3D打印導航面具在三叉神經球囊壓迫術中的應用

張濤 邢夢楊 陳偉 徐軍 徐文虎 李澤福

濱州醫學院附屬醫院神經外科（山東濱州256603）

原發性三叉神經痛（trigeminal neuralgia，TN）是頻繁發生的面部刀切割樣或過電樣的神經疼痛，嚴重影響了患者的日常生活[1-3]。目前治療TN有藥物治療、經皮射頻熱凝術、經皮球囊壓迫術及微血管減壓術等治療方式[4-11]。經皮球囊壓迫術（percutaneous balloon compression，PBC）因應用簡單有效，合并癥少，目前被認為是改善TN 癥狀效果最為顯著的方法之一[12-14]。PBC 一般需經Hartel前入路穿刺卵圓孔，但因卵圓孔面積狹小、形狀不一且穿刺距離較遠，穿刺技術難度較大。目前主要依靠C 臂、CT、DSA 或神經導航等技術輔助穿刺，但術中仍需多次調整穿刺針方向和進針深度、經過反復試探才能進入卵圓孔，手術時間長、創傷大，并且患者及術者均接受射線輻射時間長，因此精準定位并準確穿刺卵圓孔是確保手術效果、縮短手術時間、減少合并癥的關鍵。3D打印具有精確化、個性化的特點，可以滿足PBC手術的要求[15]。本研究應用個體化制作的3D打印面具，可精確引導穿刺，為TN的微創治療提供更加精確、安全、有效的途徑。

1 資料與方法

1.1 一般資料40例原發性三叉神經痛患者均為首次手術治療，采用隨機同意設計方法（The randomized consent design）按隨機數字表法分成A組（DSA 引導組，n= 20）和B 組（3D打印面具組，n= 20）各20例，所有患者術前均簽署知情同意書。兩組患者的性別、年齡、病程、術前VAS 評分及疼痛區域均無明顯差異（表1）。兩組患者按照臨床表現及頭顱CT 或MRI，確診為原發性三叉神經痛，并排除：（1）穿刺部位皮膚及軟組織感染；（2）患有嚴重的心臟病、高血壓、糖尿病等基礎疾病及肝、肺、腎功能異常者；（3）凝血功能障礙；（4）精神異常、不能配合者；（5）原發性三叉神經痛經手術治療再次復發者。本研究獲得濱州醫學院附屬醫院倫理委員會批準通過，所有患者術前均已簽署知情同意書。

表1 兩組患者的一般情況比較Tab.1 Clinical data of two groups±s

表1 兩組患者的一般情況比較Tab.1 Clinical data of two groups±s

組別A 組B 組統計量值性別（男/女）6/14 5/15 χ2 =0.13 P=0.72年齡（歲）67.9±10.4 65.8±11.7 F=0.20 t=0.59 P=0.56病程（月）17.8±6.7 20.6±9.0 F=2.46 t=-1.14 P=0.26術前VAS 評分8.8±1.0 8.6±1.1 F=0.54 t=0.60 P=0.55疼痛區域（Ⅰ/Ⅰ+Ⅱ）3/17 6/14 χ2 =0.57 P=0.45

1.2 術前3D打印面具制作將顱腦CT 掃描數據進行光盤刻錄并導入Mimics軟件進行三維重建制作，通過閾值選擇重建顱底骨質及面部皮膚，測量卵圓孔形態數據，使用布爾邏輯運算理念，三維重建構建面具模型及模擬穿刺針道導管并測量導管外緣到卵圓孔的距離。面具模型一般取鼻尖、雙唇及外耳道為面具定位標志，選擇大小合適的帶有穿刺導管的面具模型，保存為3D打印機所匹配的STL 格式文件（圖1）。

圖1 制作3D打印面具模型Fig.1 Making a 3D printed mask model

將保存為STL 類型的數據輸入3D打印機，內置軟件將其轉換為多層的打印路徑，逐層打印，直至完成目標面具的塑形（圖2）。面具塑形完成后應用低溫等離子消毒，待術。

圖2 塑形好的3D打印面具Fig.2 Shaped 3D printed mask

1.3 手術過程手術于復合手術室進行，先行全麻及消毒。應用Hartel 前入路，選取疼痛側嘴角旁約2.5 cm標記點進行穿刺。A組在DSA引導下進行穿刺，并根據正側位片和三維重建結果調整穿刺方向及深度，直到穿刺針尖進入卵圓孔內。B組將3D打印面具精確的放置在患者面部，保持與鼻尖、雙唇及外耳道等定位標志緊密貼合（圖3）。利用帶刻度的14 號穿刺針經由面具的導管穿刺至預先測量的深度，穿刺入卵圓孔時一般會有突破感，通過三維重建的顱底可觀察到位于卵圓孔內meckel腔的針尖（圖4）。拔出針芯，放置4#Fogarty 球囊導管，使導管末端球囊位于meckel 腔內，撤出穿刺針，注入球囊約0.5 mL 歐乃派克造影劑，X 線下顯示球囊呈頭端朝向后方的“梨形”（圖5），壓迫時間為4 min。壓迫結束后抽出造影劑，取出球囊導管和穿刺針，按壓穿刺點5 min。壓迫期間患者可能會發生心率下降等三叉神經抑制反射[16]，嚴重者可暫停手術并應用阿托品、異丙腎上腺素等藥物。

1.4 手術效果評價監測指標：（1）首次穿刺成功率；（2）穿刺成功時間：穿刺針尖進入卵圓孔的時間；（3）手術總時間：全麻成功后經皮穿刺至手術結束拔出穿刺針之間的時間，包括穿刺及調整時間、球囊壓迫時間；（4）術中DSA 掃描次數；（5）術中球囊出現“梨形”的例數；（6）患者全麻清醒后、術后3、6、12個月BNI（Barrow Neurological Institute）疼痛評分[17]。總有效率=（Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ）/總例數×100%。

1.5 統計學方法應用SPSS 22.0軟件進行數據統計學分析，對于符合偏態分布的計量資料用中位數和范圍表示，并用秩和檢驗（Mann Whitney test）進行統計分析，均以P＜0.05 作為統計學差異；計數資料采取χ2檢驗，以P＜0.05 具有統計學意義。

圖3 3D打印面具與面部緊密貼合Fig.3 3D printed mask fits snugly on the face

圖4 三維顱底重建可見針尖進入卵圓孔Fig.4 Three-dimensional skull base reconstruction shows that the needle tip enters the foramen ovale

圖5 充盈氣囊后顯示理想的“梨形”Fig.5 Display the ideal“pear shape”after filling the balloon

表2 兩組患者術中情況對比Tab.2 Comparison of intraoperative conditions of two groups of patients

2 結果

2.1 兩組患者術中情況比較A 組20例患者中經DSA驗證僅有3例首次穿刺即成功，其余17例均需反復調整針尖位置才可進入卵圓孔；B 組20例患者，在3D打印面具引導下有19例首次穿刺成功，僅有1例需再次調整針尖位置，兩組間有顯著差異。在首次穿刺時間方面，B 組為3.5（2～16）min，較A 組14.5（2～24）min 明顯降低。在DSA 掃描次數方面，A 組為4（1～5）次，B 組為1（1～3）次，兩組之間有明顯差異。手術總時間方面，B 組為25（17～37）min，較A 組32（21～43）明顯降低。術中球囊形態方面，A 組僅有13例球囊呈理想的“梨形”，B 組有19例出現“梨形”球囊，兩組之間有明顯差異（表2）。

2.2 兩組患者術后療效的比較A 組患者在全麻清醒后及術后3、6個月手術有效例數分別為19、19、16例，B 組患者分別為20、20、19例，無明顯差異。A 組患者在術后12月手術有效例數為13例，B組患者為19例，有明顯差異（表3）。

表3 兩組患者術前及術后BNI 評分比較Tab.3 Comparison of preoperative and postoperative bni scores between two groups of patients例

3 討論

PBC 治療三叉神經痛近年來因具有微創、無痛、便捷、安全等優點，在我國大部分醫院得到了普及。該手術操作的首要問題就是怎樣可以安全、有效、迅速、精準的穿刺并引導球囊進入卵圓孔。因卵圓孔形狀及大小的有多種解剖變異和周邊可能有阻擋穿刺路徑骨嵴的存在[18]，以及穿刺路徑較遠，使得卵圓孔穿刺具有較大的不確定性。并且卵圓孔附近分布眾多重要的神經、血管，其前方是內有動眼神經、滑車神經、展神經及三叉神經第Ⅰ支走形的眶下裂，后方是顱外段頸內動脈，前內側是內有三叉神經第Ⅱ支走行的圓孔，后外是其內有腦膜中動脈走行的棘孔。PBC術中反復穿刺卵圓孔可損傷上述重要血管及神經，甚至可出現嚴重并發癥[19]。穿刺成功后進行壓迫時的球囊呈現“梨形”尤為重要[20-21]，這是術后患者有無疼痛緩解效果的關鍵。因meckel 腔形狀的不規則，充盈的球囊不斷填充meckel 腔，一部分球囊通過meckel 腔的入口進入后顱窩，從而形成頭端向后的“梨形”，此時球囊完全填充meckel 腔而對三叉神經半月節產生最佳的壓迫效果。不少患者因穿刺過深，球囊穿透硬膜進入蛛網膜下腔呈現“球形”或“雙球形”，此時球囊的壓力不能完全壓迫三叉神經半月節，術后效果一般較差。因此，穿刺不能過深是球囊呈現“梨形”的前提。

隨著3D打印技術越來越成熟，其個性化、精準化的優點使其在臨床中的應用越來越廣泛。打印出的1∶1 實體模型，提供了比影像學資料更加詳細的形態信息，對術前制定手術方案、進行手術演練、術中對病變的精確定位等方面提供了強有力的支持，有效推動了精準醫學的蓬勃發展，目前已在骨科、心臟外科、神經外科等臨床學科得到成功應用。陸麗娟等[22]采用3D打印導航系統輔助半月神經節射頻熱凝術治療三叉神經痛，縮短了手術時間、提高成功率、減少并發癥。王金玉等[23]證實3D打印技術在經椎弓根椎體截骨術治療脊柱后凸畸形術中應用可有效縮短手術時間，減少手術創傷，提高置釘成功率，更大程度改善脊柱后凸畸形。高強等[24]在復雜先天性心臟病術前使用心臟3D 模型制定手術方案，進行模擬操作，提高手術小組對手術方案及操作步驟的理解程度，提高術中配合默契度，改善手術效果。

本研究術前根據患者CT 圖像，應用計算機軟件三維重建，觀察患者卵圓孔位置、形狀、大小及周圍神經血管解剖關系，策劃最佳的穿刺路徑并測量皮膚至卵圓孔的深度，3D打印出導航面具，術中利用3D打印面具引導穿刺，再利用DSA 掃描確認針尖位置，確保了穿刺過程精確無誤并且根據術前測量的穿刺深度可使球囊恰好進入卵圓孔而不穿透硬膜，確保了術中球囊呈現“梨形”。本研究3D打印面具組均首次穿刺成功，明顯縮短了手術時間，減少了術者及患者的輻射劑量。雖然3D打印面具組與DSA 引導組在近中期的手術有效率無明顯差異，但在遠期效果上，3D打印面具組明顯高于DSA 引導組。因此，3D打印導航面具操作簡單、精準性高、費用低廉、安全性高，具有較高的臨床應用價值，值得在臨床廣泛推廣。但鑒于本研究手術例數較少，尚缺乏大宗病例研究報道，需要進一步觀察研究。