3D打印技術(shù)在顱底大靜脈竇術(shù)中定位教學中的研究

魚 瀟，高 珂，王 佳，王 拓，陳 偉，徐高峰，魚博浪，李瑞春

西安交通大學第一附屬醫(yī)院：1 神經(jīng)外科；2 醫(yī)學影像科，西安 710061

根據(jù)現(xiàn)代微創(chuàng)神經(jīng)外科的發(fā)展要求，在側(cè)顱底開顱術(shù)中，準確判斷乙狀竇和橫竇在顱骨表面的投影位置，對減少靜脈竇損傷、避免過多的顱骨骨質(zhì)缺損有重要意義[1-2]。傳統(tǒng)的教學方法是依靠顱骨表面的骨性標志(骨縫或骨性隆起)與橫竇和乙狀竇溝的位置對應(yīng)關(guān)系，進行關(guān)鍵點的定位，其臨床應(yīng)用存在局限和不足，如老年患者的骨縫骨化和個體差異，都嚴重影響實際術(shù)中準確定位，對臨床醫(yī)師的教學培養(yǎng)造成較大的困難[1,3-4]。3D打印技術(shù)(3D printing technol-ogy)可以直觀地刻畫出顱骨局部解剖和病理模型，可以對患者實施個體化的解剖分析，對神經(jīng)外科顱底手術(shù)教學有重要意義。科室于2018年3月，開始在臨床教學工作中逐步引入3D打印技術(shù)并應(yīng)用于術(shù)中橫竇和乙狀竇交匯區(qū)定位教學，取得了較好的教學效果，現(xiàn)介紹如下。

1 材料與方法

1.1 研究對象

2018年3月—8月在該科的進修醫(yī)師，年齡28～40歲；從事神經(jīng)外科工作，工作年限：3—5年。

1.2 3D技術(shù)設(shè)備與打印方法

使用PolyJet StudioTM3D打印軟件對3D顱底大靜脈竇定位教學模型進行建模，構(gòu)建的結(jié)構(gòu)包括顱骨、靜脈、動脈。將建模結(jié)果保存為STL格式文件，導入Stratasys J750 3D打印機進行模型制作。制作出的3D打印顱底大靜脈竇定位教學模型如圖1所示。

圖1 3D打印的37歲男性左側(cè)顱底模型，可以真實再現(xiàn)顱骨、骨縫、動脈以及大靜脈竇等結(jié)構(gòu)

1.3 研究方法

1.3.1納入分組方法進修醫(yī)師入科理論學習階段進行顱底大靜脈竇應(yīng)用解剖和定位方法的教學，采用理論授課和尸頭研究，為期1周。然后，隨機分為實驗組和對照組后，進入顱窩手術(shù)團隊。實驗組對患者術(shù)前薄層CT資料進行了3D打印模型建立，術(shù)前結(jié)合患者個體化3D模型，對大靜脈竇解剖定位進行測量評估；對照組術(shù)中按照傳統(tǒng)定位方法，依靠顱骨骨縫定位(如乙狀竇后入路中，根據(jù)人字縫、頂乳縫和枕乳縫交點定位橫竇和乙狀竇交匯區(qū)內(nèi)下緣，infero-medial point of the transverse-sigmoid sinus junction，IMTS)。

1.3.2 3D打印技術(shù)個體化靜脈竇定位方法

圖2 黑色箭頭指向二腹肌溝，圓圈代表乳突切跡頂點(top point of the mastoid notch,TPMN)，星形代表橫竇和乙狀竇交匯區(qū)內(nèi)下緣，inferomedial point of the transverse-sigmoid sinus junction,IMTS)。

圖3 左側(cè)顱底表面坐標系

1.3.3傳統(tǒng)定位方法根據(jù)人字縫、頂乳縫和枕乳縫交點定位IMTS。

1.3.4準確性評價方法根據(jù)顱底開顱術(shù)的充分顯露和安全原則，關(guān)鍵孔邊緣達到擬暴露靜脈竇。預(yù)期用來暴露靜脈竇的關(guān)鍵孔部分為目標象限，按照平面幾何定義分為I、II、III、IV象限，IMTS的關(guān)鍵孔目標象限為II象限。以顱骨鉆頭所作關(guān)鍵孔(直徑12 mm)的目標象限能否暴露出上述各關(guān)鍵點為判斷標準，能暴露為定位準確，否則為不準確。定位準確率=定位準確例數(shù)/總例數(shù)×100%(如圖4所示)。

圖4 圓圈代表關(guān)鍵孔，第二象限為暴露IMTS的目標象限

2 結(jié)果

2.1 基本資料

納入男性進修醫(yī)師9名，實驗組4名，對照組5名，年齡和工作時間無差異(P<0.05)。實驗組共實施乙狀竇后入路手術(shù)32例，包括面神經(jīng)微血管減壓14例，聽神經(jīng)瘤8例，橋小腦角表皮樣囊腫7例，橋小腦角腦膜瘤3例；對照組實施乙狀竇后入路手術(shù)28例，包括面神經(jīng)微血管減壓11例，聽神經(jīng)瘤7例，橋小腦角表皮樣囊腫6例，橋小腦角腦膜瘤4例，兩組間腫瘤構(gòu)成比無差異(P=0.944)。

2.2 兩組間定位準確性比較

實驗組32例手術(shù)定位準確28例，準確率87.5%；對照組28例手術(shù)定位準確17例，準確率60.7%。兩組間定位準確率差異有統(tǒng)計學意義(P=0.036)

3 討論

顱底重要解剖結(jié)構(gòu)的準確定位不僅是手術(shù)安全性和高效率的保障，也是神經(jīng)外科臨床教學的難點[5]。根據(jù)既往研究生和進修醫(yī)師工作成績的信息反饋，由于缺乏對顱底重要結(jié)構(gòu)(如顱底大靜脈竇、willis環(huán)和顱神經(jīng))術(shù)中定位的技術(shù)和經(jīng)驗，制約了新技術(shù)的開展，嚴重影響了臨床教學效果。

星點(如圖2、圖3所示)是頂乳縫、枕乳縫和人字縫的交點，在傳統(tǒng)教學中被定義為IMTS的對應(yīng)點，在乙狀竇后入路手術(shù)中是關(guān)鍵的定位標志。然而，Day等[6]對100例顱骨標本研究后發(fā)現(xiàn)，在約40%的成人顱骨標本上，星點并不對應(yīng)IMTS，誤差可達1.5 cm左右；更多的研究結(jié)果認為星點在側(cè)顱底投影位置較IMTS偏內(nèi)上方向，因此，不能作為IMTS的準確定位標志。更為重要的是，由于骨膜或表面軟組織的覆蓋，枕乳縫、頂乳縫和人字縫在實際手術(shù)過程中常常難以辨認(尤其是老年患者，骨縫已經(jīng)骨化)，使星點的確認非常困難，限制了其應(yīng)用[7-10]。因此，傳統(tǒng)定位方法在準確性和實用性上均有不足，尤其在個體極端變異的情況下，傳統(tǒng)的定位方法可能出現(xiàn)嚴重偏差。尤其是對經(jīng)驗不足的年輕醫(yī)師，顱底大靜脈竇定位偏差可能導致嚴重的手術(shù)后果。因此，在神經(jīng)外科臨床教學中，顱底大靜脈竇的定位需要新的準確、有效的方法。

由于3D打印技術(shù)的精確度可以達到0.3 mm，能在顱底模型中清晰勾勒出標志性結(jié)構(gòu)，包括乳突切跡(mastoid notch,MN)、A點(顴骨額突后緣與顴弓上緣交點)、B點(顴弓上緣與乳突上嵴交點)、C點(乳突尖)等，對于臨床教學有極大的輔助作用。該研究結(jié)果顯示，在乙狀竇后入路手術(shù)中對關(guān)鍵點IMTS定位，應(yīng)用3D模型臨床教學的實驗組的準確率達到87.5%，遠遠高于對照組60.7%的準確率，極大地提升了學員的學習興趣和臨床實踐的信心，對于快速提高顱底解剖學習成果有明顯的促進作用。

4 結(jié)語

在3D技術(shù)的支持下，我們可以對每個患者顱底大靜脈竇的定位實施個體化的分析，方法形象、直觀，尤其便于教學研究。在該研究中，我們利用3D顱底模型的教學工具，應(yīng)用乳突切跡作為定位坐標，使學員在臨床手術(shù)中能夠直觀、準確地定位IMTS，準確率達到87.5%，優(yōu)于傳統(tǒng)方法(60.7%)，顯示了良好的教學和應(yīng)用價值。

3D打印技術(shù)始于20世紀80年代，在醫(yī)學領(lǐng)域，如醫(yī)學模型、組織工程、人工器官的應(yīng)用引人注目。其在多個學科，如骨科、耳鼻喉等學科的臨床教學中也起到了重要的推進作用。但在顱底腫瘤治療應(yīng)用方面鮮有報道。由于采用3D打印技術(shù)構(gòu)建顱底骨質(zhì)及血管和病變模型，可精確、立體化地反映病灶附近結(jié)構(gòu)細節(jié)。在今后的臨床教學中，我們將繼續(xù)利用3D顱底模型教學的優(yōu)勢，進一步應(yīng)用到手術(shù)入路設(shè)計、手術(shù)入路模擬、模擬操作演練、顱底解剖等更廣闊的教學工作中。