基于弥散张量成像的3D打印在高血压脑出血白质保护中的价值

张浩 师忠杰 陈杰 任敏 汤畅通 姜德华

【摘要】 目的 探討基于磁共振弥散张量成像（DTI）技术所设计的3D打印穿刺导板在高血压脑出血（HICH）微创治疗中的价值。方法 对徐州市中心医院神经外科2020年1月—2022年2月收治的24例HICH患者，运用术前颅脑薄层CT数据，通过计算机3D-Slicer软件分别重建大脑皮层、血肿等结构，按照血肿形状及位置设计穿刺导板。再融合DTI数据，三维可视化脑白质纤维束，验证所设计导板穿刺通道是否避开皮质脊髓束（CST），并根据其纤维束走形进一步调整穿刺路径。结果 所设计24例导板，9例（37.50%）术前模拟中可见导管切入CST，调整后使其避开。术前计算机导板设计时间（15.44±3.21）min，导板打印时间（2.56±0.45）h，手术时间（39.67±7.85）min。术后复查CT，置管位置均符合术前规划，术区未见新增出血。术后第3天血肿清除率（87.46±6.56）%。患者出院后随访3个月，行日常生活能力（ADL）评分示日常生活能力恢复情况总体优良率91.66%。结论 单纯依照传统CT扫描所设计的3D穿刺导板损伤纤维束几率高（37.50%），基于DTI纤维束示踪技术所设计的3D穿刺导板可以更好地避开CST神经纤维，为患者提供更精准、微创的治疗，且其临床疗效显著，具有一定的临床价值。

【关键词】 高血压脑出血；磁共振弥散张量成像；3D打印；皮质脊髓束

【中图分类号】 R651 【文献标志码】 B 【文章编号】 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

基金项目：徐州市重点研发计划项目（KC20109）；江苏省老年健康科研项目（LKM2022047）

作者单位：221000 徐州，徐州市中心医院神经外科

通信作者：姜德华

高血压性脑出血具有高死亡率和致残率［1］，其救治以开颅手术为主，但创伤大、预后差，很难被患者接受［2-3］。近年来，3D打印穿刺导板辅助穿刺血肿引流，既穿刺精准，又降低了病死率，得到了医患双方的青睐［4-5］。但其致残率仍居高不下，考虑与脑皮质脊髓束（corticospinal tract，CST）的损伤有关。大脑皮层通过CST来控制支配肢体远端肌肉的运动神经元，若CST受到破坏，必然会出现肢体瘫痪［6-7］。因此避免损伤CST神经纤维，对患者功能的恢复极其重要，因此既要精准穿刺，又需避开CST是亟需解决的问题。弥散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）成像技术应用于脑出血患者，可显示血肿与CST的位置关系［8-9］。本研究纳入徐州市中心医院神经外科2020年1月—2022年2月收治的24例高血压脑出血（hypertensive intracerebral hemorrhage，HICH）患者，术前重建血肿并设计穿刺导板，通过DTI和多模态技术对导板进行调整使其避开CST，术后取得了满意效果。现报告如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 共纳入24例，其中男14例，女10例；年龄36～75岁，平均年龄（55±12）岁；出血量30～60 mL，平均（42±7）mL；GCS评分：9～12分15例，6～8分9例。纳入标准［10-11］：（1）颅脑CT示基底节区血肿；（2）既往长期高血压病史；（3）出血量30～60 mL计算方法使用3D-Slicer软件进行；（4）家属有手术意愿并同意手术。排除标准［10-11］：（1）明确外伤史；（2）脑室出血、幕下的血肿；（3）患者生命征不稳无法完成DTI检查；（4）有凝血功能障碍或合并动脉瘤等疾病；（5）脑疝形成、需急诊手术。所有家属对手术知情同意并签署手术知情同意书，本研究得到徐州市中心医院伦理委员会批准（批号：XZXY-LJ-20190729-016）。

1.2 术前模拟 术前分别完善颅脑CT薄层及DTI扫描，通过原始DICOM格式CT数据分别重建大脑皮层、血肿等结构，按照传统方法（单纯依靠血肿形状及位置）设计穿刺导板；然后利用多模态融合技术［12-13］将DTI与CT融合后重建CST，观察其与导管路径的位置关系，对于通過CST的导管，依照其神经纤维走形，调整头皮穿刺点和方向，通过改变穿刺路径，使穿刺导板避开CST后重新设计；然后根据体表器官固定解剖结构，如鼻根、眉弓、耳根等，设计穿刺导板；通过3D打印技术实现穿刺导板打印成型，进行低温等离子消毒后备用（图1）。

1.3 术中置管流程 患者发病后6～12 h，行钻孔引流手术。气管插管全麻后，碘伏常规消毒术区，铺无菌巾单。将消毒后的穿刺导板置于患者头面部，通过患者鼻根及眉弓等固定解剖结构，使穿刺导板与患者皮肤贴合良好。标记头皮穿刺点，沿穿刺点纵行切开头皮达颅骨，长约3.0 cm，钻颅，骨蜡止血，电凝后“+”字形切开硬膜，按照穿刺导板指引及术前模拟深度穿刺血肿，达到预定深度，引流管内有暗红色血性液体流出，显示穿刺成功，用10 mL注射器抽出血肿，量约原血肿量的1/3即可，接引流装置。所有患者，术后第1天复查CT评估引流管位置及血肿大小，并予以“尿激酶2万单位+生理盐水2 mL”注入血肿腔q12 h，每次夹闭引流管3 h，再开放引流管，术后第3天复查颅脑CT，如血肿<10 mL，则拔除引流管（图2）。

1.4 观察指标 术后行CT检查，观察患者的引流管位置及引流效果；行DTI神经纤维束重建，观察引流管和CST的位置关系；3个月后依据日常生活能力（activity of daily life，ADL）评分量表对患者进行评分，观察患者的日常生活能力恢复情况。其中：Ⅰ级，100分，患者能独立生活；Ⅱ级：75～95分，患者轻度依赖，能自己进行部分日常生活；Ⅲ级：50～70分，中度依赖，可以拄着拐杖走路，但家庭生活需要别人帮助；Ⅳ级：25～45分，严重依赖，卧床但有意识；Ⅴ级：0～20分，完全依赖，植物生存。等级越高表示日常生活能力越差，Ⅰ-Ⅲ级为有效，Ⅳ级、Ⅴ级及死亡为无效。

2 结 果

本研究所设计的24例穿刺导板经DTI融合后，发现9例（37.50%）穿刺通道途经CST，予以调整手术路径，重新设计穿刺导板，使其穿刺通道避开CST神经纤维。打印的导板均与患者皮肤贴合良好。术前导板设计时间（15.44±3.21）min，导板打印时间（2.56±0.45）h。本研究24例患者术中穿刺均顺利，均见暗红色血性液体流出。术后第1天复查颅脑CT均提示引流管位置良好，符合术前模拟，手术时间（39.67±7.85）min。术后第3天复查颅脑CT均提示血肿引流效果好，血肿清除率（87.46±6.56）%。患者术前及术后行头颅DTI神经纤维束重建，示基于DTI纤维束示踪技术所设计的3D穿刺导板，其穿刺道成功避开了CST。典型图片见图3。

术后3个月随访，依据ADL（activity of daily life）评分量表对患者进行评分，结果：Ⅰ级9例（37.50%），Ⅱ级8例（33.33%），Ⅲ级5例（20.83%），Ⅳ级1例（4.17%），Ⅴ级1例（4.17%）。

3 讨 论

HICH有着较高的发病率、病死率和致残率，在脑血管疾病中占比约为30％［14-15］。HICH的出血位置约70%处于基底节区域，且常常会对临近的内囊造成严重破坏，从而损伤在内囊内走行的CST等重要神经纤维束，导致高血压患者病死率和致残率均较高［16-17］，手术治疗无疑对抢救患者的生命和拯救患者的功能至关重要，但对于脑出血手术方式的选择，每个神经外科医师存在不同的观点和理念。既往传统的开颅术式一直占据着主导地位，如大骨瓣开颅血肿清除术和骨窗开颅血肿清除术，因大大降低了患者的病死率，曾广泛应用于临床［18-19］，但因其创伤较大，手术时间较长，近年来在临床上应用越来越少。随着科学技术的飞速发展，微创医学的不断进步，微创治疗HICH已充分显露出其治疗的优越性，尤其是微创钻孔引流术，因其创伤小，恢复快，费用低，效果良好，逐渐成为大多数患者选择的治疗方式［20］。

HICH因颅内出血部位多变，可发生在基底节、脑叶及脑干等任何位置，且位置较深，因此微创钻孔引流术成功的关键在于对血肿位置的精准定位和术中的穿刺引导［21］。既往针对脑内血肿的定位和穿刺引导方法有很多：（1）脑立体定向技术或神经导航的定位法；（2）弦长定位法；（3）增强现实定位法。这些定位方法曾广泛应用于临床，但因其各自难以解决的弊端而逐渐被临床摒弃。脑立体定向及导航定位操作繁琐，且所用仪器费用较高，对于基层医院难于推广普及。弦长定位及增强现实定位在临床操作过程中往往会偏差较大，影响穿刺置管的引流效果。因此，近年来神经外科医生致力于寻找一种既简便又精准的定位方法。计算机辅助下3D打印是近几年流行起来的新的技术，经过不断的发展，逐渐趋于稳定成熟并被临床广泛应用；其具有操作简单、费用低和精准高等优点，逐渐应用于临床神经外科的各个方面，尤其是脑出血术前手术入路的设计，血肿的定位及定位材料的制作等。在国内，许多医疗中心依据术前所获取的HICH患者颅脑CT平扫数据，定制个体化治疗血肿穿刺导板，再应用3D打印技术来打印穿刺导板，术中应用此导板指导引流管穿刺的方向及深度，提高了血肿穿刺的精准度，并获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，不仅要挽救患者的生命，更重要的是要降低患者术后的功能障碍，提高患者的生活质量，使其重返社会，从而减轻社会和家庭的负担。许多研究发现，脑出血患者的高致残率和术后功能障碍，究其原因和脑白质纤维束，尤其是和CST的损伤密切相关［24］。因大脑皮层主要通过CST神经纤维来控制支配肢体远端肌肉的运动神经元，如CST受到损伤破坏，出现神经纤维的断裂和不连续，则大脑皮层的信号将无法传递到相关的肢体肌肉运动神经元，继而导致患者不可避免出现中枢性肢体瘫痪。因此术中对CST神经纤维的成功保护，使其避免受到二次损伤，对患者术后功能的恢复极其重要。基于此，本研究致力于探寻一个可以最大程度避免术中二次损伤CST的方法。

DTI是一种描述大脑结构的新方法，是MRI的特殊形式，是目前唯一可在活体显示脑白质纤维束的无创性成像方法，可以显示大脑白质纤维的结构和各向异性特征，如显示内囊、胼胝体、外囊等重要结构［25］，其能够清楚地显示出血肿的大小、形状以及其与周围脑皮质脊髓束的位置关系。本研究通过术前完善颅脑CT薄层及DTI扫描，利用3D-Slicer软件重建出血肿，按照传统方法（单纯依靠血肿形状及位置）模拟穿刺路径，然后利用多模态融合技术将DTI与CT融合后重建CST，观察导管穿刺路径与CST神经纤维的位置关系，并对于通过CST的模拟导管，依照CST神经纤维走形，重新调整頭皮穿刺点和穿刺方向，通过改变导管的穿刺路径，使穿刺导板避开CST。

本研究24例HICH患者，在常规导板设计中，发现9例患者术前模拟见导管穿过了CST，说明模拟的穿刺导板术中会造成神经纤维束的二次损伤，继而加重患者的肢体运动功能障碍，增加患者的致残率。对此9例患者，依据其CST神经纤维的形态和走向，予以重新调整头皮穿刺点和方向，通过重新规划导管的穿刺路径，有效避免了穿刺导板对CST的二次损伤。24例患者术中穿刺均顺利，均见暗红色血性液体流出。术后复查颅脑CT示，引流管位置良好，术后3 d血肿清除率平均为87.46%。术后行DTI扫描，见引流管均成功避开了CST，符合术前模拟。术后3个月随访，依据ADL量表评定患者日常生活能力恢复情况，术后有效率达91.66%，与同期国内相关临床研究比较，术后有效率明显优于单纯3D打印导板穿刺引流治疗HICH（84.57%）［26］。该研究表明此种手术方式不仅能够有效清除血肿，也能够避免术中二次损伤CST神经纤维，提高患者的生活质量。

综上所述，3D打印与DTI技术联合微创治疗HICH的方法，具有以下优点：（1）基于3D-Slicer软件的术前模拟设计简便，易于学习掌握；（2）手术操作简单，术中精准度高，血肿引流效果好；（3）手术操作时间短，创伤小，家属容易接受；（4）穿刺通道避开了CST，患者术后功能恢复好。但是，本研究尚有不足之处：（1）术中不能确切止血，该方法不适合出血急性期血肿不稳定患者；（2）术后血肿腔注入尿激酶，增加再出血和感染风险；（3）术前患者需做磁共振DTI扫描和打印穿刺导板，需要一定的设备和时间，此项技术并不适应于所有的HICH患者，尤其出血量较多、脑疝形成者。相信随着数字化医疗的发展，微创技术的不断进步，该方法会不断改进成熟。

总之，基于3D打印和磁共振DTI所设计的穿刺导板，应用于HICH的钻孔引流手术，可以使脑内血肿和脑神经纤维3D可视化，使穿刺通道避开CST神经纤维，创伤更小、精准度更高，能帮助医生制定更完善的术前计划，具有一定的临床价值，值得推广。

［参 考 文 献］

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（收稿2022-09-09 修回2022-11-24）