作者：胡澤紅，大理大學(xué)；母山，魏劍波，昆明醫(yī)科大學(xué)
神經(jīng)外科疾病種類繁多、解剖結(jié)構(gòu)抽象、部分疾病發(fā)病機制不清，因此神經(jīng)外科疾病具有高死亡率及高致殘率的特點。該類疾病對神經(jīng)外科醫(yī)生的理論基礎(chǔ)、診療技術(shù)及專業(yè)技能要求更高，同時也導(dǎo)致了神經(jīng)外科醫(yī)生培養(yǎng)周期長、難度大。在整個醫(yī)療過程中雖然有詳細且全面的術(shù)前醫(yī)患溝通，術(shù)中嚴謹?shù)膶I(yè)技術(shù)操作，部分病例仍不可避免在術(shù)后出現(xiàn)無法預(yù)知的并發(fā)癥甚至死亡，發(fā)生醫(yī)療糾紛。
3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，給醫(yī)療領(lǐng)域帶來了巨大的變革。在國外，3D打印技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用。在國內(nèi)，3D打印技術(shù)也在神經(jīng)外科領(lǐng)域掀起了一股發(fā)展熱潮，許多醫(yī)療機構(gòu)先后將其應(yīng)用于腦血管疾病、脊柱脊髓疾病、顱內(nèi)各部位腫瘤、神經(jīng)功能性疾病的治療指導(dǎo)及醫(yī)患溝通、臨床教學(xué)活動中。現(xiàn)就3D打印技術(shù)在神經(jīng)外科中的研究現(xiàn)狀、成果進行綜述。
1. 3D打印技術(shù)簡介及臨床應(yīng)用過程
1.1 3D打印定義及技術(shù)分類
3D打印又稱為原型制造，其是一種以數(shù)字模擬文件為基礎(chǔ)，運用粉末或塑料等可黏合的材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的一種技術(shù)。目前應(yīng)用較多的3D打印技術(shù)主要包括以下幾類，如光固化立體印刷（SLA）、熔融沉積制造（FDM）、選擇性激光燒結(jié)（SLS）及三維噴?。?DP）等。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用主要包括制造醫(yī)療產(chǎn)品、樣機設(shè)備、解剖模型、可植入人體的植入物或用于生物組織的支架等，目前應(yīng)用最廣的是解剖模型的打印。
1.2 3D 打印技術(shù)臨床應(yīng)用的操作過程
1.2.1 獲取影像資料
目前，CT、MRI及DSA在各醫(yī)院均廣泛普及，主要設(shè)備生產(chǎn)廠商包括美國通用電氣（GE）公司、德國西門子公司（SIEMENS AGFWB）、荷蘭飛利浦公司（PHILIPS）等，將所需病例的CT、MRI、DSA掃描原始數(shù)據(jù)以DICOM 格式輸出。
1.2.2 制作3D計算機圖像
將DICOM 數(shù)據(jù)資料輸入各種3D 模型制作軟件，大多數(shù)醫(yī)療機構(gòu)采用Mimics research軟件（比利時Materialise公司）制作3D模型，可信度較高，但購買軟件費用高，也可選擇3D－Slicer軟件進行建模，這是一個免費軟件。黑龍江鶴崗市人民醫(yī)院曹玉福教授建立的3D－Slicer社區(qū)，為醫(yī)務(wù)人員學(xué)習(xí)該軟件提供了便利。但該軟件因未通過美國FDA認證，部分學(xué)者不主張臨床應(yīng)用，但作者認為只要可以建立準確的計算機模型都是可行的。少部分醫(yī)療機構(gòu)也自行設(shè)計軟件，如湘雅醫(yī)院選用自行設(shè)計的三維設(shè)計軟件系統(tǒng)，即E－3D系統(tǒng)，直接將CT／MR數(shù)據(jù)制作為3D模型，更加方便快捷，目前也在全國推廣中。
1.2.3 打印3D模型
將計算機設(shè)計的3D模型進行準確度評估后導(dǎo)入3D打印機，3D打印機種類多，價格差異大。部分醫(yī)療機構(gòu)購買3D打印機在醫(yī)院內(nèi)部打印模型，如許多醫(yī)院成立專門的3D 打印研究所。部分醫(yī)療機構(gòu)則將數(shù)據(jù)傳送給專門的3D打印公司來制作模型。
1.2.4 臨床應(yīng)用
再次評估模型的準確度，根據(jù)不同目的分別應(yīng)用于臨床教學(xué)、醫(yī)患溝通、手術(shù)方式選擇及模擬手術(shù)過程等。
2.3D打印在神經(jīng)外科的應(yīng)用現(xiàn)狀
2.1 3D打印在臨床教學(xué)活動及醫(yī)生培養(yǎng)中的應(yīng)用
住院醫(yī)師規(guī)范化培訓(xùn)是畢業(yè)后醫(yī)學(xué)教育的重要組成部分，其目的是培養(yǎng)具有良好醫(yī)德、扎實醫(yī)學(xué)理論知識和規(guī)范臨床技能，能獨立診治本專業(yè)常見疾病、多發(fā)疾病的臨床醫(yī)生。神經(jīng)外科疾病具有獨特性、復(fù)雜性、立體性、精準性等特點，需要良好的空間想象能力及不斷進行解剖結(jié)構(gòu)的強化學(xué)習(xí)。但在住院醫(yī)師規(guī)范化培訓(xùn)中，神經(jīng)外科輪轉(zhuǎn)時間短，神經(jīng)外科專業(yè)理論知識可以經(jīng)過反復(fù)專業(yè)書本學(xué)習(xí)得到提升，但在如此短的時間內(nèi)幾乎不可能建立起神經(jīng)系統(tǒng)三維解剖的認識。
解剖學(xué)是每個醫(yī)學(xué)生必修課程，包括理論課程學(xué)習(xí)及實驗解剖操作，然而在解剖實驗課程中，由于神經(jīng)外科的專科性及解剖儀器的高要求，許多高校只注重于呼吸、消化、泌尿及運動等系統(tǒng)的解剖學(xué)習(xí)，神經(jīng)系統(tǒng)少有涉及，醫(yī)學(xué)生階段幾乎沒有親自解剖神經(jīng)系統(tǒng)的機會，所以造成了在神經(jīng)外科學(xué)習(xí)中空間三維認識欠缺、影像學(xué)認識混亂、影像學(xué)表現(xiàn)不能與術(shù)中解剖相聯(lián)系等一系列問題。但3D打印技術(shù)的出現(xiàn)為解決這一問題提供了新的思路及方法，選擇典型病例，運用3D打印技術(shù)打印顱內(nèi)腫瘤、動脈瘤、血管畸形、脊柱脊髓疾病的模型，直觀地呈現(xiàn)在培訓(xùn)學(xué)員面前，提高其學(xué)習(xí)的積極性。同時鞏固其解剖基礎(chǔ)知識，不僅可以幫助他們學(xué)習(xí)疾病解剖、制定手術(shù)方案、掌握手術(shù)并發(fā)癥，還可以促進他們學(xué)習(xí)影像知識，幫助他們閱讀CT、MRI及DSA片。
例如濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院神經(jīng)外科李珍珠等教授便利用3D打印技術(shù)構(gòu)建動脈瘤模型，并通過研究發(fā)現(xiàn)其能提高臨床醫(yī)學(xué)生對動脈瘤的理解，已證實其可以在臨床教學(xué)中推廣應(yīng)用。在脊柱外科方面，部分學(xué)者運用3D 打印模型對青年醫(yī)生的手術(shù)技巧進行訓(xùn)練，讓青年醫(yī)生親手操作并分析得與失，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)青年醫(yī)生在接受新的方法培訓(xùn)后，能夠在較短時間內(nèi)精通脊柱全長的椎弓根螺釘置入技巧。最終證實3D 打印技術(shù)運用于脊柱外科手術(shù)訓(xùn)練是切實可行的，且是一種效果明顯的訓(xùn)練方法。
2.2 3D打印在脊柱脊髓疾病中的應(yīng)用
脊柱脊髓疾病的手術(shù)治療，在術(shù)前需詳細掌握解剖結(jié)構(gòu)，術(shù)中需選擇合適規(guī)格的內(nèi)固定螺釘并正確選擇進釘點。僅通過常規(guī)影像對寰樞椎骨折、腫瘤生長破壞正常解剖結(jié)構(gòu)、脊柱復(fù)雜畸形等病例進行術(shù)前評估仍面臨巨大挑戰(zhàn)。但3D打印技術(shù)可以完美、逼真地再現(xiàn)骨折椎體、腫瘤及與周圍鄰近血管神經(jīng)解剖的聯(lián)系，方便術(shù)者制定手術(shù)方案，選擇合適的內(nèi)固定螺釘，并且可預(yù)演手術(shù)方案，從而避免對重要血管、神經(jīng)功能的損傷。
目前，3D打印技術(shù)已應(yīng)用于脊柱脊髓疾病治療中，包括神經(jīng)外科或骨科的脊柱病區(qū)。有研究結(jié)果表明，3D打印技術(shù)在脊柱矯形方面可以顯著縮短手術(shù)時間，減少出血量，提高側(cè)凸、后凸矯正效果及提高椎弓根螺釘準確率，同時減少并發(fā)癥。在前路寰樞椎側(cè)方關(guān)節(jié)螺釘和齒狀突螺釘內(nèi)固定術(shù)中，由于頸部解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，周圍有豐富的神經(jīng)、血管等軟組織結(jié)構(gòu)，手術(shù)風(fēng)險高，對置釘準確度要求更高，但應(yīng)用3D打印技術(shù)可以很好地指導(dǎo)手術(shù)的演練。
2.3 3D打印技術(shù)在顱內(nèi)腫瘤中的應(yīng)用
顱底解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因位置深、顱底骨質(zhì)凹凸不平、有許多孔裂管道，其內(nèi)有重要血管神經(jīng)穿行，顱底占位性病變又將正常顱內(nèi)結(jié)構(gòu)推壓、破壞，使原本復(fù)雜的結(jié)構(gòu)更加難以辨認，所以顱底腫瘤是目前神經(jīng)外科領(lǐng)域的一大難題。大腦鐮旁腫瘤十分常見，特別是腦膜瘤，常是此部位的好發(fā)腫瘤之一，其生長緩慢，發(fā)現(xiàn)時常常十分巨大，與矢狀竇緊密粘連，術(shù)中操作難度大，可能因破壞靜脈竇并發(fā)大出血危及患者生命，如何最大限度地精準切除腫瘤的同時減少并發(fā)癥是術(shù)者需要慎重思考的問題。
3D打印技術(shù)可以在術(shù)前詳細評估腫瘤部位、解剖關(guān)系，全面評估術(shù)中可能出現(xiàn)的突發(fā)情況，預(yù)演手術(shù)過程，在手術(shù)過程中做到心中有數(shù)。目前，許多醫(yī)院已開展這方面的研究，如南方醫(yī)科大學(xué)術(shù)中借助3D模型指導(dǎo)腫瘤切除術(shù)，發(fā)現(xiàn)除1例表皮樣囊腫囊壁次全切除、1例腦膜瘤次全切除外，余6例顱底腫瘤均全切除，未出現(xiàn)嚴重并發(fā)癥及死亡病例。證實了3D打印顱底疾病模型在技術(shù)上可行，同時能夠有效輔助復(fù)雜顱底疾病手術(shù)方案的制定及模擬手術(shù)，提高手術(shù)效率和安全性。
福建省立醫(yī)院神經(jīng)外科則選取大腦鐮旁腦膜瘤采用3D打印技術(shù)制作出大腦鐮旁腦膜瘤實體解剖模型，解剖模型可以清晰顯示腫瘤與顱骨、大腦鐮、上下矢狀竇及周邊血管的關(guān)系。手術(shù)醫(yī)生利用該模型制定出完善的手術(shù)預(yù)案，術(shù)中根據(jù)大腦鐮旁腦膜瘤實體解剖模型指導(dǎo)手術(shù)定位與實施，避開重要血管，達到Simpson I級切除，且患者術(shù)后無明顯腦水腫、血腫及神經(jīng)功能障礙，手術(shù)成功。這些研究都表明3D打印技術(shù)在顱內(nèi)復(fù)雜腫瘤切除手術(shù)方面應(yīng)用價值較高。
2.4 3D打印在腦血管疾病中的應(yīng)用
顱內(nèi)動脈瘤破裂導(dǎo)致的腦出血是神經(jīng)外科常見的危急重癥之一，且死亡率高。開顱動脈瘤夾閉術(shù)、包裹術(shù)或血管內(nèi)治療是動脈瘤治療的途徑，合理選擇手術(shù)方式是改善動脈瘤治療效果的關(guān)鍵，雖然目前手術(shù)技術(shù)十分成熟，但是顱底動脈分支較多，加上有變異的交通支存在，復(fù)雜腦動脈瘤的手術(shù)治療對神經(jīng)外科醫(yī)生仍是巨大的挑戰(zhàn)。3D打印可以打印出逼真的、精確的、可視化的模型，能全面、直觀地顯示腦動脈瘤及其與毗鄰血管、顱骨的空間解剖結(jié)構(gòu)關(guān)系，術(shù)前模擬手術(shù)，可以更好地規(guī)避手術(shù)風(fēng)險，縮短手術(shù)時間，減少術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生。
腦血管畸形治療可采用AVM整塊切除術(shù)，供血動脈結(jié)扎術(shù)、血管內(nèi)栓塞術(shù)或γ刀等治療。將3D打印技術(shù)應(yīng)用于腦血管畸形的介入栓塞治療，可以讓醫(yī)生真實、全面地了解畸形團結(jié)構(gòu)，對畸形團病灶的供血動脈、畸形團、引流靜脈進行詳細、立體地觀察，為臨床醫(yī)生選擇哪條路徑血管進行栓塞，應(yīng)用何種栓塞材料提供幫助，從而提高栓塞質(zhì)量。
2.5 3D打印技術(shù)在醫(yī)患溝通中的應(yīng)用
隨著人民物質(zhì)生活水平的提高，人民對醫(yī)療的要求也隨之提升。我國目前醫(yī)患矛盾越來越尖銳，其中，神經(jīng)外科是其中的重災(zāi)區(qū)之一。其原因在于神經(jīng)外科病種復(fù)雜、病情進展快、治療費用高，一旦出現(xiàn)不良醫(yī)療事件，常常導(dǎo)致患者死亡或遺留各種神經(jīng)功能障礙等嚴重后果，特別容易發(fā)生醫(yī)療糾紛。但從醫(yī)患矛盾與沖突的現(xiàn)狀分析，大多數(shù)醫(yī)患糾紛并不是由于醫(yī)療技術(shù)不夠及醫(yī)療質(zhì)量低而引起的，更多的是由于醫(yī)患雙方認知的偏差、患方對醫(yī)療結(jié)果的不合理期望、醫(yī)患雙方溝通不足而導(dǎo)致。
3D模型可以為患者家屬提供直接、真實的病灶情況，提升患者及家屬對病情的理解程度。作者應(yīng)用3D打印技術(shù)治療兒童頸內(nèi)動脈床突段創(chuàng)傷性動脈瘤1例，指導(dǎo)術(shù)前溝通，能使患者家屬對手術(shù)方式的選擇及手術(shù)風(fēng)險更加理解。國外的研究機構(gòu)也證實，3D打印模型有利于醫(yī)生向患者及家屬溝通及解釋病情。
3.3D打印技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)及展望
3.1 打印中空器官尚存在難度
3D打印技術(shù)打印中空器官尚存在難度，所以在腦血管疾病的應(yīng)用中，不能反映血管內(nèi)部的真實情況，如是否有鈣化、斑塊及血栓等。動脈瘤的夾閉及介入栓塞不僅需要了解動脈瘤的位置、形狀、周圍關(guān)系，同樣需要了解血管壁厚度及特性，如彈性、硬度等。3D打印技術(shù)需影像重建計算機圖像，但WURM等發(fā)現(xiàn)血管直徑小于0.4mm不能重建，所以導(dǎo)致打印精細化程度低，但目前3D打印尚處于起步階段，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進步，這些問題都有望被解決，3D打印技術(shù)模型會越來越精細化。
3.2 價格昂貴且需要專業(yè)人員
3D打印技術(shù)的實施需要專門的軟件及專業(yè)人員，3D打印機普遍價格昂貴，打印材料也是價格不菲。有國外的研究報道，制造1個動脈瘤模型需花費300～400美元。同時培訓(xùn)專業(yè)的技術(shù)人員給醫(yī)療機構(gòu)增加額外經(jīng)濟負擔。目前，國內(nèi)許多研究取得的喜人成果均是申請省市重大專項項目，獲得專門研究基金才得以實現(xiàn)的。
但隨著3D打印技術(shù)的普及及發(fā)展的成熟，制作成本會降低，同時也有許多降低制作成本的方法，如Mimics research軟件價格昂貴可以選擇3D－Slicer軟件，打印機價格高昂，對于普通模型的打印也可選擇價格低廉的打印機，如作者采用普通3D 打印機（極光爾沃在－603S），也同樣實現(xiàn)了3D打印技術(shù)的臨床應(yīng)用。3D模型的重建及打印還可以與專門3D打印公司合作進行開展，如作者單位部分科室便選擇此種模式，不僅可以減少設(shè)備的投入、專業(yè)人員的培養(yǎng)，而且由于3D打印公司的專業(yè)性，還可以提高打印的準確性。
因為3D打印技術(shù)在臨床中的應(yīng)用尚在起步階段，醫(yī)療機構(gòu)如何收費也無規(guī)范機制，同時未納入醫(yī)療保險（醫(yī)保）范疇，例如作者醫(yī)院就僅停留在研究階段，所有打印均處于免費階段，醫(yī)院管理者開展意愿不強烈。在醫(yī)保不能報銷的情況下，增加額外的費用，患者及家屬也不能接受。但是2015年，3D打印技術(shù)被納入我國先進技術(shù)發(fā)展項目，政府相關(guān)部門也在為此做出努力，并且將通過法律法規(guī)建設(shè)等相關(guān)措施規(guī)范、引導(dǎo)、推動3D打印技術(shù)在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域中的應(yīng)用。隨著先進技術(shù)的廣泛應(yīng)用，3D打印技術(shù)必然會形成一套規(guī)范收費體制，同時也將和普通影像學(xué)檢查一樣納入醫(yī)保范疇，最終得到醫(yī)院管理者及患者的支持。
3.3 耗時較長
3D打印技術(shù)處理耗時，3D打印機打印1個模具一般需要5h以上，部分模具打印甚至超過24h，拷貝數(shù)據(jù)資料、建立計算機模型又增加額外耗時，對于急診手術(shù)實用性較差。使用者在建立計算機模型時可以盡可能地去除不需要的部分，不僅縮短打印時間，還節(jié)約耗材。作者打印動脈瘤模型時僅打印載瘤動脈近端及動脈瘤部分，打印時間基本控制在1h以內(nèi)，隨著操作的熟練，時間還可以進一步縮短，例如濱州醫(yī)學(xué)院技術(shù)熟練后，打印的腦出血模型在急診手術(shù)中也實現(xiàn)了運用。
綜上所述，3D打印技術(shù)憑借其獨特的優(yōu)越性，不僅在神經(jīng)外科各領(lǐng)域得到推廣應(yīng)用，今后在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域其他方面的應(yīng)用也將被推向更高的層面。
來源：胡澤紅,母山,魏劍波.3D打印在神經(jīng)外科中的臨床應(yīng)用現(xiàn)狀與展望[J].現(xiàn)代醫(yī)藥衛(wèi)生,2019,35(04):553-556.
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