《感控时间》第二季第八期：3D打印技术在神经外科的应用

2023-8-14 08:30| 发布者: nionline| 查看: 9| 评论: 67|原作者: nn快乐的宝宝

摘要: 3D打印（3D Printing）技术，又称添加制造、增材制造或增量制造技术。

大家好！这里是《感控时间》第二季第八期！我是南昌大学第一附属医院院感科的周芸。

《感控时间》是SIFIC论坛继《带着问题学规范》、《周五课堂》、《每周一书》等栏目后，又推出的一项栏目。该栏目每周二准时在论坛《其他部位医院感染》版块与大家见面。拟推出十季，每季一个主题，分十期展现给大家，每期配有相关试题或讨论题，凡参与回答正确者奖励金币5枚，试题的答案会在下一期揭晓；另外，也面向广大会员征集当期相关内容的问题，参与提问者同样奖励金币5枚，参与解答者，答案被论坛采用，另奖励金币10枚，问题会在下一期解答。

本期我们的探讨的内容是：3D打印技术在神经外科的应用

3D打印（3D Printing）技术，又称添加制造、增材制造或增量制造技术。根据美国材料与试验协会（ASTM）2009年成立的3D打印技术子委员会F42公布的定义，3D 打印是指一种与传统的材料去除加工方法相反的，基于三维数字模型的，通常采用逐层制造方式将材料结合起来的工艺。3D打印技术的内容涵盖了产品生命周期前端的“快速原型”到全生产周期的“快速制造”，以及其他所有相关的打印工艺、技术、设备类别和应用。它由计算机辅助设计数据及成型设备将成型材料以“分层制造，逐层叠加”的原理，快速制作所需物件三维实体的一种分层制造技术。

3D打印分为数据采集、数据处理和打印三个步骤。①数据采集。这是3D打印技术的第一步，也是关键的一步，只有获得了完整、准确的数据资料才能进行三维重建。目前有多种数据采集方式，在医学领域，随着CT和MRI技术的发展，放射学诊断以其创伤小、分辨率高，成像快等优点成为最理想的数据获取手段。②数据处理。将采集到的数据导入三维重建软件，现在三维重建软件有多种: Agisoft Photo Scan Professional，Visual SFM，Mimics等，其中Mimics 图像处理软件在医学领域得到广泛应用，通过该软件重建三维图像，导出保存为3D打印机能识别的文件格式。③通过软件将文件转换为打印机能读取的横截面信息，利用3D打印材料通过热融等方式逐层地打印出来，冷却后即成为一个整体。这种技术的特点是对需打印的物体形状无特殊要求，且打印的精度非常高。

目前3D打印技术在外科手术领域运用较为活跃，立体解剖模型速度快、精准度高，能帮助术者从术前规划、术前沟通到精准立体的模拟手术操作过程。其运用的领域包括颌面外科、口腔科、神经外科、整形外科、骨科、肝胆腹腔手术等方面。而神经系统解剖结构的复杂性，使得脑外科手术在所有外科系统中难度较大、要求较为精细。失之毫厘差之千里，根据患者个体情况选择最适合的手术路径和手术操作是非常必要的。因此，进行准确、直观和个体化的手术计划及模拟是神经外科发展的需要，而3D打印技术被寄予厚望。目前3D打印技术主要应用于以下神经外科以下方面：

1. 用于神经外科教学培训、手术计划及医患沟通

中枢神经系统结构复杂，低年资的神经外科年轻医师一般很难在短时间内理解并掌握，他们通过传统的解剖图谱、标本教学以及临床实践去学习并体会，即便是通过手术观摩，由于视角问题也不能很细致地看清一些解剖结构，在学习体会上可能造成困扰。而这些细微结构可使用3D打印机原比例地打印出来，立体的呈现在医师面前，可以提高学习效率。

在制定手术计划时，3D打印出的病灶模型不仅能够给予医师直观的展示，进行准确严格的术前准备、完美精细的术中操作，亦可在与患者及其家属沟通显示出其优势，由于神经结构的精细性以及复杂性，医疗术语和专业词汇会让患者及其家属一头雾水甚至不知所云，使沟通难以继续。如果采用举例子、打比方等通俗易懂的方法去说明问题，患方就能够容易理解，并能够与医师进行交流、沟通，达到事半功倍的成效。若进一步能够拿出实体模型与患方进行沟通，则能够使交流更加融洽。用3D打印机打印出1∶1 的神经系统病变结构，则可以让患者以及家属能够直观了解病情，解决了信息的不对称性，有助于解释和沟通，使医患关系更加和谐。

2. 用于颅内动脉瘤的诊断治疗

颅内动脉瘤是指颅内动脉血管壁囊性膨出性病变，其容易在血压突然升高甚至无明显诱因的情况下破裂出血，常见于Willis环的动脉分叉处，是自发性颅内出血，特别是蛛网膜下腔出血的最常见原因。其瘤壁薄，随时可能破裂，一旦破裂出血，治疗相当棘手，预后差，而且有相当一部分还会再次破裂出血，因此早期诊断，早期治疗是必要的。目前的检查方法有多种: 颅脑CTA、MＲA、DSA等，各种检查方法虽可发现大部分动脉瘤，且DSA还能提供血流动力学方面的信息，但因其拍摄角度的差别，特别是对于微小动脉瘤，更容易漏诊或误诊。通过CTA 建立的模型允许利用计算机软件在三维空间任意旋转，从不同角度观察动脉瘤大小、与周围血管神经的关系、瘤颈的直径及与动脉瘤的位置关系，具有更直观的效果，能把动脉瘤的属性更真实地展现出来，可以确诊直径大于3mm 的颅内动脉瘤，还可以协助诊断小于3mm的动脉瘤，因此对颅内动脉瘤诊断具有重要的应用价值。进一步将三维图像通过3D打印机打印出来，还可为动脉瘤栓塞、夹闭等高难度手术设计提供正确合理的指导。

3. 用于颅脑肿瘤手术

通过三维影像重建扫描技术可较为直观地显示颅脑肿瘤的位置、大小及邻近重要血管、神经、颅骨的组织解剖关系，使术者获得更丰富的空间立体图像信息，更加熟悉手术操作流程，包括体位摆放、颅颈屈曲旋转角度、手术入路、皮肤切口、钻孔深浅、肿瘤暴露方法、切除程度以及应急预案等详细的手术计划。利用3D打印技术模拟出的肿瘤实体模型，尤其对颅内深部或靠近大血管的肿瘤，能将矢状窦、乙状窦、横窦、重要血管以及肿瘤等结构投射到颅骨或头皮上，可与神经导航结合，接受DICOM格式和光固化立体造型术（STL）格式数据，术时通过做好的3D虚拟模型数据复制到神经导航上直接使用，提高效率，对手术实施更有指导意义。

4. 用于颅骨创伤及修补

外力作用下（各种外伤、撞击等）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，颅骨损伤部位和程度均有不同表现，其中创伤性颅脑损伤（traumatic brain injury，TBI）合并颅骨骨折会增加脑卒中的发生概率，故尽早明确是否合并存在骨折及损伤的具体情况尤为重要。其中颅底骨折并不少见，普通平片显示骨折线的概率不超过50%，而多层螺旋CT在空间解剖方面的显示存在局限，对于复杂骨折的骨折线走向、累及范围难于明确。而颅骨3D图像弥补了前者的不足，通过图像的三维重建，能立体、直观地显示骨折的位置、骨折线走向、长短和累及范围，包括是否影响静脉窦、脑膜中动脉、脑皮质等重要功能区，对于术式的选择路径具有重要意义。

颅骨缺损会导致患者颅骨的保护功能受损，从而引发患者的各种神经系统症状。医学发展日新月异，患者对手术效果要求更高，除了达到外形和功能的修复，还要兼顾外形美观。3D打印技术可以帮助外科医生根据患者颅骨缺损的实际情

况进行个性化的数字化精确修复，最大程度地接近自然外观的效果。