基于彌散張量成像的3D打印在高血壓腦出血白質保護中的價值

張浩 師忠杰 陳杰 任敏 湯暢通 姜德華

【摘要】 目的 探討基于磁共振彌散張量成像（DTI）技術所設計的3D打印穿刺導板在高血壓腦出血（HICH）微創治療中的價值。方法 對徐州市中心醫院神經外科2020年1月—2022年2月收治的24例HICH患者，運用術前顱腦薄層CT數據，通過計算機3D-Slicer軟件分別重建大腦皮層、血腫等結構，按照血腫形狀及位置設計穿刺導板。再融合DTI數據，三維可視化腦白質纖維束，驗證所設計導板穿刺通道是否避開皮質脊髓束（CST），并根據其纖維束走形進一步調整穿刺路徑。結果 所設計24例導板，9例（37.50%）術前模擬中可見導管切入CST，調整后使其避開。術前計算機導板設計時間（15.44±3.21）min，導板打印時間（2.56±0.45）h，手術時間（39.67±7.85）min。術后復查CT，置管位置均符合術前規劃，術區未見新增出血。術后第3天血腫清除率（87.46±6.56）%。患者出院后隨訪3個月，行日常生活能力（ADL）評分示日常生活能力恢復情況總體優良率91.66%。結論 單純依照傳統CT掃描所設計的3D穿刺導板損傷纖維束幾率高（37.50%），基于DTI纖維束示蹤技術所設計的3D穿刺導板可以更好地避開CST神經纖維，為患者提供更精準、微創的治療，且其臨床療效顯著，具有一定的臨床價值。

【關鍵詞】 高血壓腦出血；磁共振彌散張量成像；3D打印；皮質脊髓束

【中圖分類號】 R651 【文獻標志碼】 B 【文章編號】 1672-7770（2023）01-0080-05

Abstract： Objective To explore the value of 3D printing puncture guide plate designed based on diffusion tensor imaging（DTI） in treatment of hypertensive intracerebral hemorrhage（HICH）. Methods 24 patients with HICH admitted to Xuzhou Central Hospital from January 2020 to February 2022 were used to reconstruct the cerebral cortex， hematoma and other structures respectively by using preoperative thin slice CT data and computer 3D-Slicer software， and the puncture guide plate was designed according to the shape and location of hematoma. Then fusion DTI data， three-dimensional visualization of white matter fiber bundle， verify whether the designed guide plate puncture channel avoids corticospinal tract（CST）， and further adjust the puncture path according to its fiber bundle shape. Results 9 of 24（37.50%） of guide plate cut into the corticospinal tract in the preoperative simulation. After adjustment， the fiber bundle was avoided and the guide plate was printed. Preoperative computer guide design time was （15.44±3.21）min， guide printing time was （2.56±0.45）h， operation time was （39.67±7.85）min. Postoperative CT examination showed that the catheter location was in line with preoperative planning， and no new bleeding was found in the operation area. The hematoma clearance rate was（87.46±6.56）% on the third day after operation. Patients were followed up for 3 months after discharge， and（activity of daily life） ADL scores showed that the good recovery rate was 91.66%. Conclusions The 3D puncture guide plate designed according to the traditional CT scan has a high probability of fiber tract injury（37.50%）. The 3D puncture guide plate designed based on DTI can better avoid the corticospinal tract， and provide more accurate and minimally invasive treatment for patients. The clinical curative effect is remarkable and has certain clinical value.

Key words： hypertensive intracerebral hemorrhage; diffusion tensor imaging; 3D printing; corticospinal tract

基金項目：徐州市重點研發計劃項目（KC20109）；江蘇省老年健康科研項目（LKM2022047）

作者單位：221000 徐州，徐州市中心醫院神經外科

通信作者：姜德華

高血壓性腦出血具有高死亡率和致殘率［1］，其救治以開顱手術為主，但創傷大、預后差，很難被患者接受［2-3］。近年來，3D打印穿刺導板輔助穿刺血腫引流，既穿刺精準，又降低了病死率，得到了醫患雙方的青睞［4-5］。但其致殘率仍居高不下，考慮與腦皮質脊髓束（corticospinal tract，CST）的損傷有關。大腦皮層通過CST來控制支配肢體遠端肌肉的運動神經元，若CST受到破壞，必然會出現肢體癱瘓［6-7］。因此避免損傷CST神經纖維，對患者功能的恢復極其重要，因此既要精準穿刺，又需避開CST是亟需解決的問題。彌散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）成像技術應用于腦出血患者，可顯示血腫與CST的位置關系［8-9］。本研究納入徐州市中心醫院神經外科2020年1月—2022年2月收治的24例高血壓腦出血（hypertensive intracerebral hemorrhage，HICH）患者，術前重建血腫并設計穿刺導板，通過DTI和多模態技術對導板進行調整使其避開CST，術后取得了滿意效果。現報告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 共納入24例，其中男14例，女10例；年齡36～75歲，平均年齡（55±12）歲；出血量30～60 mL，平均（42±7）mL；GCS評分：9～12分15例，6～8分9例。納入標準［10-11］：（1）顱腦CT示基底節區血腫；（2）既往長期高血壓病史；（3）出血量30～60 mL計算方法使用3D-Slicer軟件進行；（4）家屬有手術意愿并同意手術。排除標準［10-11］：（1）明確外傷史；（2）腦室出血、幕下的血腫；（3）患者生命征不穩無法完成DTI檢查；（4）有凝血功能障礙或合并動脈瘤等疾病；（5）腦疝形成、需急診手術。所有家屬對手術知情同意并簽署手術知情同意書，本研究得到徐州市中心醫院倫理委員會批準（批號：XZXY-LJ-20190729-016）。

1.2 術前模擬 術前分別完善顱腦CT薄層及DTI掃描，通過原始DICOM格式CT數據分別重建大腦皮層、血腫等結構，按照傳統方法（單純依靠血腫形狀及位置）設計穿刺導板；然后利用多模態融合技術［12-13］將DTI與CT融合后重建CST，觀察其與導管路徑的位置關系，對于通過CST的導管，依照其神經纖維走形，調整頭皮穿刺點和方向，通過改變穿刺路徑，使穿刺導板避開CST后重新設計；然后根據體表器官固定解剖結構，如鼻根、眉弓、耳根等，設計穿刺導板；通過3D打印技術實現穿刺導板打印成型，進行低溫等離子消毒后備用（圖1）。

1.3 術中置管流程 患者發病后6～12 h，行鉆孔引流手術。氣管插管全麻后，碘伏常規消毒術區，鋪無菌巾單。將消毒后的穿刺導板置于患者頭面部，通過患者鼻根及眉弓等固定解剖結構，使穿刺導板與患者皮膚貼合良好。標記頭皮穿刺點，沿穿刺點縱行切開頭皮達顱骨，長約3.0 cm，鉆顱，骨蠟止血，電凝后“+”字形切開硬膜，按照穿刺導板指引及術前模擬深度穿刺血腫，達到預定深度，引流管內有暗紅色血性液體流出，顯示穿刺成功，用10 mL注射器抽出血腫，量約原血腫量的1/3即可，接引流裝置。所有患者，術后第1天復查CT評估引流管位置及血腫大小，并予以“尿激酶2萬單位+生理鹽水2 mL”注入血腫腔q12 h，每次夾閉引流管3 h，再開放引流管，術后第3天復查顱腦CT，如血腫<10 mL，則拔除引流管（圖2）。

1.4 觀察指標 術后行CT檢查，觀察患者的引流管位置及引流效果；行DTI神經纖維束重建，觀察引流管和CST的位置關系；3個月后依據日常生活能力（activity of daily life，ADL）評分量表對患者進行評分，觀察患者的日常生活能力恢復情況。其中：Ⅰ級，100分，患者能獨立生活；Ⅱ級：75～95分，患者輕度依賴，能自己進行部分日常生活；Ⅲ級：50～70分，中度依賴，可以拄著拐杖走路，但家庭生活需要別人幫助；Ⅳ級：25～45分，嚴重依賴，臥床但有意識；Ⅴ級：0～20分，完全依賴，植物生存。等級越高表示日常生活能力越差，Ⅰ-Ⅲ級為有效，Ⅳ級、Ⅴ級及死亡為無效。

2 結 果

本研究所設計的24例穿刺導板經DTI融合后，發現9例（37.50%）穿刺通道途經CST，予以調整手術路徑，重新設計穿刺導板，使其穿刺通道避開CST神經纖維。打印的導板均與患者皮膚貼合良好。術前導板設計時間（15.44±3.21）min，導板打印時間（2.56±0.45）h。本研究24例患者術中穿刺均順利，均見暗紅色血性液體流出。術后第1天復查顱腦CT均提示引流管位置良好，符合術前模擬，手術時間（39.67±7.85）min。術后第3天復查顱腦CT均提示血腫引流效果好，血腫清除率（87.46±6.56）%。患者術前及術后行頭顱DTI神經纖維束重建，示基于DTI纖維束示蹤技術所設計的3D穿刺導板，其穿刺道成功避開了CST。典型圖片見圖3。

術后3個月隨訪，依據ADL（activity of daily life）評分量表對患者進行評分，結果：Ⅰ級9例（37.50%），Ⅱ級8例（33.33%），Ⅲ級5例（20.83%），Ⅳ級1例（4.17%），Ⅴ級1例（4.17%）。

3 討 論

HICH有著較高的發病率、病死率和致殘率，在腦血管疾病中占比約為30％［14-15］。HICH的出血位置約70%處于基底節區域，且常常會對臨近的內囊造成嚴重破壞，從而損傷在內囊內走行的CST等重要神經纖維束，導致高血壓患者病死率和致殘率均較高［16-17］，手術治療無疑對搶救患者的生命和拯救患者的功能至關重要，但對于腦出血手術方式的選擇，每個神經外科醫師存在不同的觀點和理念。既往傳統的開顱術式一直占據著主導地位，如大骨瓣開顱血腫清除術和骨窗開顱血腫清除術，因大大降低了患者的病死率，曾廣泛應用于臨床［18-19］，但因其創傷較大，手術時間較長，近年來在臨床上應用越來越少。隨著科學技術的飛速發展，微創醫學的不斷進步，微創治療HICH已充分顯露出其治療的優越性，尤其是微創鉆孔引流術，因其創傷小，恢復快，費用低，效果良好，逐漸成為大多數患者選擇的治療方式［20］。

HICH因顱內出血部位多變，可發生在基底節、腦葉及腦干等任何位置，且位置較深，因此微創鉆孔引流術成功的關鍵在于對血腫位置的精準定位和術中的穿刺引導［21］。既往針對腦內血腫的定位和穿刺引導方法有很多：（1）腦立體定向技術或神經導航的定位法；（2）弦長定位法；（3）增強現實定位法。這些定位方法曾廣泛應用于臨床，但因其各自難以解決的弊端而逐漸被臨床摒棄。腦立體定向及導航定位操作繁瑣，且所用儀器費用較高，對于基層醫院難于推廣普及。弦長定位及增強現實定位在臨床操作過程中往往會偏差較大，影響穿刺置管的引流效果。因此，近年來神經外科醫生致力于尋找一種既簡便又精準的定位方法。計算機輔助下3D打印是近幾年流行起來的新的技術，經過不斷的發展，逐漸趨于穩定成熟并被臨床廣泛應用；其具有操作簡單、費用低和精準高等優點，逐漸應用于臨床神經外科的各個方面，尤其是腦出血術前手術入路的設計，血腫的定位及定位材料的制作等。在國內，許多醫療中心依據術前所獲取的HICH患者顱腦CT平掃數據，定制個體化治療血腫穿刺導板，再應用3D打印技術來打印穿刺導板，術中應用此導板指導引流管穿刺的方向及深度，提高了血腫穿刺的精準度，并獲得了良好的引流效果，降低了患者的病死率［22-23］。

但HICH的救治，不僅要挽救患者的生命，更重要的是要降低患者術后的功能障礙，提高患者的生活質量，使其重返社會，從而減輕社會和家庭的負擔。許多研究發現，腦出血患者的高致殘率和術后功能障礙，究其原因和腦白質纖維束，尤其是和CST的損傷密切相關［24］。因大腦皮層主要通過CST神經纖維來控制支配肢體遠端肌肉的運動神經元，如CST受到損傷破壞，出現神經纖維的斷裂和不連續，則大腦皮層的信號將無法傳遞到相關的肢體肌肉運動神經元，繼而導致患者不可避免出現中樞性肢體癱瘓。因此術中對CST神經纖維的成功保護，使其避免受到二次損傷，對患者術后功能的恢復極其重要。基于此，本研究致力于探尋一個可以最大程度避免術中二次損傷CST的方法。

DTI是一種描述大腦結構的新方法，是MRI的特殊形式，是目前唯一可在活體顯示腦白質纖維束的無創性成像方法，可以顯示大腦白質纖維的結構和各向異性特征，如顯示內囊、胼胝體、外囊等重要結構［25］，其能夠清楚地顯示出血腫的大小、形狀以及其與周圍腦皮質脊髓束的位置關系。本研究通過術前完善顱腦CT薄層及DTI掃描，利用3D-Slicer軟件重建出血腫，按照傳統方法（單純依靠血腫形狀及位置）模擬穿刺路徑，然后利用多模態融合技術將DTI與CT融合后重建CST，觀察導管穿刺路徑與CST神經纖維的位置關系，并對于通過CST的模擬導管，依照CST神經纖維走形，重新調整頭皮穿刺點和穿刺方向，通過改變導管的穿刺路徑，使穿刺導板避開CST。

本研究24例HICH患者，在常規導板設計中，發現9例患者術前模擬見導管穿過了CST，說明模擬的穿刺導板術中會造成神經纖維束的二次損傷，繼而加重患者的肢體運動功能障礙，增加患者的致殘率。對此9例患者，依據其CST神經纖維的形態和走向，予以重新調整頭皮穿刺點和方向，通過重新規劃導管的穿刺路徑，有效避免了穿刺導板對CST的二次損傷。24例患者術中穿刺均順利，均見暗紅色血性液體流出。術后復查顱腦CT示，引流管位置良好，術后3 d血腫清除率平均為87.46%。術后行DTI掃描，見引流管均成功避開了CST，符合術前模擬。術后3個月隨訪，依據ADL量表評定患者日常生活能力恢復情況，術后有效率達91.66%，與同期國內相關臨床研究比較，術后有效率明顯優于單純3D打印導板穿刺引流治療HICH（84.57%）［26］。該研究表明此種手術方式不僅能夠有效清除血腫，也能夠避免術中二次損傷CST神經纖維，提高患者的生活質量。

綜上所述，3D打印與DTI技術聯合微創治療HICH的方法，具有以下優點：（1）基于3D-Slicer軟件的術前模擬設計簡便，易于學習掌握；（2）手術操作簡單，術中精準度高，血腫引流效果好；（3）手術操作時間短，創傷小，家屬容易接受；（4）穿刺通道避開了CST，患者術后功能恢復好。但是，本研究尚有不足之處：（1）術中不能確切止血，該方法不適合出血急性期血腫不穩定患者；（2）術后血腫腔注入尿激酶，增加再出血和感染風險；（3）術前患者需做磁共振DTI掃描和打印穿刺導板，需要一定的設備和時間，此項技術并不適應于所有的HICH患者，尤其出血量較多、腦疝形成者。相信隨著數字化醫療的發展，微創技術的不斷進步，該方法會不斷改進成熟。

總之，基于3D打印和磁共振DTI所設計的穿刺導板，應用于HICH的鉆孔引流手術，可以使腦內血腫和腦神經纖維3D可視化，使穿刺通道避開CST神經纖維，創傷更小、精準度更高，能幫助醫生制定更完善的術前計劃，具有一定的臨床價值，值得推廣。

［參 考 文 獻］

［1］趙雅度.高血壓腦出血性疾病的治療［M］.王忠誠，張玉琪.王忠誠神經外科學.2版.武漢：湖北科學技術出版社，2015：829-835.

［2］李長棟，蔡志標.幕上高血壓腦出血患者的臨床救治分析［J］.中國實用神經疾病雜志，2019，22（19）：2153-2159.

［3］Hostettler IC，Seiffge DJ，Werring DJ.Intracerebral hemorrhage：an update on diagnosis and treatment［J］.Expert Rev Neurother，2019，19（7）：679-694.

［4］鄧莉莎，侯小林，楊東東，等.3D slicer結合Sina軟件在老年腦出血患者局部麻醉血腫穿刺引流術中的應用［J］.中華老年醫學雜志，2022，41（3）：276-280.

［5］Mould WA，Carhuapoma JR，Muschelli J，et al.Minimally invasive surgery plus recombinant tissue-type plasminogen activator for intracerebral hemorrhage evacuation decreases perihematomal edema［J］.Stroke，2013，44（3）：627-634.

［6］Liu ZW，Xin HQ，Chopp M.Axonal remodeling of the corticospinal tract during neurological recovery after stroke［J］.Neural Regen Res，2021，16（5）：939-943.

［7］Cainelli E，Arrigoni F，Vedovelli L.White matter injury and neurodevelopmental disabilities：a cross-disease（dis）connection［J］.Prog Neurobiol，2020，193（10）：101845.

［8］Koyama T，Uchiyama Y，Domen K.Associations of diffusion-tensor fractional anisotropy and FIM outcome assessments after intracerebral hemorrhage［J］.J Stroke Cerebrovasc Dis，2018，27（10）：2869-2876.

［9］Puig J，Blasco G，Tercen～o M，et al.Predicting motor outcome in acute intracerebral hemorrhage［J］.AJNR Am J Neuroradiol，2019，40（5）：769-775.

［10］陳雄輝，張鵬杰，唐梅峰，等.微創穿刺血腫清除術治療高血壓腦出血的療效研究［J］.臨床神經外科雜志，2018，15（5）：341-345.

［11］王小剛，朱偉杰.鉆孔置管引流與內鏡下微創手術治療高血壓腦出血的效果及術后神經功能對照的臨床研究［J］.中國醫師雜志，2019，21（11）：1701-1703.

［12］Azam MA，Khan KB，Salahuddin S，et al.A review on multimodal medical image fusion：compendious analysis of medical modalities，multimodal databases，fusion techniques and quality metrics［J］.Comput Biol Med，2022，144（5）：105253.

［13］Yadav SP，Yadav S.Image fusion using hybrid methods in multimodality medical images［J］.Med Biol Eng Comput，2020，58（4）：669-687.

［14］中華醫學會神經病學分會，中華醫學會神經病學分會腦血管病學組.中國腦出血診治指南（2019）［J］.中華神經科雜志，2019，52（12）：994-1005.

［15］Gross BA，Jankowitz BT，Friedlander RM.Cerebral intraparenchymal hemorrhage：a review［J］.JAMA，2019，321（13）：1295-1303.

［16］Gong ZG，Zhang RJ，Jiang WB，et al.Integrity of the hand fibers of the corticospinal tract shown by diffusion tensor imaging predicts hand function recovery after hemorrhagic stroke［J］.J Stroke Cerebrovasc Dis，2021，30（1）：105447.

［17］Montan～o A，Hanley DF，Hemphill JC 3rd.Hemorrhagic stroke［J］.Handb Clin Neurol，2021，176：229-248.

［18］耿鋒，張志文，楊非，等.大骨瓣開顱術治療重癥高血壓腦出血的療效分析［J］.臨床神經外科雜志，2019，16（3）：273-276.

［19］Shao XF，Wang QF，Shen J，et al.Comparative study of micro-bone window and conventional bone window microsurgery for hypertensive intracerebral hemorrhage［J］.J Craniofac Surg，2020，31（4）：1030-1033.

［20］馮珂珂，孫樹鵬，吳迪，等.立體定向穿刺引流術治療高血壓小腦出血體會［J］.中國現代神經疾病雜志，2019，19（9）：678-681.

［21］伍博，周赤忠，潘德銳.3D Slicer軟件輔助定位老年高血壓腦出血微創治療的臨床應用［J］.臨床外科雜志，2020，28（6）：537-540.

［22］張濤，劉晟，高陽，等.3D打印手術導板在高血壓性腦出血術中的應用［J］.中國臨床神經外科雜志，2019，24（2）：107-109.

［23］Wang QB，Guo W，Liu YL，et al.Application of a 3D-printed navigation mold in puncture drainage for brainstem hemorrhage［J］.J Surg Res，2020，245（1）：99-106.

［24］Nun～ez M，Guillotte A，Faraji AH，et al.Blood supply to the corticospinal tract：a pictorial review with application to cranial surgery and stroke［J］.Clin Anat，2021，34（8）：1224-1232.

［25］Lepley AS，Ly MT，Grooms DR，et al.Corticospinal tract structure and excitability in patients with anterior cruciate ligament reconstruction：a DTI and TMS study［J］.Neuroimage Clin，2020，25：102157.

［26］田志，朱英杰，黃純海，等.3D打印模型引導軟通道穿刺治療高血壓腦出血的效果探討［J］.黑龍江醫學，2019，44（9）：1067-1069.

（收稿2022-09-09 修回2022-11-24）