3D打印技術在復雜胃腸道腫瘤手術中的應用研究

吳 宸 彭方興* 羅 亮 陳 匯 陳 進

3D打印技術是快速成形技術的其中一種，是以數字模型文件為基礎，運用粉末狀塑料或金屬等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的新技術。3D打印技術出現于20世紀80年代中期，其后發展迅速，目前已廣泛應用于醫學、機器制造、航空、教育、食品及建筑等多個領域[1-2]。而生物3D打印是其中最為前沿的技術，其在醫學領域的研究已得到廣泛關注。在心臟外科、腎臟外科、肝臟外科及胸外科等，3D打印技術在國內外已應用得相當成熟[3-8]。目前，在胃腸外科，尤其是在胃腸道腫瘤手術中3D打印技術應用較少，尚無較多的文獻報道。本研究應用3D打印技術對20例復雜胃腸道腫瘤患者進行術前病情評估，協助確定手術方案，并探討該技術在復雜胃腸道腫瘤手術中的應用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2016年10月至2018年9月綿陽四○四醫院收治的20例復雜胃腸道腫瘤患者的臨床資料，其中男性13例，女性7例；年齡40～65歲，平均年齡(51.0±8.6)歲；首次手術15例，多次手術5例。應用三維建模軟件將患者的CT二維圖像重建成三維圖像，并且部分使用3D打印設備打印出模型。

1.2 納入與排除標準

(1)納入標準：①病變為胃腸道相關腫瘤；②CT檢查提示腫瘤病變相對復雜，可能侵犯腹腔內其他重要臟器及大血管等；③同意接受3D打印技術進行手術前評估及手術方案制定。

(2)排除標準：①全身狀況無法耐受手術者；②不接受手術治療者。

1.3 儀器與材料

采用128排螺旋CT(荷蘭飛利浦公司)行腹部平掃及增強掃描；采集圖像數據并存儲導入3D建模軟件(安徽紫薇帝星公司)進行3D重建；極光爾沃A83D打印機(深圳市極光爾沃科技股份有限公司)。

3D打印材料中3D打印專用金屬粉末、陶瓷粉末、石膏粉末、ABS材料、樹脂液以及尼龍粉均來自慈溪蘭博打印耗材有限公司。

1.4 三維重建3D打印

數據采集、三維影像重建和三維模型打印：①采用128排螺旋CT行腹部平掃及增強掃描，采集圖像數據并存儲導入3D建模軟件進行三維重建；②在重建后的三維模型影像上，通過計算機對重建模型進行操作，多角度觀察腫瘤解剖學位置及其與鄰近腹腔其他重要臟器、大血管之間的毗鄰關系；③為更好顯示腫瘤與血管及器官之間的關系，必要時完整打印腫瘤與周圍重要臟器及大血管的模型。

1.5 手術方法

通過實物模型，在進一步仔細觀察腫瘤的解剖學關系后，可更加準確的制定手術方案。

手術進入腹腔進一步探查明確腫瘤情況，如腫瘤侵犯其他重要臟器或血管則必要時行聯合臟器切除或受累血管切除與重建，最終達到切除腫瘤的手術目的。

2 結果

2.1 三維重建及3D打印結果

對20例患者均完成三維重建，重建結果可清晰顯示腫瘤組織結構、腹腔內重要臟器及大血管等，可以從多個角度對腫瘤的解剖關系進行直觀的了解，并可單獨顯示腫瘤與鄰近組織器官、血管的毗鄰關系。其中對8例患者打印出了三維模型，模型可清晰顯示腫瘤解剖學位置及與鄰近組織器官、血管的毗鄰關系。

2.2 手術結果

20例患者均成功實施腫瘤切除手術，術中所見腫瘤具體部位及其與鄰近腹腔內重要臟器、血管侵犯的情況與3D打印評估結果基本一致。其中1例聯合腹腔大血管切除并血管重建，2例聯合盆腔臟器切除，2例聯合脾臟切除，5例聯合部分腸管切除。

2.3 典型病例

(1)病例一。患者男性，48歲，因發熱、盜汗、上腹痛1月余，胸痛1 d入院。CT示左上腹見一大小約13.8 cm×11.9 cm不規則團塊狀混雜密度影，與胃后壁分界不清，其內見結節狀混雜密度影，增強后呈明顯不均勻強化征象，考慮胃間質瘤可能。診斷為胃底后壁巨大間質瘤侵犯胰尾、脾門伴出血。三維重建圖像根據CT圖像，重建下腔靜脈、動脈血管、肝靜脈血管、門靜脈血管、腎臟 、腸道、胃、脾臟、肝臟、胰腺、膽囊及占位等模型。手術行近端胃大部切除聯合脾臟、胰尾切除術。術后病理診斷為炎性肌纖維母細胞瘤，見圖1。

(2)病例二。患者女性，51歲，因宮頸癌術后1年余，間斷便血4月余入院。CT示盆腔內見糾集腸管，結構紊亂，腸壁增厚毛糙，強化較明顯，見多發片狀液性密度影，直腸周圍筋膜增厚，密度增高。三維重建圖像根據CT圖像重建動脈血管、靜脈血管、膀胱、子宮、導管、直腸以及腫瘤轉移病變及骨骼等模型。診斷為宮頸癌術后腹及盆腔多發轉移。手術行腸粘連松解、乙狀結腸及直腸大部切除、小腸部分切除側側吻合、降結腸造瘺、左側輸尿管切除和盆底修復術。術后病理診斷為乙狀結腸及直腸廣泛查見腺鱗癌浸潤，腸系膜淋巴結多發癌轉移，見圖2。

圖2 病例二影像資料

3 討論

腹部外科涉及胃腸道以及肝、膽、胰腺和脾臟等重要臟器，以及腹腔內大血管的手術干預，涉及循環、消化及免疫等多個生理系統，包含主要臟器及系統的炎癥、外傷、畸形及腫瘤等病理病變，具有涉及系統廣、臟器數量多、解剖結構及功能復雜、病變多發且危急重癥多見等特點[9]。目前，胃腸道惡性腫瘤在我國呈高發趨勢，而根據我國的腫瘤發病檢測情況，在所檢查出的胃腸道惡性腫瘤中，早期腫瘤僅占極少數。是否能夠根治性切除腫瘤病變是決定患者預后的重要因素之一，而分期偏晚的患者病變很多存在腫瘤對于周圍重要臟器及血管的侵犯，這對于患者的病情恢復以及醫生的手術操作均帶來不利的影響。

腹部外科干預的關鍵在于術前充分的評估準備。CT等二維圖像的準確理解需要長期的訓練和經驗積累，而將二維圖像轉化為三維立體模擬影像及3D打印模型后，不僅為手術的評估準備提供了有力的幫助，也可以降低對于病情理解難度，使之更易掌握[10]。利用計算機系統將二維圖像進行三維重建的技術日益成熟，依據三維重建的立體模擬影像實施的3D打印模型能準確的再現病變的三維解剖結構及其與毗鄰結構的空間關系，讓應用者能夠更快捷地掌握病變的解剖特點，能夠更準確的確定外科干預方案。3D打印技術比CT等傳統二維影像技術能更加直觀、清晰地顯示病變的解剖結構。三維成像能夠將CT二維平面圖像轉化成三維立體圖像，可以全維度旋轉、任意縮放及任意組合顯示，清楚顯示腫瘤的大小及形態、血管的走行及形態、腫瘤與臟器及血管的解剖關系以及侵犯情況，更有助于進行可靠的術前評估和制定準確的手術方案，使手術更加精準和安全[11]。同時，三維模型還可以在醫患溝通中使患者更直觀的了解病情，知曉手術方案以及可能存在的風險[12-13]。

4 結論

將3D打印技術應用于復雜的胃腸道腫瘤手術之中，使術前評估更加精準，手術操作更加有的放矢。患者的3D打印結果能清晰的顯示腫瘤與周圍重要臟器及血管之間的解剖關系，與手術中實際探查情況基本相符。通過應用3D打印技術，可以提前預測評估術中可能出現的情況及風險，制定更加安全可靠的手術方案，避免了手術的盲目性，一定程度上降低了手術的風險。3D打印技術在復雜胃腸道腫瘤手術中具有一定的臨床應用價值。