3D打印技术在复杂胃肠道肿瘤手术中的应用研究

吴 宸 彭方兴* 罗 亮 陈 汇 陈 进

3D打印技术是快速成形技术的其中一种，是以数字模型文件为基础，运用粉末状塑料或金属等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的新技术。3D打印技术出现于20世纪80年代中期，其后发展迅速，目前已广泛应用于医学、机器制造、航空、教育、食品及建筑等多个领域[1-2]。而生物3D打印是其中最为前沿的技术，其在医学领域的研究已得到广泛关注。在心脏外科、肾脏外科、肝脏外科及胸外科等，3D打印技术在国内外已应用得相当成熟[3-8]。目前，在胃肠外科，尤其是在胃肠道肿瘤手术中3D打印技术应用较少，尚无较多的文献报道。本研究应用3D打印技术对20例复杂胃肠道肿瘤患者进行术前病情评估，协助确定手术方案，并探讨该技术在复杂胃肠道肿瘤手术中的应用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2016年10月至2018年9月绵阳四○四医院收治的20例复杂胃肠道肿瘤患者的临床资料，其中男性13例，女性7例；年龄40～65岁，平均年龄(51.0±8.6)岁；首次手术15例，多次手术5例。应用三维建模软件将患者的CT二维图像重建成三维图像，并且部分使用3D打印设备打印出模型。

1.2 纳入与排除标准

(1)纳入标准：①病变为胃肠道相关肿瘤；②CT检查提示肿瘤病变相对复杂，可能侵犯腹腔内其他重要脏器及大血管等；③同意接受3D打印技术进行手术前评估及手术方案制定。

(2)排除标准：①全身状况无法耐受手术者；②不接受手术治疗者。

1.3 仪器与材料

采用128排螺旋CT(荷兰飞利浦公司)行腹部平扫及增强扫描；采集图像数据并存储导入3D建模软件(安徽紫薇帝星公司)进行3D重建；极光尔沃A83D打印机(深圳市极光尔沃科技股份有限公司)。

3D打印材料中3D打印专用金属粉末、陶瓷粉末、石膏粉末、ABS材料、树脂液以及尼龙粉均来自慈溪兰博打印耗材有限公司。

1.4 三维重建3D打印

数据采集、三维影像重建和三维模型打印：①采用128排螺旋CT行腹部平扫及增强扫描，采集图像数据并存储导入3D建模软件进行三维重建；②在重建后的三维模型影像上，通过计算机对重建模型进行操作，多角度观察肿瘤解剖学位置及其与邻近腹腔其他重要脏器、大血管之间的毗邻关系；③为更好显示肿瘤与血管及器官之间的关系，必要时完整打印肿瘤与周围重要脏器及大血管的模型。

1.5 手术方法

通过实物模型，在进一步仔细观察肿瘤的解剖学关系后，可更加准确的制定手术方案。

手术进入腹腔进一步探查明确肿瘤情况，如肿瘤侵犯其他重要脏器或血管则必要时行联合脏器切除或受累血管切除与重建，最终达到切除肿瘤的手术目的。

2 结果

2.1 三维重建及3D打印结果

对20例患者均完成三维重建，重建结果可清晰显示肿瘤组织结构、腹腔内重要脏器及大血管等，可以从多个角度对肿瘤的解剖关系进行直观的了解，并可单独显示肿瘤与邻近组织器官、血管的毗邻关系。其中对8例患者打印出了三维模型，模型可清晰显示肿瘤解剖学位置及与邻近组织器官、血管的毗邻关系。

2.2 手术结果

20例患者均成功实施肿瘤切除手术，术中所见肿瘤具体部位及其与邻近腹腔内重要脏器、血管侵犯的情况与3D打印评估结果基本一致。其中1例联合腹腔大血管切除并血管重建，2例联合盆腔脏器切除，2例联合脾脏切除，5例联合部分肠管切除。

2.3 典型病例

(1)病例一。患者男性，48岁，因发热、盗汗、上腹痛1月余，胸痛1 d入院。CT示左上腹见一大小约13.8 cm×11.9 cm不规则团块状混杂密度影，与胃后壁分界不清，其内见结节状混杂密度影，增强后呈明显不均匀强化征象，考虑胃间质瘤可能。诊断为胃底后壁巨大间质瘤侵犯胰尾、脾门伴出血。三维重建图像根据CT图像，重建下腔静脉、动脉血管、肝静脉血管、门静脉血管、肾脏 、肠道、胃、脾脏、肝脏、胰腺、胆囊及占位等模型。手术行近端胃大部切除联合脾脏、胰尾切除术。术后病理诊断为炎性肌纤维母细胞瘤，见图1。

(2)病例二。患者女性，51岁，因宫颈癌术后1年余，间断便血4月余入院。CT示盆腔内见纠集肠管，结构紊乱，肠壁增厚毛糙，强化较明显，见多发片状液性密度影，直肠周围筋膜增厚，密度增高。三维重建图像根据CT图像重建动脉血管、静脉血管、膀胱、子宫、导管、直肠以及肿瘤转移病变及骨骼等模型。诊断为宫颈癌术后腹及盆腔多发转移。手术行肠粘连松解、乙状结肠及直肠大部切除、小肠部分切除侧侧吻合、降结肠造瘘、左侧输尿管切除和盆底修复术。术后病理诊断为乙状结肠及直肠广泛查见腺鳞癌浸润，肠系膜淋巴结多发癌转移，见图2。

图2 病例二影像资料

3 讨论

腹部外科涉及胃肠道以及肝、胆、胰腺和脾脏等重要脏器，以及腹腔内大血管的手术干预，涉及循环、消化及免疫等多个生理系统，包含主要脏器及系统的炎症、外伤、畸形及肿瘤等病理病变，具有涉及系统广、脏器数量多、解剖结构及功能复杂、病变多发且危急重症多见等特点[9]。目前，胃肠道恶性肿瘤在我国呈高发趋势，而根据我国的肿瘤发病检测情况，在所检查出的胃肠道恶性肿瘤中，早期肿瘤仅占极少数。是否能够根治性切除肿瘤病变是决定患者预后的重要因素之一，而分期偏晚的患者病变很多存在肿瘤对于周围重要脏器及血管的侵犯，这对于患者的病情恢复以及医生的手术操作均带来不利的影响。

腹部外科干预的关键在于术前充分的评估准备。CT等二维图像的准确理解需要长期的训练和经验积累，而将二维图像转化为三维立体模拟影像及3D打印模型后，不仅为手术的评估准备提供了有力的帮助，也可以降低对于病情理解难度，使之更易掌握[10]。利用计算机系统将二维图像进行三维重建的技术日益成熟，依据三维重建的立体模拟影像实施的3D打印模型能准确的再现病变的三维解剖结构及其与毗邻结构的空间关系，让应用者能够更快捷地掌握病变的解剖特点，能够更准确的确定外科干预方案。3D打印技术比CT等传统二维影像技术能更加直观、清晰地显示病变的解剖结构。三维成像能够将CT二维平面图像转化成三维立体图像，可以全维度旋转、任意缩放及任意组合显示，清楚显示肿瘤的大小及形态、血管的走行及形态、肿瘤与脏器及血管的解剖关系以及侵犯情况，更有助于进行可靠的术前评估和制定准确的手术方案，使手术更加精准和安全[11]。同时，三维模型还可以在医患沟通中使患者更直观的了解病情，知晓手术方案以及可能存在的风险[12-13]。

4 结论

将3D打印技术应用于复杂的胃肠道肿瘤手术之中，使术前评估更加精准，手术操作更加有的放矢。患者的3D打印结果能清晰的显示肿瘤与周围重要脏器及血管之间的解剖关系，与手术中实际探查情况基本相符。通过应用3D打印技术，可以提前预测评估术中可能出现的情况及风险，制定更加安全可靠的手术方案，避免了手术的盲目性，一定程度上降低了手术的风险。3D打印技术在复杂胃肠道肿瘤手术中具有一定的临床应用价值。