3D打印导航面具在三叉神经球囊压迫术中的应用

张涛 邢梦杨 陈伟 徐军 徐文虎 李泽福

滨州医学院附属医院神经外科（山东滨州256603）

原发性三叉神经痛（trigeminal neuralgia，TN）是频繁发生的面部刀切割样或过电样的神经疼痛，严重影响了患者的日常生活[1-3]。目前治疗TN有药物治疗、经皮射频热凝术、经皮球囊压迫术及微血管减压术等治疗方式[4-11]。经皮球囊压迫术（percutaneous balloon compression，PBC）因应用简单有效，合并症少，目前被认为是改善TN 症状效果最为显著的方法之一[12-14]。PBC 一般需经Hartel前入路穿刺卵圆孔，但因卵圆孔面积狭小、形状不一且穿刺距离较远，穿刺技术难度较大。目前主要依靠C 臂、CT、DSA 或神经导航等技术辅助穿刺，但术中仍需多次调整穿刺针方向和进针深度、经过反复试探才能进入卵圆孔，手术时间长、创伤大，并且患者及术者均接受射线辐射时间长，因此精准定位并准确穿刺卵圆孔是确保手术效果、缩短手术时间、减少合并症的关键。3D打印具有精确化、个性化的特点，可以满足PBC手术的要求[15]。本研究应用个体化制作的3D打印面具，可精确引导穿刺，为TN的微创治疗提供更加精确、安全、有效的途径。

1 资料与方法

1.1 一般资料40例原发性三叉神经痛患者均为首次手术治疗，采用随机同意设计方法（The randomized consent design）按随机数字表法分成A组（DSA 引导组，n= 20）和B 组（3D打印面具组，n= 20）各20例，所有患者术前均签署知情同意书。两组患者的性别、年龄、病程、术前VAS 评分及疼痛区域均无明显差异（表1）。两组患者按照临床表现及头颅CT 或MRI，确诊为原发性三叉神经痛，并排除：（1）穿刺部位皮肤及软组织感染；（2）患有严重的心脏病、高血压、糖尿病等基础疾病及肝、肺、肾功能异常者；（3）凝血功能障碍；（4）精神异常、不能配合者；（5）原发性三叉神经痛经手术治疗再次复发者。本研究获得滨州医学院附属医院伦理委员会批准通过，所有患者术前均已签署知情同意书。

表1 两组患者的一般情况比较Tab.1 Clinical data of two groups±s

表1 两组患者的一般情况比较Tab.1 Clinical data of two groups±s

组别A 组B 组统计量值性别（男/女）6/14 5/15 χ2 =0.13 P=0.72年龄（岁）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术前VAS 评分8.8±1.0 8.6±1.1 F=0.54 t=0.60 P=0.55疼痛区域（Ⅰ/Ⅰ+Ⅱ）3/17 6/14 χ2 =0.57 P=0.45

1.2 术前3D打印面具制作将颅脑CT 扫描数据进行光盘刻录并导入Mimics软件进行三维重建制作，通过阈值选择重建颅底骨质及面部皮肤，测量卵圆孔形态数据，使用布尔逻辑运算理念，三维重建构建面具模型及模拟穿刺针道导管并测量导管外缘到卵圆孔的距离。面具模型一般取鼻尖、双唇及外耳道为面具定位标志，选择大小合适的带有穿刺导管的面具模型，保存为3D打印机所匹配的STL 格式文件（图1）。

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

将保存为STL 类型的数据输入3D打印机，内置软件将其转换为多层的打印路径，逐层打印，直至完成目标面具的塑形（图2）。面具塑形完成后应用低温等离子消毒，待术。

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

1.3 手术过程手术于复合手术室进行，先行全麻及消毒。应用Hartel 前入路，选取疼痛侧嘴角旁约2.5 cm标记点进行穿刺。A组在DSA引导下进行穿刺，并根据正侧位片和三维重建结果调整穿刺方向及深度，直到穿刺针尖进入卵圆孔内。B组将3D打印面具精确的放置在患者面部，保持与鼻尖、双唇及外耳道等定位标志紧密贴合（图3）。利用带刻度的14 号穿刺针经由面具的导管穿刺至预先测量的深度，穿刺入卵圆孔时一般会有突破感，通过三维重建的颅底可观察到位于卵圆孔内meckel腔的针尖（图4）。拔出针芯，放置4#Fogarty 球囊导管，使导管末端球囊位于meckel 腔内，撤出穿刺针，注入球囊约0.5 mL 欧乃派克造影剂，X 线下显示球囊呈头端朝向后方的“梨形”（图5），压迫时间为4 min。压迫结束后抽出造影剂，取出球囊导管和穿刺针，按压穿刺点5 min。压迫期间患者可能会发生心率下降等三叉神经抑制反射[16]，严重者可暂停手术并应用阿托品、异丙肾上腺素等药物。

1.4 手术效果评价监测指标：（1）首次穿刺成功率；（2）穿刺成功时间：穿刺针尖进入卵圆孔的时间；（3）手术总时间：全麻成功后经皮穿刺至手术结束拔出穿刺针之间的时间，包括穿刺及调整时间、球囊压迫时间；（4）术中DSA 扫描次数；（5）术中球囊出现“梨形”的例数；（6）患者全麻清醒后、术后3、6、12个月BNI（Barrow Neurological Institute）疼痛评分[17]。总有效率=（Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ）/总例数×100%。

1.5 统计学方法应用SPSS 22.0软件进行数据统计学分析，对于符合偏态分布的计量资料用中位数和范围表示，并用秩和检验（Mann Whitney test）进行统计分析，均以P＜0.05 作为统计学差异；计数资料采取χ2检验，以P＜0.05 具有统计学意义。

图3 3D打印面具与面部紧密贴合Fig.3 3D printed mask fits snugly on the face

图4 三维颅底重建可见针尖进入卵圆孔Fig.4 Three-dimensional skull base reconstruction shows that the needle tip enters the foramen ovale

图5 充盈气囊后显示理想的“梨形”Fig.5 Display the ideal“pear shape”after filling the balloon

表2 两组患者术中情况对比Tab.2 Comparison of intraoperative conditions of two groups of patients

2 结果

2.1 两组患者术中情况比较A 组20例患者中经DSA验证仅有3例首次穿刺即成功，其余17例均需反复调整针尖位置才可进入卵圆孔；B 组20例患者，在3D打印面具引导下有19例首次穿刺成功，仅有1例需再次调整针尖位置，两组间有显著差异。在首次穿刺时间方面，B 组为3.5（2～16）min，较A 组14.5（2～24）min 明显降低。在DSA 扫描次数方面，A 组为4（1～5）次，B 组为1（1～3）次，两组之间有明显差异。手术总时间方面，B 组为25（17～37）min，较A 组32（21～43）明显降低。术中球囊形态方面，A 组仅有13例球囊呈理想的“梨形”，B 组有19例出现“梨形”球囊，两组之间有明显差异（表2）。

2.2 两组患者术后疗效的比较A 组患者在全麻清醒后及术后3、6个月手术有效例数分别为19、19、16例，B 组患者分别为20、20、19例，无明显差异。A 组患者在术后12月手术有效例数为13例，B组患者为19例，有明显差异（表3）。

表3 两组患者术前及术后BNI 评分比较Tab.3 Comparison of preoperative and postoperative bni scores between two groups of patients例

3 讨论

PBC 治疗三叉神经痛近年来因具有微创、无痛、便捷、安全等优点，在我国大部分医院得到了普及。该手术操作的首要问题就是怎样可以安全、有效、迅速、精准的穿刺并引导球囊进入卵圆孔。因卵圆孔形状及大小的有多种解剖变异和周边可能有阻挡穿刺路径骨嵴的存在[18]，以及穿刺路径较远，使得卵圆孔穿刺具有较大的不确定性。并且卵圆孔附近分布众多重要的神经、血管，其前方是内有动眼神经、滑车神经、展神经及三叉神经第Ⅰ支走形的眶下裂，后方是颅外段颈内动脉，前内侧是内有三叉神经第Ⅱ支走行的圆孔，后外是其内有脑膜中动脉走行的棘孔。PBC术中反复穿刺卵圆孔可损伤上述重要血管及神经，甚至可出现严重并发症[19]。穿刺成功后进行压迫时的球囊呈现“梨形”尤为重要[20-21]，这是术后患者有无疼痛缓解效果的关键。因meckel 腔形状的不规则，充盈的球囊不断填充meckel 腔，一部分球囊通过meckel 腔的入口进入后颅窝，从而形成头端向后的“梨形”，此时球囊完全填充meckel 腔而对三叉神经半月节产生最佳的压迫效果。不少患者因穿刺过深，球囊穿透硬膜进入蛛网膜下腔呈现“球形”或“双球形”，此时球囊的压力不能完全压迫三叉神经半月节，术后效果一般较差。因此，穿刺不能过深是球囊呈现“梨形”的前提。

随着3D打印技术越来越成熟，其个性化、精准化的优点使其在临床中的应用越来越广泛。打印出的1∶1 实体模型，提供了比影像学资料更加详细的形态信息，对术前制定手术方案、进行手术演练、术中对病变的精确定位等方面提供了强有力的支持，有效推动了精准医学的蓬勃发展，目前已在骨科、心脏外科、神经外科等临床学科得到成功应用。陆丽娟等[22]采用3D打印导航系统辅助半月神经节射频热凝术治疗三叉神经痛，缩短了手术时间、提高成功率、减少并发症。王金玉等[23]证实3D打印技术在经椎弓根椎体截骨术治疗脊柱后凸畸形术中应用可有效缩短手术时间，减少手术创伤，提高置钉成功率，更大程度改善脊柱后凸畸形。高强等[24]在复杂先天性心脏病术前使用心脏3D 模型制定手术方案，进行模拟操作，提高手术小组对手术方案及操作步骤的理解程度，提高术中配合默契度，改善手术效果。

本研究术前根据患者CT 图像，应用计算机软件三维重建，观察患者卵圆孔位置、形状、大小及周围神经血管解剖关系，策划最佳的穿刺路径并测量皮肤至卵圆孔的深度，3D打印出导航面具，术中利用3D打印面具引导穿刺，再利用DSA 扫描确认针尖位置，确保了穿刺过程精确无误并且根据术前测量的穿刺深度可使球囊恰好进入卵圆孔而不穿透硬膜，确保了术中球囊呈现“梨形”。本研究3D打印面具组均首次穿刺成功，明显缩短了手术时间，减少了术者及患者的辐射剂量。虽然3D打印面具组与DSA 引导组在近中期的手术有效率无明显差异，但在远期效果上，3D打印面具组明显高于DSA 引导组。因此，3D打印导航面具操作简单、精准性高、费用低廉、安全性高，具有较高的临床应用价值，值得在临床广泛推广。但鉴于本研究手术例数较少，尚缺乏大宗病例研究报道，需要进一步观察研究。