3D打印技术在颅底大静脉窦术中定位教学中的研究

鱼 潇，高 珂，王 佳，王 拓，陈 伟，徐高峰，鱼博浪，李瑞春

西安交通大学第一附属医院：1 神经外科；2 医学影像科，西安 710061

根据现代微创神经外科的发展要求，在侧颅底开颅术中，准确判断乙状窦和橫窦在颅骨表面的投影位置，对减少静脉窦损伤、避免过多的颅骨骨质缺损有重要意义[1-2]。传统的教学方法是依靠颅骨表面的骨性标志(骨缝或骨性隆起)与横窦和乙状窦沟的位置对应关系，进行关键点的定位，其临床应用存在局限和不足，如老年患者的骨缝骨化和个体差异，都严重影响实际术中准确定位，对临床医师的教学培养造成较大的困难[1,3-4]。3D打印技术(3D printing technol-ogy)可以直观地刻画出颅骨局部解剖和病理模型，可以对患者实施个体化的解剖分析，对神经外科颅底手术教学有重要意义。科室于2018年3月，开始在临床教学工作中逐步引入3D打印技术并应用于术中横窦和乙状窦交汇区定位教学，取得了较好的教学效果，现介绍如下。

1 材料与方法

1.1 研究对象

2018年3月—8月在该科的进修医师，年龄28～40岁；从事神经外科工作，工作年限：3—5年。

1.2 3D技术设备与打印方法

使用PolyJet StudioTM3D打印软件对3D颅底大静脉窦定位教学模型进行建模，构建的结构包括颅骨、静脉、动脉。将建模结果保存为STL格式文件，导入Stratasys J750 3D打印机进行模型制作。制作出的3D打印颅底大静脉窦定位教学模型如图1所示。

图1 3D打印的37岁男性左侧颅底模型，可以真实再现颅骨、骨缝、动脉以及大静脉窦等结构

1.3 研究方法

1.3.1纳入分组方法进修医师入科理论学习阶段进行颅底大静脉窦应用解剖和定位方法的教学，采用理论授课和尸头研究，为期1周。然后，随机分为实验组和对照组后，进入颅窝手术团队。实验组对患者术前薄层CT资料进行了3D打印模型建立，术前结合患者个体化3D模型，对大静脉窦解剖定位进行测量评估；对照组术中按照传统定位方法，依靠颅骨骨缝定位(如乙状窦后入路中，根据人字缝、顶乳缝和枕乳缝交点定位横窦和乙状窦交汇区内下缘，infero-medial point of the transverse-sigmoid sinus junction，IMTS)。

1.3.2 3D打印技术个体化静脉窦定位方法

图2 黑色箭头指向二腹肌沟，圆圈代表乳突切迹顶点(top point of the mastoid notch,TPMN)，星形代表横窦和乙状窦交汇区内下缘，inferomedial point of the transverse-sigmoid sinus junction,IMTS)。

图3 左侧颅底表面坐标系

1.3.3传统定位方法根据人字缝、顶乳缝和枕乳缝交点定位IMTS。

1.3.4准确性评价方法根据颅底开颅术的充分显露和安全原则，关键孔边缘达到拟暴露静脉窦。预期用来暴露静脉窦的关键孔部分为目标象限，按照平面几何定义分为I、II、III、IV象限，IMTS的关键孔目标象限为II象限。以颅骨钻头所作关键孔(直径12 mm)的目标象限能否暴露出上述各关键点为判断标准，能暴露为定位准确，否则为不准确。定位准确率=定位准确例数/总例数×100%(如图4所示)。

图4 圆圈代表关键孔，第二象限为暴露IMTS的目标象限

2 结果

2.1 基本资料

纳入男性进修医师9名，实验组4名，对照组5名，年龄和工作时间无差异(P<0.05)。实验组共实施乙状窦后入路手术32例，包括面神经微血管减压14例，听神经瘤8例，桥小脑角表皮样囊肿7例，桥小脑角脑膜瘤3例；对照组实施乙状窦后入路手术28例，包括面神经微血管减压11例，听神经瘤7例，桥小脑角表皮样囊肿6例，桥小脑角脑膜瘤4例，两组间肿瘤构成比无差异(P=0.944)。

2.2 两组间定位准确性比较

实验组32例手术定位准确28例，准确率87.5%；对照组28例手术定位准确17例，准确率60.7%。两组间定位准确率差异有统计学意义(P=0.036)

3 讨论

颅底重要解剖结构的准确定位不仅是手术安全性和高效率的保障，也是神经外科临床教学的难点[5]。根据既往研究生和进修医师工作成绩的信息反馈，由于缺乏对颅底重要结构(如颅底大静脉窦、willis环和颅神经)术中定位的技术和经验，制约了新技术的开展，严重影响了临床教学效果。

星点(如图2、图3所示)是顶乳缝、枕乳缝和人字缝的交点，在传统教学中被定义为IMTS的对应点，在乙状窦后入路手术中是关键的定位标志。然而，Day等[6]对100例颅骨标本研究后发现，在约40%的成人颅骨标本上，星点并不对应IMTS，误差可达1.5 cm左右；更多的研究结果认为星点在侧颅底投影位置较IMTS偏内上方向，因此，不能作为IMTS的准确定位标志。更为重要的是，由于骨膜或表面软组织的覆盖，枕乳缝、顶乳缝和人字缝在实际手术过程中常常难以辨认(尤其是老年患者，骨缝已经骨化)，使星点的确认非常困难，限制了其应用[7-10]。因此，传统定位方法在准确性和实用性上均有不足，尤其在个体极端变异的情况下，传统的定位方法可能出现严重偏差。尤其是对经验不足的年轻医师，颅底大静脉窦定位偏差可能导致严重的手术后果。因此，在神经外科临床教学中，颅底大静脉窦的定位需要新的准确、有效的方法。

由于3D打印技术的精确度可以达到0.3 mm，能在颅底模型中清晰勾勒出标志性结构，包括乳突切迹(mastoid notch,MN)、A点(颧骨额突后缘与颧弓上缘交点)、B点(颧弓上缘与乳突上嵴交点)、C点(乳突尖)等，对于临床教学有极大的辅助作用。该研究结果显示，在乙状窦后入路手术中对关键点IMTS定位，应用3D模型临床教学的实验组的准确率达到87.5%，远远高于对照组60.7%的准确率，极大地提升了学员的学习兴趣和临床实践的信心，对于快速提高颅底解剖学习成果有明显的促进作用。

4 结语

在3D技术的支持下，我们可以对每个患者颅底大静脉窦的定位实施个体化的分析，方法形象、直观，尤其便于教学研究。在该研究中，我们利用3D颅底模型的教学工具，应用乳突切迹作为定位坐标，使学员在临床手术中能够直观、准确地定位IMTS，准确率达到87.5%，优于传统方法(60.7%)，显示了良好的教学和应用价值。

3D打印技术始于20世纪80年代，在医学领域，如医学模型、组织工程、人工器官的应用引人注目。其在多个学科，如骨科、耳鼻喉等学科的临床教学中也起到了重要的推进作用。但在颅底肿瘤治疗应用方面鲜有报道。由于采用3D打印技术构建颅底骨质及血管和病变模型，可精确、立体化地反映病灶附近结构细节。在今后的临床教学中，我们将继续利用3D颅底模型教学的优势，进一步应用到手术入路设计、手术入路模拟、模拟操作演练、颅底解剖等更广阔的教学工作中。