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概述

随着精准医学理念的发展,脑干出血微创穿刺技术因其简单﹑安全﹑快速﹑损伤小的优势逐步得到认可。临床中应用的医院、专家也逐步增多，但脑干出血准确而安全的穿刺是保证疗效和预防并发症的关键。临床上因CT定位误差﹑术者操作偏差﹑患者个体差异等因素可造成穿刺方向﹑距离等出现偏移，导致穿刺失败。

3D打印技术是利用数字化设计和3D打印技术来研制个体化导板,实现了个体化脑干血肿微创穿刺的一种新定位方法，是当今热门的生物医学研究方向之一。自3D打印技术引入神经外科临床诊疗中以来，它通过逆向设计、制作导航模具辅助脑干出血穿刺手术，为患者个体化、精准化的诊疗带来新的治疗方法。

它可使手术创伤最小化，同时最大化地保护脑神经的功能，因此3D打印导板穿刺这项微创技术尤其适应于脑干这样精密而且神经功能密集的部位。该定位技术将会越来越广泛地应用于治疗脑干出血。本章重点介绍3D 打印脑干血肿微创穿刺技术的定位方法。

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手术适应症与手术禁忌症

目前国内外尚无脑干出血微创穿刺手术适应症、手术指征的统一的标准，一般认为如下情况可考虑选择脑干血肿穿刺手术治疗：

1. 患者年龄小于80岁，尤其是40-70岁者更适合血肿穿刺手术；

2. 脑干血肿量≧5ml；

3. 脑干岀血最大截面积占同层脑干截面积≧50%；

4. 脑干血肿主体部分位于桥脑、中脑，且偏向一侧、相对集中，同时血肿靠近脑干表面或突破脑干表面、破入脑室；

5. 患者浅至深昏迷，GCS＜8分，伴有或不伴有严重的生命体征紊乱；

6. 患者家属有强烈的手术愿望，家庭经济情况可支持较长时间的后期康复治疗。

1. 脑干出血量少(＜5ml)，无明显脑室系统梗阻、无意识障碍(无昏迷)患者不主张穿刺手术治疗；

2. 脑干出血量大，严重损害脑干生命中枢，已经出现双侧瞳孔散大固定、伴无自主呼吸时间超过30min者；

3. 全身情况极差，不能耐受穿刺血肿手术者；

4. 凝血明显异常者；

5. 延髓出血。

起病后72小时内是手术的最佳时机，有时也可扩大至起病后7天以内。

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术前准备与手术器械

1. 3D打印机 医学临床神经外科专用桌面型3D打印机，该型打印机体积较小，适合医学办公、教学使用；普通桌面型3D打印机也能满足一般临床使用。

2. 3D打印的材料 有粉末材料：陶瓷粉末、金属粉末；线材：PLA、ABS等塑料材料，液态材料:光敏树脂、巧克力，其他材料：细胞等。可以根据科室临床需要选择合适的设备和材料。

3. 数据获取 从CT室应用CD或DVD光盘刻录脑干血肿患者颅脑扫描原始数据或医生工作站获取脑干血肿患者数据以DICOM格式（薄层扫描模式厚度为≦1.25mm）保存待用。

数据要求：扫描模式厚度为≦1.25mm即可，扫描层数越薄，三维重建细节越清晰，图像越逼真。

1. 三维图像工作站系统一套、电脑一台。

图1 三维图像工作站和电脑一台

2. 桌面3D打印机1台、PLA（ABS）材料或SLA光敏树脂及光固化激光打印机。

 图2 三维打印和PLA打印材料

3. 消毒穿刺手术器械包一套(内有持针器、尖头剪刀、5号“丁”字形手钻、三棱手锥、镊子各一把)。

 图3 手术器械包

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设计方法及穿刺手术方法步骤

1. 打开三维图像工作站E3D软件系统或3D-Slicer、Mimics软件，本文所用为E3D软件图形工作站（中南大学数字医疗与虚拟现实研究中心开发）。

 图4  E3D图像工作站软件系统

2. 在三维图像(3D)工作站软件上导入脑干血肿患者术前DICOM数据，导入数据成功后，在不同二维视图断面观察脑干血肿。

 图5 不同断面显示脑干血肿

3. 应用三维软件上阈值分割法进行1：1脑干血肿三维模型重建，血肿阈值设置为50-100；同样方法重建出头部软组织，软组织阈值设置为负200-3071。三维重建模型后可不同角度透视化显示脑干血肿在颅内的位置。

 图6 按1:1比值三维重建出脑干血肿

 图7  不同角度透视化观察脑干血肿

4. 根据血肿三维重建的模型，应用通用导板设计最佳穿刺路径，避开颅内重要结构。

一般选择脑干血肿偏向侧、横窦下乳突后为穿刺点，具体要根据血肿的位置进行微调，穿刺路径末端指向血肿中心，手术医师最好参与三维手术方案规划设计，以便手术时更具有针对、精准操作性。

 图8 设计穿刺路径

5. 设计穿刺导板时要考虑能与患者面部紧密贴合，避免贴合不紧导致的穿刺误差。设计导板时选取面部比较固定的结构，例如鼻根、眼眶、眉弓、外耳道口、耳廓、乳突等，在能满足贴合紧密、牢固的前提下，适当剪切导板，尽可能的减小导板面积，从而缩短穿刺导板的制作时间。

穿刺通道内直径约5mm，采用3/4圆柱开放式，这样设计可以采用无菌薄膜将导板完全包绕，达到无菌操作的手术目的，不仅节约了消毒成本，而且无需等待消毒时间。

 图9 生成导板，自动计算导管外口至血肿中心距离，剪切后的导板与血肿的关系

6. STL数据的导出：联网导出三维设计的穿刺导板模型数据，以STL格式保存穿刺导板数据于电脑桌面备用。  

 图10 STL 数据保存在桌面上

7. 打开和3D打印机配套的CURA切片软件，导入保存于电脑桌面上的穿刺导板STL数据，通过切片软件设置打印机所需打印穿刺导板参数，可预知完成穿刺导板打印所需工作时间、应用耗材数量。

 图11设置打印穿刺导板参数

8. 通过设置切片软件参数，生成打印机所需GCode文件，传输GCode文件到打印机即可打印穿刺导板，完成导板制作。

 图12  打印穿刺导板

9. 打印完成后进一步处理导板，保证导板与患者贴合面光滑、牢固，并核对导板与患者头颅的贴合性，信息确保无误后备用。

 图13核对穿刺导板信息