療角度來看，顱頸交界區(qū)畸形的發(fā)生發(fā)展大體分為以下兩種：(1)顱頸交界區(qū)失穩(wěn)，主要為寰樞椎失穩(wěn)或脫位(垂直及水平脫位)引起的癥狀；(2)延髓脊髓等神經(jīng)組織受壓的癥狀[5,16-17]。其中，延髓脊髓受壓大多是由于寰樞椎脫位所致；因此，治療重點主要應(yīng)為如何糾正寰樞椎脫位。在傳統(tǒng)治療方式中，通過經(jīng)口松解及齒狀突切除解除神經(jīng)受壓癥狀。理論上，經(jīng)口松解及齒狀突切除復(fù)位較理想，但經(jīng)過大量臨床實踐證明，并非所有患者均能達(dá)到理想的復(fù)位效果。除此之外，經(jīng)口腔手術(shù)的難度大、污染風(fēng)險高，解剖復(fù)雜；目前僅有少數(shù)?？漆t(yī)師能熟練掌握此技術(shù)。最近有多個研究報道，通過單純經(jīng)后路復(fù)位矯形及固定術(shù)治療顱底凹陷合并的寰樞椎脫位，能夠有效避免經(jīng)口腔手術(shù)的多種弊端；且寰樞椎側(cè)方關(guān)節(jié)切開松解復(fù)位和枕骨-樞椎螺釘間撐開復(fù)位術(shù)均可獲得非常理想的復(fù)位效果。在枕骨-樞椎螺釘間撐開復(fù)位術(shù)中，由于作用于螺釘間撐開復(fù)位的力量遠(yuǎn)大于顱骨牽引的力量，使得傳統(tǒng)治療觀念認(rèn)為的難復(fù)性寰樞椎脫位，甚至不可復(fù)性寰樞椎脫位也可獲得較好的復(fù)位效果，且術(shù)前不需要常規(guī)的顱骨牽引評價，是對傳統(tǒng)治療模式的重大改進(jìn)。在這種手術(shù)操作中，螺釘?shù)闹萌胧亲铌P(guān)鍵也是最危險的步驟[18-20]。如何置入樞椎椎弓根螺釘、樞椎椎弓根螺釘無法置入時采用何種替代方案，以及在置釘過程中如何避免損傷椎動脈、硬脊膜和神經(jīng)，是術(shù)前及術(shù)中最重要的關(guān)注點。因一旦置釘失誤，術(shù)中或術(shù)后就會出現(xiàn)椎動脈、脊髓及延髓損傷、硬腦膜破裂并腦脊液漏等并發(fā)癥；故術(shù)前應(yīng)盡可能全面地搜集手術(shù)相關(guān)區(qū)域的解剖信息，包括椎動脈的位置及走行、橫突孔的位置、寰樞椎關(guān)節(jié)相對位置、側(cè)塊及椎弓根的尺寸等。目前，對這些信息的搜集依賴于CT三維掃描和MRI檢查。但無論CT與MRI的分辨率如何提高，其呈現(xiàn)在屏幕或片子上的只是二維圖像，無法為手術(shù)者提供精準(zhǔn)的全息資料。

3D打印技術(shù)的興起，給傳統(tǒng)的制造業(yè)、材料學(xué)、航空航天和醫(yī)療等產(chǎn)業(yè)帶來巨大的沖擊和改革[21]。近年來，3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的臨床應(yīng)用研究發(fā)展迅速[22-23]。神經(jīng)外科功能精細(xì)，所涉及的解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，神經(jīng)外科病變更是錯綜復(fù)雜、診療困難，手術(shù)難度大，亦給教學(xué)帶來很大難度。因此，在神經(jīng)外科學(xué)領(lǐng)域尤其適用3D打印技術(shù)。目前3D打印技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)的應(yīng)用主要分為3類，(1)打印臨床醫(yī)學(xué)模型：通過打印1∶1的模型進(jìn)行手術(shù)規(guī)劃、練習(xí)，還可以通過模型向患者和臨床醫(yī)學(xué)生展示疾病情況，增加患者和臨床醫(yī)學(xué)生對疾病的理解；(2)醫(yī)療器械/組織工程的制造：通過打印1∶1的模型進(jìn)行個體化假體或輔助器械的植入；(3)制造人工器官和組織，以用于人類器官移植。

顱頸交界區(qū)畸形的手術(shù)區(qū)域是人體最復(fù)雜精密的解剖結(jié)構(gòu)之一，尤其是形態(tài)極其不規(guī)則的顱底及寰樞椎骨質(zhì)，和其中的腦組織、延髓、脊髓、血管、神經(jīng)等，再加上眾多的腫瘤和畸形等病變，使復(fù)雜而狹小的空間結(jié)構(gòu)產(chǎn)生巨大的變化，一般的影像學(xué)檢查很難直觀地呈現(xiàn)出病變的結(jié)構(gòu)，給神經(jīng)外科醫(yī)生處理這些病變造成了極大的困難和挑戰(zhàn)。而3D打印模型可以以1∶1準(zhǔn)確復(fù)制患者病變區(qū)域的三維解剖結(jié)構(gòu)(圖1、2)，為術(shù)者提供更精確與真實的術(shù)前組織解剖資料。術(shù)者可在3D模型上進(jìn)行預(yù)手術(shù)，明確螺釘置入的方向、角度以及所需螺釘?shù)某叽纾瑥亩谡嬲氖中g(shù)開始后，大大提高置釘?shù)臏?zhǔn)確性與安全性，提高復(fù)位的成功率。另外，3D模型可用于術(shù)前向患者及其家屬講解手術(shù)過程，讓患方對手術(shù)過程、手術(shù)風(fēng)險及可能出現(xiàn)的損傷與并發(fā)癥有一個更直觀且更易理解的認(rèn)識，方便醫(yī)患雙方的溝通與交流。3D打印模型也可用于醫(yī)學(xué)生和實習(xí)生的臨床教學(xué)[24]，使其對顱頸交界區(qū)的解剖、畸形的發(fā)生原因與病理改變、手術(shù)的復(fù)位過程及復(fù)位后的效果有一個更加直觀和全面的認(rèn)識。

綜上所述，3D打印技術(shù)在顱頸交界區(qū)畸形疾病手術(shù)治療中有明顯應(yīng)用價值，借助3D打印技術(shù)可實現(xiàn)個體化治療與精準(zhǔn)醫(yī)療，值得在臨床廣泛推廣、應(yīng)用。