|
第1节 概述 随着精准医学理念的发展,脑干出血微创穿刺技术因其简单﹑安全﹑快速﹑损伤小的优势逐步得到认可。临床中应用的医院、专家也逐步增多，但脑干出血准确而安全的穿刺是保证疗效和预防并发症的关键。临床上因CT定位误差﹑术者操作偏差﹑患者个体差异等因素可造成穿刺方向﹑距离等出现偏移，导致穿刺失败。 3D打印技术是利用数字化设计和3D打印技术来研制个体化导板,实现了个体化脑干血肿微创穿刺的一种新定位方法，是当今热门的生物医学研究方向之一。自3D打印技术引入神经外科临床诊疗中以来，它通过逆向设计、制作导航模具辅助脑干出血穿刺手术，为患者个体化、精准化的诊疗带来新的治疗方法。它可使手术创伤最小化，同时最大化地保护脑神经的功能，因此3D打印导板穿刺这项微创技术尤其适应于脑干这样精密而且神经功能密集的部位。该定位技术将会越来越广泛地应用于治疗脑干出血。本章重点介绍3D 打印脑干血肿微创穿刺技术的定位方法。目前国内外尚无脑干出血微创穿刺手术适应症、手术指征的统一的标准，一般认为如下情况可考虑选择脑干血肿穿刺手术治疗：1. 患者年龄小于80岁，尤其是40-70岁者更适合血肿穿刺手术；3. 脑干岀血最大截面积占同层脑干截面积≧50%；4. 脑干血肿主体部分位于桥脑、中脑，且偏向一侧、相对集中，同时血肿靠近脑干表面或突破脑干表面、破入脑室；5. 患者浅至深昏迷，GCS＜8分，伴有或不伴有严重的生命体征紊乱；6. 患者家属有强烈的手术愿望，家庭经济情况可支持较长时间的后期康复治疗。1. 脑干出血量少(＜5ml)，无明显脑室系统梗阻、无意识障碍(无昏迷)患者不主张穿刺手术治疗；2. 脑干出血量大，严重损害脑干生命中枢，已经出现双侧瞳孔散大固定、伴无自主呼吸时间超过30min者；起病后72小时内是手术的最佳时机，有时也可扩大至起病后7天以内。1. 3D打印机 医学临床神经外科专用桌面型3D打印机，该型打印机体积较小，适合医学办公、教学使用；普通桌面型3D打印机也能满足一般临床使用。2. 3D打印的材料 有粉末材料：陶瓷粉末、金属粉末；线材：PLA、ABS等塑料材料，液态材料:光敏树脂、巧克力，其他材料：细胞等。可以根据科室临床需要选择合适的设备和材料。3. 数据获取 从CT室应用CD或DVD光盘刻录脑干血肿患者颅脑扫描原始数据或医生工作站获取脑干血肿患者数据以DICOM格式（薄层扫描模式厚度为≦1.25mm）保存待用。数据要求：扫描模式厚度为≦1.25mm即可，扫描层数越薄，三维重建细节越清晰，图像越逼真。
2. 桌面3D打印机1台、PLA（ABS）材料或SLA光敏树脂及光固化激光打印机。
2. 消毒穿刺手术器械包一套(内有持针器、尖头剪刀、5号“丁”字形手钻、三棱手锥、镊子各一把)。
1. 打开三维图像工作站E3D软件系统或3D-Slicer、Mimics软件，本文所用为E3D软件图形工作站（中南大学数字医疗与虚拟现实研究中心开发）。2. 在三维图像(3D)工作站软件上导入脑干血肿患者术前DICOM数据，导入数据成功后，在不同二维视图断面观察脑干血肿。
3. 应用三维软件上阈值分割法进行1：1脑干血肿三维模型重建，血肿阈值设置为50-100；同样方法重建出头部软组织，软组织阈值设置为负200-3071。三维重建模型后可不同角度透视化显示脑干血肿在颅内的位置。 图6 按1:1比值三维重建出脑干血肿
4. 根据血肿三维重建的模型，应用通用导板设计最佳穿刺路径，避开颅内重要结构。一般选择脑干血肿偏向侧、横窦下乳突后为穿刺点，具体要根据血肿的位置进行微调，穿刺路径末端指向血肿中心，手术医师最好参与三维手术方案规划设计，以便手术时更具有针对、精准操作性。 
5. 设计穿刺导板时要考虑能与患者面部紧密贴合，避免贴合不紧导致的穿刺误差。设计导板时选取面部比较固定的结构，例如鼻根、眼眶、眉弓、外耳道口、耳廓、乳突等，在能满足贴合紧密、牢固的前提下，适当剪切导板，尽可能的减小导板面积，从而缩短穿刺导板的制作时间。穿刺通道内直径约5mm，采用3/4圆柱开放式，这样设计可以采用无菌薄膜将导板完全包绕，达到无菌操作的手术目的，不仅节约了消毒成本，而且无需等待消毒时间。
图9 生成导板，自动计算导管外口至血肿中心距离，剪切后的导板与血肿的关系 6. STL数据的导出：联网导出三维设计的穿刺导板模型数据，以STL格式保存穿刺导板数据于电脑桌面备用。 
7. 打开和3D打印机配套的CURA切片软件，导入保存于电脑桌面上的穿刺导板STL数据，通过切片软件设置打印机所需打印穿刺导板参数，可预知完成穿刺导板打印所需工作时间、应用耗材数量。
8. 通过设置切片软件参数，生成打印机所需GCode文件，传输GCode文件到打印机即可打印穿刺导板，完成导板制作。
9. 打印完成后进一步处理导板，保证导板与患者贴合面光滑、牢固，并核对导板与患者头颅的贴合性，信息确保无误后备用。
1. 患者取侧卧位，采用手术侧位置朝上的侧卧位或侧俯卧位，头部向前屈曲，暴露枕颈部软组织，常规消毒铺巾后，采用低温等离子消毒备用的穿刺导板或无菌薄膜将穿刺导板完全包绕并贴合于患者头部预定区域，使穿刺导板与患者头部体表标志点充分吻合（如鼻根、眉弓、眼睑缝、耳廓、外耳道、甚至皱纹等）。2. 用2%利多卡因5ml通过3D打印穿刺导板通道局部浸润麻醉，在穿刺点切开头皮0.5cm，用手锥沿穿刺导板通道刺入头皮至颅骨，并旋转穿刺形成骨孔，去除穿刺导板，“丁”字型手钻顺手锥穿刺通道扩大骨孔，顺时针旋转退出手锥，用凹槽去除骨屑。 3. 刺破硬脑膜，再次贴敷打印穿刺导板，沿穿刺导板通道置入引流管，置入引流管深度为术前自动计算引流管前端至穿刺导板通道外口的距离，拔出引流管针芯，缓慢抽吸出或流出暗红色血液(块)表示引流管到达血肿腔，首次抽吸量为血肿的1/2 ，结束手术。 图14 通过穿刺通道局麻，顺穿刺通道锥颅，手钻扩大骨孔，沿穿刺通道置入引流管
1. 充分利用体表标志 3D打印穿刺导板贴敷头颅定位时，应充分利用患者面部体表标记如：耳廓、外耳道等，必要时头皮外加体表标志如电极片等，使打印的穿刺导板与面部特征完全融合，可使穿刺血肿更加精准。2. 避免穿刺路径偏移 因为后枕部软组织较厚，颈部前屈时头部皮肤伸拉移位，为了避免手术过程中穿刺路径移位而导致的穿刺偏差，术中贴敷导板后先用手锥直接刺破头皮直至颅骨，并在颅骨上钻孔定位，避免手术过程中头皮切口和穿刺骨孔不一致导致穿刺路径移位、偏差。3. 预防硬膜外血肿 钻孔成功后应用手锥刺破硬脑膜要迅速，手锥尖端不能太钝，避免硬脑膜剥离，形成硬膜外血肿。1. 术前验证 打印完成后的穿刺导板术前必须与颅面部进行验证，一是验证其与颅面部的贴合性；二是验证其穿刺进针点、穿刺方向是否符合实际解剖定位及穿刺方向。2. 术前画线 术前画线不是依据黑白二维CT图像进行画线定位，而是在术前验证穿刺导板无误后沿导板周边及穿刺通道口处进行画线、标记，目的是减少术中导板正确安放时间，避免放置穿刺导板偏斜导致穿刺误差。3. 术中穿刺 术中穿刺时助手或另一手要扶稳穿刺导板，避免穿刺导板移位，引流管在穿刺针芯引导下紧贴穿刺导板通道侧壁缓缓进入血肿腔，避免引流管在穿刺通道内呈角偏斜导致穿刺偏差，影响引流效果。4. 引流管选用要适当 选用引流管的外径要略小于3D打印穿刺导板通道的内径，但选用引流管不能过细，避免穿刺过程中移位导致穿刺偏差，手锥应选用相当于12号引流管的手锥尖头，选用5号丁字型手钻，配套12号脑室引流管，其三种型号相互吻合，对于硬脑膜、脑组织穿刺通道中小的渗血具有充填止血作用。5. 首次血肿引流要适当 术中抽吸负压不能太大，以免造成新的出血，一般应用5ml注射器缓慢抽吸，抽吸过程中边抽吸边旋转引流管，以便使引流管前端侧孔与血肿充分接触，有利于血肿抽吸，抽吸量约为血肿的1/2；6. “荷包”缝合引流管 留置血肿腔引流管，头皮缝合可采用“荷包”缝合法固定引流管，血肿引流到达预期目的后，拔除引流管，收紧“荷包”线即可，避免拔除引流管后再次缝合切口。肺部感染是脑干出血者的术后主要并发症和主要死亡原因之一。脑干出血后3～5天内，昏迷患者常合并肺部感染。（1）脑干出血者常因延髓性麻痹,吞咽及咳嗽反射消失,呼吸道分泌物及呕吐物等易吸入气道。（2）长期卧床,呼吸道分泌物易坠积,再加上机体抵抗力下降,易造成肺部感染。（1）急性期床头抬高15°,头偏向一侧,有假牙应取出,呕吐时头部应稍朝下,并及时清除口腔内呕吐物,做好口腔护理。（2）经常吸痰,吸痰负压不宜过大,时间不宜过长,以免机械损伤粘膜和发生SPO2下降,吸痰过程中要观察病人的反应,若有条件可在血氧饱和度监护仪的监测之下吸痰;要用一次性吸痰管,瓶内吸引物要及时倒掉,并清洗干净消毒。（3）保持气管湿化。对气管切开患者用生理盐水20m加庆大霉素8万U、糜蛋白酶5mg,每15min滴入2-3滴,或按3滴/min的速度持续滴注，每4h煮沸消毒1次内套管；对无气管切开患者用生理盐水20m加糜蛋白酶5mg、庆大霉素8万U,超声雾化2-3次。如有肺部感染,可根据痰细菌培养和药敏,选择敏感抗生素。张口呼吸者用湿纱布覆盖口腔,保持呼吸道湿润。（4）定期作痰培养,用一次性无菌吸痰培养瓶取标本。对气管切开患者,要先清洗口腔或鼻腔,以免外界因素的污染而影响培养结果。（5）翻身、擦背,1次/h,利用大小鱼际肌上下左右拍打,力气大小要适当,通过震动使痰液粘蛋白断裂,有利于支气管内痰栓移至气管内。（6）观察体温、呼吸、肺部啰音、痪量及其性状变化,对有感染迹象及时采取有效措施。应激性溃疡引起的上消化道出血是脑干出血的严重并发症之一，多发生于出血1周内，且严重影响其预后。（1）其原因为应激状态下过度的交感神经刺激，释放促肾上腺素，使肾上腺皮质激素升高，胃酸及胃蛋白酶分泌增加。（2）高颅内压使血中胰多肽升高，胃酸分泌增多，也可出现应激性溃疡、出血。（1）应严密观察生命体征的变化,特别是血压的变化,预防出血性休克；（2）暂禁食或进流质饮食,避免进刺激性食物，使用H2受体拮抗剂、质子泵抑制剂等药物预防或治疗。（3）出血严重时迅速判断出血程度，如需补充血容量，迅速建立静脉通道,输血输液做到及时、迅速定量，有条件的医院可考虑胃镜下止血、手术治疗或血管介入治疗。中枢性高热系丘脑下部体温调节中枢受损所致,临床表现为持续高热,温多在39℃以上,不伴寒战。（1）可采用药物降温同时配合物理降温,选择性头部降冰帽温宜及早进行,以降低脑细胞耗氧量,增加脑细胞对缺氧的耐受性,减轻脑水肿,降低颅内压,有利于脑细胞功能的恢复，降温过程中严密观察病情变化。（1）脑干出血患者小便功能障碍和长期持续导尿,易产生泌尿系统感染。（2）留置导尿时损伤尿道粘膜,粘膜完整性破坏,细菌易于寄生繁殖感染。（4）原有基础病：前列腺疾病、糖尿病等容易导致泌尿系统感染。（1）导尿术要严格遵守无菌技术操作原则,技术操作要熟练。（2）保持尿管通畅,尿道口每日用0.5%碘伏擦洗2次，保持会阴部的清洁,预防交叉感染,密切观察尿液的颜色、尿量，如有异常做相应处理。（3）做好三腔导尿管持续导尿的护理。每日用洗必泰消毒外阴2次,消毒顺序要由内到外由上到下,保持会阴部清洁,减少泌尿系统感染机会。（4）预防尿液倒流。每次翻身时,应先夹住引尿管,后搬移尿袋。脑干出血患者因意识障碍,不能进食,呕吐、出汗及脱水药物的应用等极易导致水电解质紊乱。尤其是在脑干出血的早期,因进食少及大量应用脱水剂,造成高渗性失水,以低钠、低钾多见。治疗中要定期监测水电解质,及时纠正水电解质紊乱,也是抢救脑干出血患者成功的关键因素。下肢深静脉血栓形成是脑出血患者常见的并发症之一，一旦出现，将成为肢体活动的绝对禁忌，不仅影响康复进程，而且可能导致肺动脉栓塞而危及生命。脑干出血患者由于肢体瘫痪、长期卧床、手术、血管壁损伤和凝血功能异常等且由于出血本身疾病因素，无法有效实施抗凝治疗，是导致下肢深静脉血栓的原因。对DVT高危因素进行评估和分析，有利于及时采取有效地预防措施减少DVT的发生，提高脑出血的康复效果，降低患者的死亡风险。首先要对下肢深静脉血栓高危因素进行评估和分析，及时采取有效地预防措施减少下肢深静脉血栓的发生。对瘫痪者,都应进行静脉血栓的预防性处理，经常被动或主动活动患病肢体；补充足够的液体,以防止血液过于粘滞；减少静脉插管以预防医源性血栓；必要时可皮下注射小剂量肝素治疗,但应注意监测部分凝血酶时间。大多数深静脉血栓形成者无明显症状,病史和体格检査缺乏特异性。临床诊断需依靠非损伤性的检查手段,常采用多普勒超声波检测,结果阳性即可确诊,必要时行血管造影检查，一旦深静脉血栓或肺栓塞的诊断确立,就应开开始静脉肝素治疗或介入手术治疗。瘫痪患者昏迷后由于不能翻身或下床活动,容易使骨突出部分的皮肤受压而发生缺血性坏死形成压疮。局部表皮持续发红是皮肤损害的最早期体征,一旦疏忽,即可能导致皮肤溃烂感染,引起发热。因此,应早期预防和治疗褥疮。经常翻身拍背,使用柔软床垫和干洁被单,使骨突出部位保持干燥,如皮肤已变红或变白,应及时按摩。一旦褥疮形成,应悬空受压部位,局部应用聚烯吡酮碘洗涤后给予热灯疗,直至皮肤变干,使创面保持清洁。1. 个体化精准医疗，3D打印导板辅助脑干出血穿刺血肿清除术可根据每个人的具体颌面部构造量身定做，可有效的避开重要结构和血管，将穿刺损害降到最低，减少脑组织的继发性损害，最大限度地保留了神经功能，真正实现了个体化精准医疗。2. 费用相对较低，可在局麻下完成手术，不需要昂贵的立体定向设备，(仅需一台几千元的3D打印机和普通计算机、导板耗材费不到100元)，就可达到立体定向设备的精准度要求。3. 缩短年轻医师成长曲线，3D打印技术实现了从三维图像向立体物理模型的跨越式转变，使手术医师在术前模拟操作，建立三维结构，辅助手术规划，有利于教学培训，缩短年轻医师成长历程。1. 软件应用人才培养，临床开展3D打印技术需要专门培训软件技术人才，目前免费开源的3D-Slicer软件学习曲线较长、操作繁琐，比利时Materialise公司开发的Mimics软件操作较为方便，但昂贵的版权问题一直困扰着国内3D打印的临床应用。2. 收费问题，因为3D打印技术在临床中的应用处于起步阶段,医疗机构如何收费也无规范机制,同时未纳入医疗保险(医保)范畴,部分医院仅停留在研究阶段,医院管理者开展意愿不强烈。3. 耗时较长3D打印技术处理耗时,对于桌面打印机应用PLA材料虽然打印价格便宜但耗时较长，需要2-3小时左右。如果利用光敏树脂激光固化成型打印导航模具虽然可以缩短打印时间，但打印机及打印材料价格不俗。4. 穿刺偏差,在选择枕部穿刺时需要患者侧卧位或者俯卧位，穿刺时由于枕颈部向前屈曲，枕部头皮伸展，会导致病人术前CT扫描时采集的头部体位数据不一致，3D打印穿刺导板和术中头皮贴附有误差，需要根据术中头部体位予以纠正。1. 3D打印穿刺导板剪切时尽量保留打印的重建头部体表标志，术中使3D穿刺导板与头部体表标志完全吻合，减少穿刺偏差。2. 3D打印穿刺导板厚度尽量不小于2.8mm,太薄的导板会失去支撑力，容易变形，造成定位偏移，导板通道内径略大于引流管外径1mm左右，避免引流管在穿刺通道中的晃动偏移。3. 对于头部体表标志不明显的部位可以外加体表标志，特别是颞部、颅顶或枕部，使外加体表标志呈三角形排列并避开穿刺区域，便于定位。4. 如非紧急手术，3D打印穿刺导板可应用低温等离子消毒备用，消毒导板上勿施压其他物品，以免穿刺导板变形而弃用。5. 对导板增加镂空、在建立计算机模型时尽量去除不需要的部分，可节省打印时间约一个小时。三维设计穿刺导板时可以通过外加体表标志适当缩小面积，减少打印穿刺导板的时间。数字神经外科学是计算机科学与神经外科学相结合的一门新兴交叉学科，它涉及到人体解剖学、立体几何学、生物力学、材料学、信息学、电子学及机械工程学等领域。它可以精确地显示正常或病变组织复杂的三维结构，进行任意旋转、剖切等观察和操作，它不但能对重建的三维结构进行测量，获得长度、面积、体积和角度等精确的解剖参数，也可以用于临床辅助诊断、辅助手术设计和手术模拟等范围，真正实现了从传统的二维图像向立体物理模型的跨越式转变。3D打印技术可三维重建脑干血肿及模拟定位血肿穿刺手术，可提高了手术的安全性、精确性。3D打印手术方式不仅可选择经后颅凹穿刺，也可选择幕上经枕穿刺或者选择经颞穿刺，由于枕部幕上及颞部头皮软组织相对枕部软组织移位较小，体表标志（或外加体表标志）定位较容易，对于经枕或经颞3D导板辅助手术操作时体位更加容易摆放，临床医师实施手术更方便。三维可视化3D打印技术提高了脑干血肿穿刺的准确性，降低了手术的风险性。随着3D打印技术日益成熟，加之设备成本较低、医生学习曲线的缩短，3D打印技术将逐渐成为提高神经外科医生诊疗水平、降低手术风险的有效工具。该技术在神经外科尤其是在基层脑出血方面的应用前景非常广阔。患者男性，54岁，因“头痛、呕吐、意识不清2小时”入住ICU治疗。有高血压病史7年，间断口服降压药。查体：BP260/120mmhg,浅昏迷，GCS 8分，无言语反应，刺痛肢体屈曲，但不能定位，四肢肌力4级，肌张力高，左侧下肢病理征阳性。头颅CT示：桥脑出血破入脑室系统，量约8ml。入院诊断：桥脑出血破入脑室，高血压3级，极高危险组。
入院后病情急转恶化，意识由浅昏迷转深昏迷，急诊侧脑室穿刺置管外引流，见脑室内压力极高，血性脑脊液冲溢而出，置管后当天患者意识一度好转至朦胧状-嗜睡，左侧周围性面瘫，复查CT如下：
侧脑室置管术后第一天患者意识加重至深昏迷，针尖样瞳孔、SPO280%，给予气管插管呼吸机辅助呼吸、数字化3D设计打印穿刺导板，应用3D穿刺导板行脑干及四脑室穿刺血肿清除术，术中抽吸出暗黑色血凝块5ml，术后送ICU综合抢救治疗。
术后16小时复查的颅脑CT并重建脑组织、血肿、引流管及脑室，计算脑干残余血肿1.1ml；术后24小时恢复自主呼吸，术后36小时复查颅脑CT见脑干血肿已经基本清除干净，拔出脑干血肿腔引流管，继续保留侧脑室引流管行脑室外引流。术后48小时给予气管切开并撤离呼吸机，术后第三天意识朦胧，有吞咽功能，语言含糊，右侧上下肢体自主屈曲，四肢肌力IV- 级，肌张力高，左侧下肢病理征阳性；术后第5天拔除脑室引流管行康复治疗。术后32天复查颅脑CT并出院，出院时患者遗留左侧中枢性面瘫、左眼球外展受限，复视，吞咽困难，左侧上下肢肌力IV- 级，左侧肢体活动不协调。术后3M、6M回院复查MRI如下见。
图19 术后16h三维重建见引流管与脑干、脑室、残存血肿位置关系；并见引流管位于横窦下1.5cm
图20 术后36小时复查颅脑CT见脑干血肿已经基本清除干净
图22 术后3个月复查颅脑MTI脑干液化灶明显减少
图23 术后6个月复查颅脑MRI脑干液化灶已经消失患者术后1个月在家人的扶持下可简单行走，术后3个月仍有不完全运动性失语，吞咽困难，左侧眼睑下垂，左眼球外展受限，左侧鼻唇沟较右侧变浅，伸舌向左侧偏斜，左侧上下肢肌力IV级，右侧上下肢关肌力 V级。术后15个月患者言语略含糊，能辨语义，左侧中枢性面瘫、左侧上下肢肌力IV+级，右侧肌力正常，行走时左侧肢体不协调，生活能自理。术后3个月可做自己站立和坐下活动。不完全运动性失语[1] 李小丽, 马剑雄, 李萍, 等. 3D 打印技术及应用趋势[J]. 自动化仪表, 2014, 35(1): 1-5. [2] Zhou Z, Buchanan F, Mitchell C, et al. Printability of calcium phosphate: calcium sulfate powders for the application of tissue engineered bone scaffolds using the 3D printing technique [J]. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl, 2014, 38 (1): 1-10.[3] Omori S, Murase T, Kataoka T, et al. Three-dimensional corrective osteotomy using a patient-specific osteotomy guide and bone plate based on a computer simulation system: accuracy analysis in a cadaver study[J]. Int J Med Robot, 2014, 10(2): 196-202.[4] Chung KJ, Hong do Y, Kim YT, et al. Preshaping plates for minimally invasive fixation of caleaneal fractures using a real-size 3D-printed model as a preoperative and intraoperative tool[J]. Foot Ankle int, 2014, 35(11): 1231-1236.[5] Kunz M, Ma B, Rudan JF, et al. Image-guided distal radius osteotomy using patient-specific instrument guides[J]. J Hand Surg Am, 2013, 38(8): 1618-1624.[6] 杜洪澎，李珍珠，李泽福，等.3D打印导板技术在脑出血微创穿刺引流术中的应用[J].中华神经医学杂志，2016,15（7）:674-677.DOI:10.3760/cma.j.issn.1671-8925.2016.07.006.[7] 赵靖,王笛,刘继全,等.3D打印技术在医学领域应用的现状及问题[J].中国现代医学杂志,2017,27(12):71-74.[8] CAMPBELL PG, WEISS LE. Tissue engineering with the aid of inkjet printers[J]. Expert Opin Biol Ther, 2007, 7(8):1123-1127.[9]胡泽红，母山，魏剑波，等.3D打印在神经外科中的临床应用现状与展望[J].现代医药卫生，2019,35（4）：553-556.此文来源于 陈刚 杨进华 张洪钿主编《高血压性脑干出血外科治疗》 人民卫生出版社2020年11出版以此文感谢杨进华教授在此章写作中的不吝赐教和帮扶，感谢滨州医学院李泽福教授（我的3D之路起源于滨州），感谢中南大学廖胜辉教授的国产E3D软件支持，还有许多3D路上的许多同路人及科室的同事们.....
|
