基于彌散張量成像的3D打印在高血壓腦出血白質(zhì)保護中的價值

張浩 師忠杰 陳杰 任敏 湯暢通 姜德華

【摘要】 目的 探討基于磁共振彌散張量成像（DTI）技術(shù)所設(shè)計的3D打印穿刺導板在高血壓腦出血（HICH）微創(chuàng)治療中的價值。方法 對徐州市中心醫(yī)院神經(jīng)外科2020年1月—2022年2月收治的24例HICH患者，運用術(shù)前顱腦薄層CT數(shù)據(jù)，通過計算機3D-Slicer軟件分別重建大腦皮層、血腫等結(jié)構(gòu)，按照血腫形狀及位置設(shè)計穿刺導板。再融合DTI數(shù)據(jù)，三維可視化腦白質(zhì)纖維束，驗證所設(shè)計導板穿刺通道是否避開皮質(zhì)脊髓束（CST），并根據(jù)其纖維束走形進一步調(diào)整穿刺路徑。結(jié)果 所設(shè)計24例導板，9例（37.50%）術(shù)前模擬中可見導管切入CST，調(diào)整后使其避開。術(shù)前計算機導板設(shè)計時間（15.44±3.21）min，導板打印時間（2.56±0.45）h，手術(shù)時間（39.67±7.85）min。術(shù)后復查CT，置管位置均符合術(shù)前規(guī)劃，術(shù)區(qū)未見新增出血。術(shù)后第3天血腫清除率（87.46±6.56）%。患者出院后隨訪3個月，行日常生活能力（ADL）評分示日常生活能力恢復情況總體優(yōu)良率91.66%。結(jié)論 單純依照傳統(tǒng)CT掃描所設(shè)計的3D穿刺導板損傷纖維束幾率高（37.50%），基于DTI纖維束示蹤技術(shù)所設(shè)計的3D穿刺導板可以更好地避開CST神經(jīng)纖維，為患者提供更精準、微創(chuàng)的治療，且其臨床療效顯著，具有一定的臨床價值。

【關(guān)鍵詞】 高血壓腦出血；磁共振彌散張量成像；3D打印；皮質(zhì)脊髓束

【中圖分類號】 R651 【文獻標志碼】 B 【文章編號】 1672-7770（2023）01-0080-05

Abstract： Objective To explore the value of 3D printing puncture guide plate designed based on diffusion tensor imaging（DTI） in treatment of hypertensive intracerebral hemorrhage（HICH）. Methods 24 patients with HICH admitted to Xuzhou Central Hospital from January 2020 to February 2022 were used to reconstruct the cerebral cortex， hematoma and other structures respectively by using preoperative thin slice CT data and computer 3D-Slicer software， and the puncture guide plate was designed according to the shape and location of hematoma. Then fusion DTI data， three-dimensional visualization of white matter fiber bundle， verify whether the designed guide plate puncture channel avoids corticospinal tract（CST）， and further adjust the puncture path according to its fiber bundle shape. Results 9 of 24（37.50%） of guide plate cut into the corticospinal tract in the preoperative simulation. After adjustment， the fiber bundle was avoided and the guide plate was printed. Preoperative computer guide design time was （15.44±3.21）min， guide printing time was （2.56±0.45）h， operation time was （39.67±7.85）min. Postoperative CT examination showed that the catheter location was in line with preoperative planning， and no new bleeding was found in the operation area. The hematoma clearance rate was（87.46±6.56）% on the third day after operation. Patients were followed up for 3 months after discharge， and（activity of daily life） ADL scores showed that the good recovery rate was 91.66%. Conclusions The 3D puncture guide plate designed according to the traditional CT scan has a high probability of fiber tract injury（37.50%）. The 3D puncture guide plate designed based on DTI can better avoid the corticospinal tract， and provide more accurate and minimally invasive treatment for patients. The clinical curative effect is remarkable and has certain clinical value.

Key words： hypertensive intracerebral hemorrhage; diffusion tensor imaging; 3D printing; corticospinal tract

基金項目：徐州市重點研發(fā)計劃項目（KC20109）；江蘇省老年健康科研項目（LKM2022047）

作者單位：221000 徐州，徐州市中心醫(yī)院神經(jīng)外科

通信作者：姜德華

高血壓性腦出血具有高死亡率和致殘率［1］，其救治以開顱手術(shù)為主，但創(chuàng)傷大、預后差，很難被患者接受［2-3］。近年來，3D打印穿刺導板輔助穿刺血腫引流，既穿刺精準，又降低了病死率，得到了醫(yī)患雙方的青睞［4-5］。但其致殘率仍居高不下，考慮與腦皮質(zhì)脊髓束（corticospinal tract，CST）的損傷有關(guān)。大腦皮層通過CST來控制支配肢體遠端肌肉的運動神經(jīng)元，若CST受到破壞，必然會出現(xiàn)肢體癱瘓［6-7］。因此避免損傷CST神經(jīng)纖維，對患者功能的恢復極其重要，因此既要精準穿刺，又需避開CST是亟需解決的問題。彌散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）成像技術(shù)應用于腦出血患者，可顯示血腫與CST的位置關(guān)系［8-9］。本研究納入徐州市中心醫(yī)院神經(jīng)外科2020年1月—2022年2月收治的24例高血壓腦出血（hypertensive intracerebral hemorrhage，HICH）患者，術(shù)前重建血腫并設(shè)計穿刺導板，通過DTI和多模態(tài)技術(shù)對導板進行調(diào)整使其避開CST，術(shù)后取得了滿意效果。現(xiàn)報告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 共納入24例，其中男14例，女10例；年齡36～75歲，平均年齡（55±12）歲；出血量30～60 mL，平均（42±7）mL；GCS評分：9～12分15例，6～8分9例。納入標準［10-11］：（1）顱腦CT示基底節(jié)區(qū)血腫；（2）既往長期高血壓病史；（3）出血量30～60 mL計算方法使用3D-Slicer軟件進行；（4）家屬有手術(shù)意愿并同意手術(shù)。排除標準［10-11］：（1）明確外傷史；（2）腦室出血、幕下的血腫；（3）患者生命征不穩(wěn)無法完成DTI檢查；（4）有凝血功能障礙或合并動脈瘤等疾病；（5）腦疝形成、需急診手術(shù)。所有家屬對手術(shù)知情同意并簽署手術(shù)知情同意書，本研究得到徐州市中心醫(yī)院倫理委員會批準（批號：XZXY-LJ-20190729-016）。

1.2 術(shù)前模擬 術(shù)前分別完善顱腦CT薄層及DTI掃描，通過原始DICOM格式CT數(shù)據(jù)分別重建大腦皮層、血腫等結(jié)構(gòu)，按照傳統(tǒng)方法（單純依靠血腫形狀及位置）設(shè)計穿刺導板；然后利用多模態(tài)融合技術(shù)［12-13］將DTI與CT融合后重建CST，觀察其與導管路徑的位置關(guān)系，對于通過CST的導管，依照其神經(jīng)纖維走形，調(diào)整頭皮穿刺點和方向，通過改變穿刺路徑，使穿刺導板避開CST后重新設(shè)計；然后根據(jù)體表器官固定解剖結(jié)構(gòu)，如鼻根、眉弓、耳根等，設(shè)計穿刺導板；通過3D打印技術(shù)實現(xiàn)穿刺導板打印成型，進行低溫等離子消毒后備用（圖1）。

1.3 術(shù)中置管流程 患者發(fā)病后6～12 h，行鉆孔引流手術(shù)。氣管插管全麻后，碘伏常規(guī)消毒術(shù)區(qū)，鋪無菌巾單。將消毒后的穿刺導板置于患者頭面部，通過患者鼻根及眉弓等固定解剖結(jié)構(gòu)，使穿刺導板與患者皮膚貼合良好。標記頭皮穿刺點，沿穿刺點縱行切開頭皮達顱骨，長約3.0 cm，鉆顱，骨蠟止血，電凝后“+”字形切開硬膜，按照穿刺導板指引及術(shù)前模擬深度穿刺血腫，達到預定深度，引流管內(nèi)有暗紅色血性液體流出，顯示穿刺成功，用10 mL注射器抽出血腫，量約原血腫量的1/3即可，接引流裝置。所有患者，術(shù)后第1天復查CT評估引流管位置及血腫大小，并予以“尿激酶2萬單位+生理鹽水2 mL”注入血腫腔q12 h，每次夾閉引流管3 h，再開放引流管，術(shù)后第3天復查顱腦CT，如血腫<10 mL，則拔除引流管（圖2）。

1.4 觀察指標 術(shù)后行CT檢查，觀察患者的引流管位置及引流效果；行DTI神經(jīng)纖維束重建，觀察引流管和CST的位置關(guān)系；3個月后依據(jù)日常生活能力（activity of daily life，ADL）評分量表對患者進行評分，觀察患者的日常生活能力恢復情況。其中：Ⅰ級，100分，患者能獨立生活；Ⅱ級：75～95分，患者輕度依賴，能自己進行部分日常生活；Ⅲ級：50～70分，中度依賴，可以拄著拐杖走路，但家庭生活需要別人幫助；Ⅳ級：25～45分，嚴重依賴，臥床但有意識；Ⅴ級：0～20分，完全依賴，植物生存。等級越高表示日常生活能力越差，Ⅰ-Ⅲ級為有效，Ⅳ級、Ⅴ級及死亡為無效。

2 結(jié) 果

本研究所設(shè)計的24例穿刺導板經(jīng)DTI融合后，發(fā)現(xiàn)9例（37.50%）穿刺通道途經(jīng)CST，予以調(diào)整手術(shù)路徑，重新設(shè)計穿刺導板，使其穿刺通道避開CST神經(jīng)纖維。打印的導板均與患者皮膚貼合良好。術(shù)前導板設(shè)計時間（15.44±3.21）min，導板打印時間（2.56±0.45）h。本研究24例患者術(shù)中穿刺均順利，均見暗紅色血性液體流出。術(shù)后第1天復查顱腦CT均提示引流管位置良好，符合術(shù)前模擬，手術(shù)時間（39.67±7.85）min。術(shù)后第3天復查顱腦CT均提示血腫引流效果好，血腫清除率（87.46±6.56）%。患者術(shù)前及術(shù)后行頭顱DTI神經(jīng)纖維束重建，示基于DTI纖維束示蹤技術(shù)所設(shè)計的3D穿刺導板，其穿刺道成功避開了CST。典型圖片見圖3。

術(shù)后3個月隨訪，依據(jù)ADL（activity of daily life）評分量表對患者進行評分，結(jié)果：Ⅰ級9例（37.50%），Ⅱ級8例（33.33%），Ⅲ級5例（20.83%），Ⅳ級1例（4.17%），Ⅴ級1例（4.17%）。

3 討 論

HICH有著較高的發(fā)病率、病死率和致殘率，在腦血管疾病中占比約為30％［14-15］。HICH的出血位置約70%處于基底節(jié)區(qū)域，且常常會對臨近的內(nèi)囊造成嚴重破壞，從而損傷在內(nèi)囊內(nèi)走行的CST等重要神經(jīng)纖維束，導致高血壓患者病死率和致殘率均較高［16-17］，手術(shù)治療無疑對搶救患者的生命和拯救患者的功能至關(guān)重要，但對于腦出血手術(shù)方式的選擇，每個神經(jīng)外科醫(yī)師存在不同的觀點和理念。既往傳統(tǒng)的開顱術(shù)式一直占據(jù)著主導地位，如大骨瓣開顱血腫清除術(shù)和骨窗開顱血腫清除術(shù)，因大大降低了患者的病死率，曾廣泛應用于臨床［18-19］，但因其創(chuàng)傷較大，手術(shù)時間較長，近年來在臨床上應用越來越少。隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展，微創(chuàng)醫(yī)學的不斷進步，微創(chuàng)治療HICH已充分顯露出其治療的優(yōu)越性，尤其是微創(chuàng)鉆孔引流術(shù)，因其創(chuàng)傷小，恢復快，費用低，效果良好，逐漸成為大多數(shù)患者選擇的治療方式［20］。

HICH因顱內(nèi)出血部位多變，可發(fā)生在基底節(jié)、腦葉及腦干等任何位置，且位置較深，因此微創(chuàng)鉆孔引流術(shù)成功的關(guān)鍵在于對血腫位置的精準定位和術(shù)中的穿刺引導［21］。既往針對腦內(nèi)血腫的定位和穿刺引導方法有很多：（1）腦立體定向技術(shù)或神經(jīng)導航的定位法；（2）弦長定位法；（3）增強現(xiàn)實定位法。這些定位方法曾廣泛應用于臨床，但因其各自難以解決的弊端而逐漸被臨床摒棄。腦立體定向及導航定位操作繁瑣，且所用儀器費用較高，對于基層醫(yī)院難于推廣普及。弦長定位及增強現(xiàn)實定位在臨床操作過程中往往會偏差較大，影響穿刺置管的引流效果。因此，近年來神經(jīng)外科醫(yī)生致力于尋找一種既簡便又精準的定位方法。計算機輔助下3D打印是近幾年流行起來的新的技術(shù)，經(jīng)過不斷的發(fā)展，逐漸趨于穩(wěn)定成熟并被臨床廣泛應用；其具有操作簡單、費用低和精準高等優(yōu)點，逐漸應用于臨床神經(jīng)外科的各個方面，尤其是腦出血術(shù)前手術(shù)入路的設(shè)計，血腫的定位及定位材料的制作等。在國內(nèi)，許多醫(yī)療中心依據(jù)術(shù)前所獲取的HICH患者顱腦CT平掃數(shù)據(jù)，定制個體化治療血腫穿刺導板，再應用3D打印技術(shù)來打印穿刺導板，術(shù)中應用此導板指導引流管穿刺的方向及深度，提高了血腫穿刺的精準度，并獲得了良好的引流效果，降低了患者的病死率［22-23］。

但HICH的救治，不僅要挽救患者的生命，更重要的是要降低患者術(shù)后的功能障礙，提高患者的生活質(zhì)量，使其重返社會，從而減輕社會和家庭的負擔。許多研究發(fā)現(xiàn)，腦出血患者的高致殘率和術(shù)后功能障礙，究其原因和腦白質(zhì)纖維束，尤其是和CST的損傷密切相關(guān)［24］。因大腦皮層主要通過CST神經(jīng)纖維來控制支配肢體遠端肌肉的運動神經(jīng)元，如CST受到損傷破壞，出現(xiàn)神經(jīng)纖維的斷裂和不連續(xù)，則大腦皮層的信號將無法傳遞到相關(guān)的肢體肌肉運動神經(jīng)元，繼而導致患者不可避免出現(xiàn)中樞性肢體癱瘓。因此術(shù)中對CST神經(jīng)纖維的成功保護，使其避免受到二次損傷，對患者術(shù)后功能的恢復極其重要。基于此，本研究致力于探尋一個可以最大程度避免術(shù)中二次損傷CST的方法。

DTI是一種描述大腦結(jié)構(gòu)的新方法，是MRI的特殊形式，是目前唯一可在活體顯示腦白質(zhì)纖維束的無創(chuàng)性成像方法，可以顯示大腦白質(zhì)纖維的結(jié)構(gòu)和各向異性特征，如顯示內(nèi)囊、胼胝體、外囊等重要結(jié)構(gòu)［25］，其能夠清楚地顯示出血腫的大小、形狀以及其與周圍腦皮質(zhì)脊髓束的位置關(guān)系。本研究通過術(shù)前完善顱腦CT薄層及DTI掃描，利用3D-Slicer軟件重建出血腫，按照傳統(tǒng)方法（單純依靠血腫形狀及位置）模擬穿刺路徑，然后利用多模態(tài)融合技術(shù)將DTI與CT融合后重建CST，觀察導管穿刺路徑與CST神經(jīng)纖維的位置關(guān)系，并對于通過CST的模擬導管，依照CST神經(jīng)纖維走形，重新調(diào)整頭皮穿刺點和穿刺方向，通過改變導管的穿刺路徑，使穿刺導板避開CST。

本研究24例HICH患者，在常規(guī)導板設(shè)計中，發(fā)現(xiàn)9例患者術(shù)前模擬見導管穿過了CST，說明模擬的穿刺導板術(shù)中會造成神經(jīng)纖維束的二次損傷，繼而加重患者的肢體運動功能障礙，增加患者的致殘率。對此9例患者，依據(jù)其CST神經(jīng)纖維的形態(tài)和走向，予以重新調(diào)整頭皮穿刺點和方向，通過重新規(guī)劃導管的穿刺路徑，有效避免了穿刺導板對CST的二次損傷。24例患者術(shù)中穿刺均順利，均見暗紅色血性液體流出。術(shù)后復查顱腦CT示，引流管位置良好，術(shù)后3 d血腫清除率平均為87.46%。術(shù)后行DTI掃描，見引流管均成功避開了CST，符合術(shù)前模擬。術(shù)后3個月隨訪，依據(jù)ADL量表評定患者日常生活能力恢復情況，術(shù)后有效率達91.66%，與同期國內(nèi)相關(guān)臨床研究比較，術(shù)后有效率明顯優(yōu)于單純3D打印導板穿刺引流治療HICH（84.57%）［26］。該研究表明此種手術(shù)方式不僅能夠有效清除血腫，也能夠避免術(shù)中二次損傷CST神經(jīng)纖維，提高患者的生活質(zhì)量。

綜上所述，3D打印與DTI技術(shù)聯(lián)合微創(chuàng)治療HICH的方法，具有以下優(yōu)點：（1）基于3D-Slicer軟件的術(shù)前模擬設(shè)計簡便，易于學習掌握；（2）手術(shù)操作簡單，術(shù)中精準度高，血腫引流效果好；（3）手術(shù)操作時間短，創(chuàng)傷小，家屬容易接受；（4）穿刺通道避開了CST，患者術(shù)后功能恢復好。但是，本研究尚有不足之處：（1）術(shù)中不能確切止血，該方法不適合出血急性期血腫不穩(wěn)定患者；（2）術(shù)后血腫腔注入尿激酶，增加再出血和感染風險；（3）術(shù)前患者需做磁共振DTI掃描和打印穿刺導板，需要一定的設(shè)備和時間，此項技術(shù)并不適應于所有的HICH患者，尤其出血量較多、腦疝形成者。相信隨著數(shù)字化醫(yī)療的發(fā)展，微創(chuàng)技術(shù)的不斷進步，該方法會不斷改進成熟。

總之，基于3D打印和磁共振DTI所設(shè)計的穿刺導板，應用于HICH的鉆孔引流手術(shù)，可以使腦內(nèi)血腫和腦神經(jīng)纖維3D可視化，使穿刺通道避開CST神經(jīng)纖維，創(chuàng)傷更小、精準度更高，能幫助醫(yī)生制定更完善的術(shù)前計劃，具有一定的臨床價值，值得推廣。

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（收稿2022-09-09 修回2022-11-24）