3D列印在神經外科中的臨床應用現狀與展望

神經外科疾病種類繁多、解剖結構抽象、部分疾病發病機制不清，因此神經外科疾病具有高死亡率及高致殘率的特點。該類疾病對神經外科醫生的理論基礎、診療技術及專業技能要求更高，同時也導致了神經外科醫生培養周期長、難度大。在整個醫療過程中雖然有詳細且全面的術前醫患溝通，術中嚴謹的專業技術操作，部分病例仍不可避免在術後出現無法預知的併發症甚至死亡，發生醫療糾紛。

3D列印技術的出現，給醫療領域帶來了巨大的變革。在國外，3D列印技術得到廣泛的應用。在國內，3D列印技術也在神經外科領域掀起了一股發展熱潮，許多醫療機構先後將其應用於腦血管疾病、脊柱脊髓疾病、顱內各部位腫瘤、神經功能性疾病的治療指導及醫患溝通、臨床教學活動中。現就3D列印技術在神經外科中的研究現狀、成果進行綜述。

1、3D列印技術簡介及臨床應用過程

1.1

3D列印定義及技術分類

3D列印又稱為原型製造，其是一種以數字模擬文件為基礎，運用粉末或塑料等可黏合的材料，通過逐層列印的方式來構造物體的一種技術。目前應用較多的3D列印技術主要包括以下幾類，如光固化立體印刷（SLA）、熔融沉積製造（FDM）、選擇性激光燒結（SLS）及三維噴印（3DP）等。在醫學領域中的應用主要包括製造醫療產品、樣機設備、解剖模型、可植入人體的植入物或用於生物組織的支架等，目前應用最廣的是解剖模型的列印。

1.2

3D 列印技術臨床應用的操作過程

1.2.1　獲取影像資料

目前，CT、MRI及DSA在各醫院均廣泛普及，主要設備生產廠商包括美國通用電氣（GE）公司、德國西門子公司（SIEMENS AGFWB）、荷蘭飛利浦公司（PHILIPS）等，將所需病例的CT、MRI、DSA掃描原始數據以DICOM 格式輸出。

1.2.2　製作3D計算機圖像

將DICOM 數據資料輸入各種3D 模型製作軟體，大多數醫療機構採用Mimics research軟體（比利時Materialise公司）製作3D模型，可信度較高，但購買軟體費用高，也可選擇3D－Slicer軟體進行建模，這是一個免費軟體。黑龍江鶴崗市人民醫院曹玉福教授建立的3D－Slicer社區，為醫務人員學習該軟體提供了便利。但該軟體因未通過美國FDA認證，部分學者不主張臨床應用，但作者認為只要可以建立準確的計算機模型都是可行的。少部分醫療機構也自行設計軟體，如湘雅醫院選用自行設計的三維設計軟體系統，即E－3D系統，直接將CT／MR數據製作為3D模型，更加方便快捷，目前也在全國推廣中。

1.2.3　列印3D模型

將計算機設計的3D模型進行準確度評估後導入3D印表機，3D印表機種類多，價格差異大。部分醫療機構購買3D印表機在醫院內部列印模型，如許多醫院成立專門的3D 列印研究所。部分醫療機構則將數據傳送給專門的3D列印公司來製作模型。

1.2.4　臨床應用

再次評估模型的準確度，根據不同目的分別應用於臨床教學、醫患溝通、手術方式選擇及模擬手術過程等。

2、3D列印在神經外科的應用現狀

2.1

3D列印在臨床教學活動及醫生培養中的應用

住院醫師規範化培訓是畢業後醫學教育的重要組成部分，其目的是培養具有良好醫德、紮實醫學理論知識和規範臨床技能，能獨立診治本專業常見疾病、多發疾病的臨床醫生。神經外科疾病具有獨特性、複雜性、立體性、精準性等特點，需要良好的空間想像能力及不斷進行解剖結構的強化學習。但在住院醫師規範化培訓中，神經外科輪轉時間短，神經外科專業理論知識可以經過反覆專業書本學習得到提升，但在如此短的時間內幾乎不可能建立起神經系統三維解剖的認識。

解剖學是每個醫學生必修課程，包括理論課程學習及實驗解剖操作，然而在解剖實驗課程中，由於神經外科的專科性及解剖儀器的高要求，許多高校只注重於呼吸、消化、泌尿及運動等系統的解剖學習，神經系統少有涉及，醫學生階段幾乎沒有親自解剖神經系統的機會，所以造成了在神經外科學習中空間三維認識欠缺、影像學認識混亂、影像學表現不能與術中解剖相聯繫等一系列問題。但3D列印技術的出現為解決這一問題提供了新的思路及方法，選擇典型病例，運用3D列印技術列印顱內腫瘤、動脈瘤、血管畸形、脊柱脊髓疾病的模型，直觀地呈現在培訓學員面前，提高其學習的積極性。同時鞏固其解剖基礎知識，不僅可以幫助他們學習疾病解剖、制定手術方案、掌握手術併發症，還可以促進他們學習影像知識，幫助他們閱讀CT、MRI及DSA片。

例如濱州醫學院附屬醫院神經外科李珍珠等教授便利用3D列印技術構建動脈瘤模型，並通過研究發現其能提高臨床醫學生對動脈瘤的理解，已證實其可以在臨床教學中推廣應用。在脊柱外科方面，部分學者運用3D 列印模型對青年醫生的手術技巧進行訓練，讓青年醫生親手操作並分析得與失，發現大多數青年醫生在接受新的方法培訓後，能夠在較短時間內精通脊柱全長的椎弓根螺釘置入技巧。最終證實3D 列印技術運用於脊柱外科手術訓練是切實可行的，且是一種效果明顯的訓練方法。

2.2

3D列印在脊柱脊髓疾病中的應用

脊柱脊髓疾病的手術治療，在術前需詳細掌握解剖結構，術中需選擇合適規格的內固定螺釘並正確選擇進釘點。僅通過常規影像對寰樞椎骨折、腫瘤生長破壞正常解剖結構、脊柱複雜畸形等病例進行術前評估仍面臨巨大挑戰。但3D列印技術可以完美、逼真地再現骨折椎體、腫瘤及與周圍鄰近血管神經解剖的聯繫，方便術者制定手術方案，選擇合適的內固定螺釘，並且可預演手術方案，從而避免對重要血管、神經功能的損傷。

目前，3D列印技術已應用於脊柱脊髓疾病治療中，包括神經外科或骨科的脊柱病區。有研究結果表明，3D列印技術在脊柱矯形方面可以顯著縮短手術時間，減少出血量，提高側凸、後凸矯正效果及提高椎弓根螺釘準確率，同時減少併發症。在前路寰樞椎側方關節螺釘和齒狀突螺釘內固定術中，由於頸部解剖結構複雜，周圍有豐富的神經、血管等軟組織結構，手術風險高，對置釘準確度要求更高，但應用3D列印技術可以很好地指導手術的演練。

2.3

3D列印技術在顱內腫瘤中的應用

顱底解剖結構複雜，因位置深、顱底骨質凹凸不平、有許多孔裂管道，其內有重要血管神經穿行，顱底佔位性病變又將正常顱內結構推壓、破壞，使原本複雜的結構更加難以辨認，所以顱底腫瘤是目前神經外科領域的一大難題。大腦鐮旁腫瘤十分常見，特別是腦膜瘤，常是此部位的好發腫瘤之一，其生長緩慢，發現時常常十分巨大，與矢狀竇緊密粘連，術中操作難度大，可能因破壞靜脈竇並發大出血危及患者生命，如何最大限度地精準切除腫瘤的同時減少併發症是術者需要慎重思考的問題。

3D列印技術可以在術前詳細評估腫瘤部位、解剖關係，全面評估術中可能出現的突發情況，預演手術過程，在手術過程中做到心中有數。目前，許多醫院已開展這方面的研究，如南方醫科大學術中藉助3D模型指導腫瘤切除術，發現除1例表皮樣囊腫囊壁次全切除、1例腦膜瘤次全切除外，餘6例顱底腫瘤均全切除，未出現嚴重併發症及死亡病例。證實了3D列印顱底疾病模型在技術上可行，同時能夠有效輔助複雜顱底疾病手術方案的制定及模擬手術，提高手術效率和安全性。

福建省立醫院神經外科則選取大腦鐮旁腦膜瘤採用3D列印技術製作出大腦鐮旁腦膜瘤實體解剖模型，解剖模型可以清晰顯示腫瘤與顱骨、大腦鐮、上下矢狀竇及周邊血管的關係。手術醫生利用該模型制定出完善的手術預案，術中根據大腦鐮旁腦膜瘤實體解剖模型指導手術定位與實施，避開重要血管，達到Simpson I級切除，且患者術後無明顯腦水腫、血腫及神經功能障礙，手術成功。這些研究都表明3D列印技術在顱內複雜腫瘤切除手術方面應用價值較高。

2.4

3D列印在腦血管疾病中的應用

顱內動脈瘤破裂導致的腦出血是神經外科常見的危急重症之一，且死亡率高。開顱動脈瘤夾閉術、包裹術或血管內治療是動脈瘤治療的途徑，合理選擇手術方式是改善動脈瘤治療效果的關鍵，雖然目前手術技術十分成熟，但是顱底動脈分支較多，加上有變異的交通支存在，複雜腦動脈瘤的手術治療對神經外科醫生仍是巨大的挑戰。3D列印可以列印出逼真的、精確的、可視化的模型，能全面、直觀地顯示腦動脈瘤及其與毗鄰血管、顱骨的空間解剖結構關係，術前模擬手術，可以更好地規避手術風險，縮短手術時間，減少術後併發症的發生。

腦血管畸形治療可採用AVM整塊切除術，供血動脈結紮術、血管內栓塞術或γ刀等治療。將3D列印技術應用於腦血管畸形的介入栓塞治療，可以讓醫生真實、全面地了解畸形團結構，對畸形團病灶的供血動脈、畸形團、引流靜脈進行詳細、立體地觀察，為臨床醫生選擇哪條路徑血管進行栓塞，應用何種栓塞材料提供幫助，從而提高栓塞質量。

2.5

3D列印技術在醫患溝通中的應用

隨著人民物質生活水平的提高，人民對醫療的要求也隨之提升。我國目前醫患矛盾越來越尖銳，其中，神經外科是其中的重災區之一。其原因在於神經外科病種複雜、病情進展快、治療費用高，一旦出現不良醫療事件，常常導致患者死亡或遺留各種神經功能障礙等嚴重後果，特別容易發生醫療糾紛。但從醫患矛盾與衝突的現狀分析，大多數醫患糾紛並不是由於醫療技術不夠及醫療質量低而引起的，更多的是由於醫患雙方認知的偏差、患方對醫療結果的不合理期望、醫患雙方溝通不足而導致。

3D模型可以為患者家屬提供直接、真實的病灶情況，提升患者及家屬對病情的理解程度。作者應用3D列印技術治療兒童頸內動脈床突段創傷性動脈瘤1例，指導術前溝通，能使患者家屬對手術方式的選擇及手術風險更加理解。國外的研究機構也證實，3D列印模型有利於醫生向患者及家屬溝通及解釋病情。

3、3D列印技術面臨的挑戰及展望

3.1

列印中空器官尚存在難度

3D列印技術列印中空器官尚存在難度，所以在腦血管疾病的應用中，不能反映血管內部的真實情況，如是否有鈣化、斑塊及血栓等。動脈瘤的夾閉及介入栓塞不僅需要了解動脈瘤的位置、形狀、周圍關係，同樣需要了解血管壁厚度及特性，如彈性、硬度等。3D列印技術需影像重建計算機圖像，但WURM等發現血管直徑小於0.4mm不能重建，所以導致列印精細化程度低，但目前3D列印尚處於起步階段，隨著科學技術的發展進步，這些問題都有望被解決，3D列印技術模型會越來越精細化。

3.2

價格昂貴且需要專業人員

3D列印技術的實施需要專門的軟體及專業人員，3D印表機普遍價格昂貴，列印材料也是價格不菲。有國外的研究報道，製造1個動脈瘤模型需花費300～400美元。同時培訓專業的技術人員給醫療機構增加額外經濟負擔。目前，國內許多研究取得的喜人成果均是申請省市重大專項項目，獲得專門研究基金才得以實現的。

但隨著3D列印技術的普及及發展的成熟，製作成本會降低，同時也有許多降低製作成本的方法，如Mimics research軟體價格昂貴可以選擇3D－Slicer軟體，印表機價格高昂，對於普通模型的列印也可選擇價格低廉的印表機，如作者採用普通3D 印表機（極光爾沃在－603S），也同樣實現了3D列印技術的臨床應用。3D模型的重建及列印還可以與專門3D列印公司合作進行開展，如作者單位部分科室便選擇此種模式，不僅可以減少設備的投入、專業人員的培養，而且由於3D列印公司的專業性，還可以提高列印的準確性。

因為3D列印技術在臨床中的應用尚在起步階段，醫療機構如何收費也無規範機制，同時未納入醫療保險（醫保）範疇，例如作者醫院就僅停留在研究階段，所有列印均處於免費階段，醫院管理者開展意願不強烈。在醫保不能報銷的情況下，增加額外的費用，患者及家屬也不能接受。但是2015年，3D列印技術被納入我國先進技術發展項目，政府相關部門也在為此做出努力，並且將通過法律法規建設等相關措施規範、引導、推動3D列印技術在醫療衛生領域中的應用。隨著先進技術的廣泛應用，3D列印技術必然會形成一套規範收費體制，同時也將和普通影像學檢查一樣納入醫保範疇，最終得到醫院管理者及患者的支持。

3.3

耗時較長

3D列印技術處理耗時，3D印表機列印1個模具一般需要5h以上，部分模具列印甚至超過24h，拷貝數據資料、建立計算機模型又增加額外耗時，對於急診手術實用性較差。使用者在建立計算機模型時可以儘可能地去除不需要的部分，不僅縮短列印時間，還節約耗材。作者列印動脈瘤模型時僅列印載瘤動脈近端及動脈瘤部分，列印時間基本控制在1h以內，隨著操作的熟練，時間還可以進一步縮短，例如濱州醫學院技術熟練後，列印的腦出血模型在急診手術中也實現了運用。

綜上所述，3D列印技術憑藉其獨特的優越性，不僅在神經外科各領域得到推廣應用，今後在醫學領域其他方面的應用也將被推向更高的層面。（來源：胡澤紅,母山,魏劍波.3D列印在神經外科中的臨床應用現狀與展望[J].現代醫藥衛生,2019,35(04):553-556.）

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