3D打印技術在神經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，有較多且不規則的孔、裂、管和道，其內有血管神經穿行。正常情況下顱神經和血管的位置恒定，但顱底腫瘤常致解剖結構發生變化，甚至重要神經血管被腫瘤包繞，如何實現術前對毗鄰重要結構進行可視化觀察與評估，是神經外科亟待解決的難題。隨著組織工程學的發展，三維（three dimensional，3D） 打印技術已逐漸用于神經外科，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，是神經血管走行通道，主要有篩孔、視神經管、眶上裂、圓孔、卵圓孔、棘孔、頸動脈管、頸靜脈孔、舌下神經管和枕骨大孔等，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。

顱底手術需要根據腫瘤的位置、性質以及與周邊重要神經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、基底池、橋小腦角區（CPA)、蝶—巖—斜坡區和頸靜脈孔區等，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、幕上下聯合入路以及遠外側入路等，甚至多學科協作，手術難度大，并發癥多。一般需由高年資經驗豐富的顱底外科醫師手術完成。而神經外科作為三級學科，低年級研究生或低年資專科醫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打印技術在神經外科的應用進展

3D打印技術是利用計算機的數字化三維成像結合現代高新技術連續打印的一項新的應用技術，目前已初步應用于工業、軍事、航空以及醫學等領域[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越性。在神經外科應用方面，由于中樞神經系統結構的復雜性、功能的抽象性，在臨床診治過程中僅依據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據通過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癥的發生[2]。

血管病是3D打印技術在神經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，根據術前影像數據打印鈦板模型，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，對于神經傳導束、功能區以及神經核團等無法進行重建顯示，對于聽神經瘤患者面神經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化影像數據，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的空間位置關系，利用3D打印可以將平面影像數據轉換為立體模型，在此基礎上神經外科醫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，根據患者影像資料，利用3D打印技術高度模擬顱底形態，以盡可能貼近臨床的真實環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，符合醫學倫理要求，又有效緩解了臨床資源不足的困境，拓寬了醫學生的技能培訓空間。對于低年資及規范化專科神經外科醫生來說，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點，對于神經外科醫生的成長及推動專科醫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，對于復雜的神經外科顱底手術3D打印模型不僅可以指導臨床醫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，對神經外科醫生成長有著重要幫助，使得傳統解剖圖譜既能“看得見”又能“摸得著”。