构建颅内动脉瘤3D模型指导动脉瘤夹闭的诊治体会☆

袁宇翟贺鑫史彦芳郭毅王佳良杜磊丁亚楠李春晖

·病例报告·

构建颅内动脉瘤3D模型指导动脉瘤夹闭的诊治体会☆

袁宇*翟贺鑫*史彦芳*郭毅△王佳良*杜磊*丁亚楠*李春晖*

动脉瘤3D模型 3D打印技术 模拟手术

颅内动脉瘤是局部血管的异常改变而产生的病理性囊性膨出，常见于Willis环的动脉分叉处，是蛛网膜下腔出血的最常见原因［1］。其发病率、致残率、病死率均较高，目前治疗颅内动脉瘤主要有开颅动脉瘤夹闭及介入栓塞两种方法，在临床动脉瘤夹闭手术过程中术者主要通过三维重建技术获得动脉瘤二维图片来指导手术。本研究通过3D打印技术构建出颅内动脉瘤3D模型，并应用到术中指导手术夹闭动脉瘤。收集河北大学附属医院颅内动脉瘤患者CTA（CT angiography）影像数据，采用Mimics17.0软件精细化处理动脉瘤CTA原始像数据，应用3D打印技术构建出颅内动脉瘤3D模型，从而对动脉瘤部位、形态、朝向以及与载瘤动脉关系进行术前预估，并模拟瘤颈分离和动脉瘤的夹闭操作，最后应用到术中指导手术。

1　资料

1.1一般资料 纳入标准：复杂宽颈颅内动脉瘤及伴有穿支动脉复杂动脉瘤。将2015年3月至6月接受开颅动脉瘤夹闭的复杂颅内动脉瘤患者纳入研究。共选择3例患者，男1例，女2例，年龄42～65岁。患者病变均为常规介入栓塞不能完成且手术治疗难度较大，其中大脑中动脉瘤2例，颈内动脉动脉瘤1例。所有患者入院Hunt-Hess分级为Ⅰ～Ⅲ级，并完成常规术前检查。

1.2构建3D模型 应用Mimics软件精确化处理颅内动脉瘤患者的CTA影像数据，应用threshold value获取动脉瘤患者CTA血管阈值，采用三维重建技术构建颅内动脉瘤3D模型，应用Mimics Cut with polyplane预处理颅内动脉瘤3D模型，转化为STL格式，再进行精确化三维计算，获取面网格优化模型，设置参数采用ANSYS计算处理数据，3D打印机输出颅内动脉瘤3D模型。

1.3结果所有患者于术前完成动脉瘤模型3D打印，并在3D模型的辅助下完成术前模拟及手术方案制定。术中测量动脉瘤瘤体、瘤颈的长短径与测量动脉瘤模型数据吻合。3例患者均于全身麻醉下完成手术，3例动脉瘤均得到完全夹闭，围手术期无严重并发症及死亡病例，术后随访MRS分级均在Ⅰ～Ⅲ级。其中1例患者以突发剧烈头痛入院，Hunt-Hess分级为Ⅱ级，头颅CTA示右侧大脑中动脉瘤（图1），获取数据打印动脉瘤3D模型（图2），择期行动脉瘤夹闭，于术前进行术前讨论并完成模拟夹闭手术，术中应用3D模型辅助完成手术（图3），术后复查全脑血管造影示动脉瘤夹闭完全，复查头颅CT示动脉瘤夹放置位置满意，无再出血发生。术后给予尼莫地平持续泵点预防脑血管痉挛，予以止血、抑酸、营养神经等对症支持治疗。共住院治疗14d，患者治愈出院，随访3个月无遗留偏瘫、失语、癫痫等严重并发症。

图1　右侧大脑中动脉动脉瘤CTA影像

图2　大脑中动脉瘤3D打印模型

图3　动脉瘤夹闭后图片

图4　术后复查头颅CT影像

2　讨论

近年来，3D打印技术在医学领域的应用受到高度重视，目前该项技术在器官模型制作、生物组织打印方面发展较为迅速，目前已有心脏外科、骨外科、肝胆外科等开始研究制作器官三维立体模型。临床医师通过3D模型可充分了解组织器官的复杂解剖关系，并可以帮助外科医生对一些复杂手术进行模拟训练，协助制定最佳手术方案，从而提高手术精准度。据报道，美国国家医疗中心心脏病专家Laura Olivieri应用3D打印技术成功构建了首个先天性心脏病患者的心脏模型［2］，手术医生利用此模型在术前对患者复杂的心脏结构进行了深入的分析。2012年密歇根大学医学院研究人员根据CT影像数据，成功3D打印了支气管支架，并得到美国食品药物管理局（FDA）批准，成功给1名先天性支气管软化症患儿移植了3D打印支气管支架［3］。目前还有成功打印椎间盘［4］、寰枢椎关节、主动脉瘤等组织器官3D模型的报道［5］。

本研究应用3D打印技术构建出动脉瘤3D模型，结合模型完成术前讨论，预估动脉瘤与毗邻骨质、血管、脑实质的解剖关系、动脉瘤的瘤体朝向，模拟瘤颈的分离操作、选择放置合适的动脉瘤夹，并将模型应用到术中供术者参考，从而为临床手术夹闭动脉瘤提供理论依据。构建动脉瘤3D模型模拟指导手术的优势在于：①直观颅内动脉全貌，在手术过程中将3D模型消毒后置于手术台上多方位、多角度旋转，可了解动脉瘤患者脑血管解剖特点，评估术中重要血管、脑实质、颅骨解剖关系，明确动脉瘤的瘤体朝向，并可模拟瘤颈分离操作，减少术中不必要的解剖显露，降低动脉瘤破裂出血发生率；②传统动脉瘤夹闭术大部是通过翼点入路进行手术，对于颅内复杂动脉瘤，由于视角单一可能造成动脉瘤显露不完全，直接导致夹闭不全、残余等情况，应用3D模型术前模拟可降低此类事件发生率；③通过3D模型多方位旋转视角还可了解动脉瘤背侧情况以及复杂动脉瘤与穿支动脉的解剖关系。此外还可应用模型做术前讨论以及对青年医生进行培训，同时方便患者及家属可以详细直观了解病情，正确认识手术风险，从而形成良好的医患沟通。3D打印动脉瘤模型亦存在一些不足：①3D打印所依据的是CTA影像数据，而CT对于神经组织的显示并不敏感，3D模型并不能显示颅神经与血管、颅骨的解剖关系；②颅内动脉始终处于搏动状态，造影时薄扫图像可能存在伪影，且3D模型较CT三维重建图像分辨率低，容易影响结果的准确性；③对于颅内动脉瘤破裂出血脑内血肿形成急性期颅内高压的患者，由于血管、神经受压移位，可能造成术中所见情况与动脉瘤3D模型不一致；④3D打印是一种新型技术，目前尚未成熟，且打印材料昂贵，耗时长，对于颅内动脉瘤破裂出血需急诊手术患者意义不大。

总之，成功构建颅内动脉瘤3D模型对颅内动脉瘤夹闭有一定指导作用。

［1］刘彦超，张断，段传志，等.颅内动脉瘤模型的研究进展［J］.中国神经精神疾病杂志，2013，39（3）:182-185

［2］Beyersdorf F，et al.Three-dimensional bioprinting:new borizon for cardiac surgery［J］.European Journal of Cardio-Thoracic Surgery，2014，46（3）:339-341.

［3］David A，Scott J，Marc E，Nelson，et al.Bioresorbable Airway splint created with a Three-Dimensional printer［J］.The new england Journal of Medicine，2013，23（10）:2043-2045.

［4］Whatley ER，Kuo J，Shuai C，et al.Fabrication of a biomimetic elastic intervertebral disk scaffold using additive manufacturing［J］.Bio fabrication，2011，3（1）:11-15.

［5］Hockaday LA，Kang KH，Colangelo NW，et al.Rapid 3Dprinting of anatomically accurate and mechanically heterogeneous aortic valve hydrogel scaffolds［J］.Biofabrieation，2012，4（3）：32-35.

R605

2015-07-07）

A

（责任编辑:甘章平）

10.3969/j.issn.1002-0152.2015.09.012

☆河北省医学科学研究重点课题计划（编号：20150065）；河北省医学适用技术跟踪项目（编号：GL2014-63）资助

*河北大学附属医院神经外科（河北保定071000）

△北京清华长庚医院