3D打印导板定位穿刺引流术治疗高血压性脑出血的研究进展

林永雙 栗学玉 龚政源 黄海能

基金项目：广西壮族自治区卫生健康委员会自筹经费科研课题（Z-L20220875）

第一作者简介：林永雙，男，医学学士，在读硕士研究生，研究方向：脑血管病。E-mail：1109340420@qq.com

通信作者：黄海能。E-mail：bshuanghn@163.com

［本文引用格式］林永雙，栗学玉，龚政源，等.3D打印导板定位穿刺引流术治疗高血压性脑出血的研究进展［J］.右江医学，2024，52（3）：268-271.

【关键词】  3D打印导板；高血压性脑出血；血肿穿刺引流

中图分类号：R743.34    文献标志码：A    DOI：10.3969/j.issn.1003-1383.2024.03.014

高血压性脑出血（hypertensive intracerebral hemorrhage，HICH）是神经外科的急危重症，其发病率、病死率、致残率极高。我国HICH的发病率明显高于西方国家，但目前对于HICH手术方式的选择仍存在争议。近年来，血肿穿刺引流术因创伤小且预后满意在我国HICH治疗中得到广泛应用。3D打印技术为穿刺引流术的精准定位提供了新的方法，进一步明确血肿穿刺引流在HICH治疗中的优势以及3D导板个体化定位的优势，对于我国基层医院开展HICH的救治、HICH手术方式的选择及改善患者预后有着重要意义。现就3D打印导板辅助穿刺引流术治疗HICH的研究进展进行综述。

1  HICH后脑损伤机制

HICH通常指有高血压病史的患者在脑实质或脑室内突然出血［1］。我国HICH的发病率占脑卒中的21%至48%，同时其致残率和致死率在我国脑卒中中名列前茅，患者预后差，很难恢复生活自理能力，仅有12%至39%的患者神经功能恢复较好［2］。HICH引起的脑损伤可分为原发性脑损伤和继发性脑损伤。原发性脑损伤是指血肿早期对局部神经元造成的直接机械压迫创伤。继发性脑损伤是由凝血和血红蛋白分解产物引起，特别是凝血酶，在损伤后4小时激活小胶质细胞，活化的小胶质细胞导致血脑屏障分解、血管源性水肿以及神经元和神经胶质细胞凋亡，进一步加重神经功能障碍［3］。

2  穿刺引流术治疗HICH

HICH治疗的首要目的是尽早解除血肿对周围组织的压迫、降低颅内高压、避免继发性脑损伤，最大限度地挽救患者生命并提高预后和生活质量［4］。主要有内科保守治疗和手术治疗两种方法，常用的手术方式包括开颅血肿清除术、小骨窗显微血肿清除术、神经内镜血肿清除术和血肿穿刺引流术等［5］。

对于幕上大于30 mL、幕下大于10 mL的脑内血肿，尤其是已经昏迷，甚至脑疝的患者行手术治疗已达成共识，但选择何种手术方式仍有较大争议。相关研究指出对于出血量超过60 mL、深度昏迷（格拉斯哥评分<6分）且病情持续恶化的自发性脑出血患者，仍需开颅手术挽救生命［6］，而对于出血量在30～60 mL、无脑疝形成或脑疝形成早期者，可选择微创手术治疗［7］。《中国脑出血诊治指南2019》也提出微创手术是安全的，有助于降低病死率（Ⅰ级推荐，A级证据）［8］。目前报道较多的微创手术方式主要是神经内镜下血肿清除和血肿穿刺引流。李元贵等通过分析110 例 HICH 患者分别接受内镜手术和血肿穿刺引流治疗，结果发现两组出院预后比较差异无统计学意义（P>0.05），那么术式选择要根据患者的个人情况及所就诊医疗机构的医治水平、患者的经济条件等综合考虑。但血肿穿刺引流较内镜手术操作更加简便，穿刺引流组的手术时间（1.13 ± 0.41）h、术中出血量（10.83 ± 3.95）mL均小于内镜组的（1.78 ± 0.31）h、（70.62 ± 43.12）mL，穿刺引流组ICU住院时间及住院费用也低于内镜组（P<0.05）。并且穿刺引流一般采用局部麻醉的方式即可手术，更适用于高龄、身体状况差、并发症多等不能耐受全身麻醉的患者［9］。就我国而言，HICH患者众多且大部分就诊于基层医院，神经内镜等设备因操作复杂或价格昂贵而无法普及。血肿穿刺引流在创伤小的前提下可有效改善预后，还能降低继发性脑损伤的发生率［10-11］，对于我国神经内镜无法开展的基层医院以及老年患者来讲仍是优先考虑的手术方式。

近年来，对幕上血肿<30 mL我国越来越多学者提出也可采取穿刺引流来改善患者预后［4，12］。HUANG等通過对幕上血肿<30 mL的患者进行保守和立体定向穿刺引流治疗的对比发现，手术组神经功能缺损评分显著低于保守治疗组并且手术组下肢静脉血栓和肺部感染等并发症发生率也较低（P<0.05）［13］。HOU等发表的高质量 Meta分析结果显示与保守药物相比手术似乎有益也表述了这一观点［14］。保守治疗血肿吸收一般需要3～4周，血肿长期存在产生的有毒物质会引起脑血管壁弹性变化，导致细胞水肿和颅内压增高［15］。血肿的存在还会破坏正常的神经功能，导致脑组织和神经纤维束发生不可逆的损伤，患者的临床症状可能会进一步加重，从而延长住院时间使肺炎等并发症的发生明显增加。穿刺引流术可在创伤小的前提下短时间内清除血肿，避免或减轻了继发性损害，从而降低患者的致残率，提高生存质量。

3  3D打印导板精准定位

在探讨微创手术治疗脑出血的国际多中心随机对照研究MISTIE Ⅲ的亚组分析中指出，只有微创治疗后剩余血肿体积≤15 mL时，微创组患者预后好的比例较保守治疗组增加10.5%（95%CI 1.0～20.0；P=0.03）［16］。因此要保证血肿穿刺引流可以改善患者预后就要提高血肿清除率。但穿刺引流术无法做到直视下清除血肿，要想提高血肿清除率就要求对血肿进行精准定位。这就需要一种低成本且易于操作的技术来实现精准定位，从而避免继发性脑损伤的发生［17］。

3.1  神经外科手术常用的定位方法

在神经外科手术发展的过程中常用的定位方法主要有：①CT徒手定位。通过CT片测量后在患者头皮划线标记血肿，对医生解剖知识了解要求较高且定位主观性较强。②体表金属标记。此方法需要患者多次CT扫描，增加患者遭受辐射伤害次数。③立体定向定位。此方法需要安装头部框架且患者术前准备时间较长，易给清醒患者带来恐惧感。④术中超声定位。只有打开骨窗后才能使用超声探头确认血肿位置，并不能在术前对颅内血肿进行定位。⑤神经导航定位。通过将患者实际头部位置和导航仪处理后得到三维立体图像联系起来。⑥手术机器人定位。可在术中实时评估并且完全避免了人手穿刺时抖动带来的误差。导航定位、机器人定位因其操作繁琐和系统昂贵限制了在各级医院的广泛使用［18］。

3.2  3D打印导板定位下穿刺引流的优势

随着医疗技术的进步，3D打印导板定位克服了传统CT定位停留在二维平面的不足，降低了设备成本，使得血肿穿刺引流精准定位在我国各级医院均可实现。张涛等人通过研究156例血肿穿刺引流中，78例使用3D手术导板定位相对于传统CT定位，更有效地清除了血肿（P<0.05）［19］。利用3D导板定位优点主要如下：①穿刺精准性提高，术前导板设计建模时进一步准确地评估血肿的大小［20］、位置、周围毗邻结构等，还可以根据不同位置和形状的血肿设计出不同的手术导板，提高了定位的精准性和个体化［21］。②穿刺安全性提高，首先固定了穿刺深度及方向，其次导板辅助大多经额部进行穿刺，额叶血管较少，经额穿刺后再出血较经颞叶概率小，大大避免了因穿刺失误引起的继发性脑损伤。③3D打印导板操作简单，打印机及打印材料花费较少，在各级医院均可广泛普及［22］。

4  3D打印导板的建模及打印方式和耗材

4.1  建模软件

常用的3D导板建模软件有Mimics、3D-slicer、E-3D等。E-3D（数字医疗建模与设计）是由我国中南大学自主研发的国产软件，中文操作界面相对友好，王钊等人利用E-3D为23例颅底肿物患者进行术前建模和手术。该研究还阐述了E-3D相对于3D-slicer等英文软件的操作难度明显降低，部分医院利用E-3D已成功开展脑出血的精准穿刺微创治疗且效果满意［23］。Mimics虽然拥有丰富的图像分割工具，对心脏、肺组织、血管及骨骼等重建效果好，但因其是一款商业软件，使用时需要购买版权，无法在各级医院普及。3D-slicer重建精度虽然逊色于Mimics，但对于脑部的结构而言重建效果要比其他组织更精准，近年来已被广泛应用于神经外科疾病的建模中［24］。特别是在HICH幕上血肿的手术治疗穿刺通道设计中，制作穿刺导板仅需要将患者的CTA图像导入到3D-slicer中依次运行Segment Editor、Threshold等功能模块，生成血肿的三维模型。再依次运行Margin、Logical operators、Draw tube、Curve Maker、Segmentation及Logical operators即可完成。3D-slicer可以做到完全免费、支持多种标准医学图像文件格式，程序源代码全部开放，算法全部开放，并且还可添加功能扩展。通过实现术中三维可视化，一定程度上代替了神经导航功能，成为许多基层医院HICH手术治疗的有效辅助方法。因此，3D-slicer的操作简单，设备要求低等优势无疑为各级医院神经外科建模提供了新的方法［25］。陈杰等人通过利用3D-slicer辅助穿刺引流发现较常规组的住院时间缩短，穿刺点距血肿中心的距离也更近（均P<0.05）［26］。近年来，研究表明还可通过DTI、移动设备的简单实用的增强现实（AR）等技术与3D-slicer结合，进一步提高穿刺的精准性和个性化。黄毅等人通过3D-slicer联合手机导航辅助来进一步提高手术的个体化和血肿清除率［27］。QIU等就利用3D-slicer联合DTI重建神经纤维束，可以用来判断患者偏瘫及预后情况［28］。

4.2  打印方式和打印耗材

常用的3D打印方式主要有积压-熔融沉积式（FDM）、光敏树脂选择性固化（SLA）、选择性激光烧结（SLS）。SLS具有精细的分辨率，但目前还没有消费级SLS打印机。与之相比，SLA打印机的分辨率更精细，且有一些打印机型号可供选择，但其耗材较昂贵，并需要额外的固化步骤。相对而言，FDM打印机的分辨率较粗糙，但在价格方面具有明显优势，因此在穿刺导板制备中已被广泛应用。适用于FDM打印的主要耗材是聚乳酸（PLA），尽管相比光敏树脂材料，PLA的外观和硬度稍逊，但其价格低廉且易获取，具有良好的可降解性，因此在保证穿刺导板的强度和硬度的前提下，最大限度地降低了打印成本。通过对比光敏树脂和PLA作为打印材料的优劣，余成伟发现两者均具有良好的结构稳定性，但PLA的成本更低，这一观点也得到了支持［29-30］。

5  小结和展望

3D打印技术的推广最大程度地填补了我国基层医院在HICH手术治疗精准定位方面的空白。这符合我国的国情和“医工结合、精准医学”的新技术理念，不仅扩大了手术适应证的范围，还可以在降低治疗成本的同时迅速清除血肿，从而改善患者的预后，提高生活质量。近年来，3D打印技术在脑干出血、颅底肿瘤、椎管内肿瘤等高难度手术以及神经外科医患沟通和教学活动中得到广泛应用。然而，仍然存在一些不足，例如打印导板需要一定时间，且需要消毒、灭菌后才能在临床上使用，这使其不适合于急诊患者。期待未来能够开发更多开源的建模软件供临床选择，提高打印速度并降低成本，以实现3D打印技术在神经外科应用中的最大效益。

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（收稿日期：2023-06-13  修回日期：2023-07-24）

（编辑：梁明佩）