3D打印引导下外伤性脑内血肿微创穿刺引流术

相建 李珍珠 李泽福

·短篇论著·

3D打印引导下外伤性脑内血肿微创穿刺引流术

相建 李珍珠 李泽福

目的通过3D打印技术打印出符合患者面部特征并带有穿刺通道的模型，用于术前定位、术中引导穿刺方向，简化手术过程，提高外伤性颅内血肿穿刺准确性。方法以1例25岁男性的外伤性脑内血肿颅脑CT二维图像为原始数据，利用Mimics 16.0软件处理，重建形成三维图像，设计穿刺通道，测量穿刺深度，通过3D打印机打印出带有穿刺针颅外段孔道的模型，术前置于术区定位，术中通过穿刺孔道置入引流管，控制穿刺深度，术后复查颅脑CT观察引流管末端位置。结果在利用计算机软件设计带有穿刺针孔道的“面具”时可在三维空间任意旋转，从各个角度观察，避开重要血管及功能区，达到预定穿刺部位。结论成功构建符合患者个体特征的三维图像，通过3D打印机将模型打印出来用于手术，可提高穿刺准确性，降低手术难度。

3D打印；外伤性脑内血肿；穿刺术

由于颅脑结构的特殊性，外伤后容易形成脑内血肿，且受伤机制不同，出血量、部位、预后差别很大。外伤性脑内血肿占闭合性颅脑损伤的5%，占颅内血肿的15%左右，出现脑内血肿的患者，颅脑原发伤较重，脑内血肿的形成、继发性脑水肿更加重了患者病情[1]，使死亡率和致残率显著升高。治疗脑内血肿的方法有多种，开颅血肿清除术、小骨窗血肿清除术、立体定向穿刺术等。由于既往的手术要么创伤大，要么设备复杂、价格昂贵，本研究将21世纪迅速发展的3D打印技术探索应用于外伤性脑内血肿穿刺外引流术中，简化手术过程，降低手术费用及难度，提高手术成功率，减少手术并发症。

一、资料与方法

1.资料获取：25岁男性患者，因外伤致左颞部脑内血肿，行64排CT薄层成像所得224幅DICOM格式图像为原始数据(图1A)。

2.工作平台：计算机配置：处理器：Inter Core i5-4460 CPU，安装内存：8.0 GB，系统类型：64位操作系统，基于x64的处理器，显示器分辨率：1 920× 1 080，Mimics 16.0图像处理软件。

3.模型创建过程过程如下。

(1)生成三维头颅模型：开Mimics16.0图像处理软件，将原始数据导入，重建出头颅模型[2-3]。

(2)制作术区面部模片：根据头颅模型制作头颅“面具”，在三维图像下画出需要的术区局部面具，生成模片，应包含患者眉弓、鼻梁等面部重要特征性部位，以便术中更好地固定且有利于避免用错模片。

(3)构建血肿模型：调整图像窗宽与窗位，清楚显示脑内血肿形态后三维重建(图2A)。

(4)设计穿刺针孔道：因人类大脑额叶血管及功能区较少，穿刺不易形成二次损伤，笔者选择经额穿刺。额部穿刺点应避开额窦、眼眶等结构，穿刺针孔道应避开脑沟、上矢状窦等部位，因患者术后多仰卧，设计引流管末端位于血肿腔中心偏后(图2B)。

(5)形成模型：将图1的“面具”反复剪切，平滑处理。通过布尔运算形成中空的穿刺针孔道，颅外段长约2 cm，测量孔道总长度约10 cm，用于指导术中穿刺针进入深度，然后去除颅内段穿刺通道，为解决消毒问题，将穿刺通道设计为非封闭圆柱状，而是约3/4圆柱开放式，将颅外段与之前的面部模片(图2C)组合为一体。

(6)打印：在打印机软件中添加模型，旋转至合适角度后XYZ打印机自动切片后进行打印设置，添加支撑等，采用3D打印机专用塑料逐层打印。打印完成后取下模型，去除支撑，核对模型穿刺针孔道与患者颅脑CT，避免穿错手术部位，将模型预先放到患者术区，观察模型与患者面部的吻合程度，确保无误后备用(图2D)。

4.手术过程。(1)术前将模型放于术区，通过模型上的穿刺针孔道于患者额部作一标记，取下模型；(2)术区消毒，铺巾，2%利多卡因局部浸润麻醉穿刺部位后，作一横行切口长约0.5 cm，将模型用无菌袋包装后放于术区，沿穿刺孔道钻骨孔一枚；(3)取血肿穿刺引流管沿模型上的穿刺孔道缓慢刺入约8 cm (穿刺孔道末端对应引流管刻度为10 cm)，见血性液体流出，拔出导丝，接注射器缓慢抽出暗红色血性液体约5ml，固定引流管，通过三通接无菌引流装置。

图1 患者术前术后CT影像

图2 3D打印血肿案例流程

二、结果

术后约6 h复查颅脑CT见引流管末端位置理想，无再出血(图1B)，患者意识较前好转；术后2 d复查血肿较前明显减少，拔除引流管(1C)。

三、讨论

头部受到直接暴力或对冲性损伤时，头部运动状态突然变化，脑组织与颅骨之间，不同的脑结构之间发生碰撞、剪切，导致脑挫伤以及皮质血管破裂等损伤，从而引发脑内血肿[4]。在传统的治疗方案中，幕上出血量大于30ml，中线结构移位1 cm以上，患者意识障碍程度深才考虑手术治疗，有些患者在保守治疗期间可能会有病情的突然恶化，错过最佳治疗时机，预后差，即使病情稳定，待血肿自然吸收需较长时间，使患者住院时间延长，加重患者经济及精神负担[5]。由于外伤性脑内血肿的患者病情重，血肿位置、形态各异，多伴有其他部位损伤，难以承受开颅手术的创伤，而其他微创手术对手术设备、手术经验要求高，低年资医师较难完成。为此，学者们都在探索一种高效、便捷的微创手术方法。

1.3 D打印血肿穿刺术的优点：(1)手术创伤小，仅需0.5～1 cm的头皮切口及直径约0.5 cm的骨孔，术后恢复快，住院时间短，费用低；(2)手术难度降低：穿刺点、穿刺方向均由模型的穿刺孔道确定，穿刺深度在模型制作过程中精确测量；(3)对脑组织损伤小，仅有直径约0.2 cm的引流管通过；(4)定位准确，可避开重要血管及功能区；(5)手术持续时间短，创面小，术后感染率低[6-10]。

2.3 D打印血肿穿刺术的缺点：(1)止血效果差，容易再出血[11-12]；(2)难免损伤小的血管及神经纤维束；(3)减压效果差；(4)血肿清除慢且不彻底。

总之，利用计算机3D打印技术打印出个体化模型，实现一人一模型，简化了手术操作步骤，降低了手术难度，提高了手术准确性，能够有效地减少患者的住院时间和费用，尤其适于基层医院、低年资神经外科医生应用。由于本技术尚处于研究探索阶段，实际操作病例数较少，未经严格统计学分析，结论仅供参考，其可行性尚需进一步研究。?

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A pilot study of three-dimensional printing on m inimally invasive puncture drainage of traumatic intracerebral hematoma

Xiang Jian,Li Zhenzhu,Li Zefu. Department of neurosurgery,Binzhou medical university,Yan tai,Shandong 264003,China

Li Zefu,Email:zefuli@163.com

ObjectiveThrough 3D printing prints out the facial features in patients with puncture channel model,which used for preoperative localization,intraoperative guided puncture direction to simplify the procedure and improve the traumatic intracranial hematoma puncture accuracy.M ethodsWith a 25-year-old man traumatic brain hematoma craniocerebral CT two-dimensional image for the raw data,we use Mimics 16.0 software processing to form a 3D image reconstruction,to design the puncture channel and measure the puncture depth,then use 3D printer to print out the model with extracranial needle channel.We use themodel to locate the area before the operation,to guide puncture direction and control puncture depth when doing operation.Review of the craniocerebral CT after the operation to observe the position of the drainage tube end.ResultsUsing the computer software design with a needle hole “mask”can rotate in 3D space,observed from various angles,to avoid the important blood vessel and functional areas,and achieving puncture.ConclusionSuccessfully build three-dimensional images conforming to the individual patient characteristics,and then print out the model used in surgery by 3D printer.In this way,puncture accuracy can be improved,and the operation difficulty can be reduced.

3D printing; Traumatic intracerebral hematoma; Puncture

2015-12-17)

(本文编辑：杨艺)

DOI∶10.3877/cma.j.issn.2095-9141.2016.01.008

264003山东 烟台，滨州医学院

李泽福，zefuli@163.com

相建,李珍珠,李泽福.3D打印引导下外伤性脑内血肿微创穿刺引流术[J/CD].中华神经创伤外科电子杂志,2016,2(1)∶31-33.