黎鵬程 任剛 張繼志 徐銘蔚 鄧東風(fēng)

腦動(dòng)靜脈畸形（arteriovenousmalformations，AVM）是一種先天性腦血管發(fā)育異常性疾病，是腦血管畸形中最常見的類型[1]。目前腦AVM的具體發(fā)病機(jī)制和病因尚不明確，病理生理學(xué)表現(xiàn)為局部腦動(dòng)-靜脈之間存在異常分流血管，致使動(dòng)靜脈直接相通形成動(dòng)-靜脈短路，從而引起一系列腦血流動(dòng)力學(xué)的紊亂[2]。調(diào)查顯示腦AVM全球年發(fā)病率約為（1.12～1.42）/10萬(wàn)人，該病臨床表現(xiàn)缺乏特異性，因出血而初次就診時(shí)的患者約占36%～68%，因此對(duì)畸形血管團(tuán)的準(zhǔn)確判斷是治療的關(guān)鍵所在[3,4]。目前常用的輔助檢查手段包括MRA、CTA等，但由于其檢查結(jié)果受血管重疊、血腫占位效應(yīng)壓迫畸形血管團(tuán)等不利因素的影響，可能無法清楚顯影，從而增大了診療難度。近年來新興的3D打印技術(shù)具備無限接近真實(shí)信息的優(yōu)點(diǎn)，有利于更有效地規(guī)劃手術(shù)方案，自1944年首次用于臨床以來，已在國(guó)內(nèi)外引起廣泛的研究，但目前對(duì)腦AVM相關(guān)的探索還較少。因此，本研究擬基于醫(yī)學(xué)數(shù)字成像與通信（digital imaging and communications in medicine，DICOM）影像融合技術(shù)3D打印腦AVM的實(shí)體模型，初步探討其在指導(dǎo)介入栓塞治療中的臨床應(yīng)用價(jià)值。

一、資料與方法

1.臨床資料：回顧性收集2016年1月至2019年6月于大連大學(xué)附屬中山醫(yī)院神經(jīng)外科行介入栓塞治療的20例Ⅲ級(jí)AVM患者的MRA、CTA等臨床資料，納入術(shù)前完善常規(guī)影像學(xué)檢查且構(gòu)建3D打印模型的10例患者為試驗(yàn)組，其中男性5例，女性5例，年齡范圍21～76歲；AVM位置：4例位于額葉，2例枕葉，1例顳葉，1例頂葉，1例顳枕葉，1例小腦半球；其中1例AVM伴有出血，1例伴有癲癇發(fā)作（表1）。納入同等級(jí)的未構(gòu)建3D打印模型的10例患者為對(duì)照組，其中男性6例，女性4例，年齡范圍35～64歲；AVM位置：6例位于額葉，2例頂葉，1例顳枕葉，1例小腦半球（表2）。本研究已得到大連大學(xué)附屬中山醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，患者或家屬簽署知情同意書。

2.影像融合：將患者的頭顱MRI、CTA等輔助檢查的影像學(xué)DICOM數(shù)據(jù)，導(dǎo)入到Mimics 20.0圖像處理軟件中，根據(jù)患者的骨性解剖標(biāo)志點(diǎn)自動(dòng)精確配準(zhǔn)后，通過調(diào)整窗寬、窗位，最后獲得血管三維虛擬影像融合圖像。

3.打印3D模型及制定術(shù)前計(jì)劃：將所有患者的三維虛擬圖像以3D打印機(jī)（成都真實(shí)維度科技有限公司）能識(shí)別的STL格式輸出，并將此圖像導(dǎo)入到快速成型軟件ZEdit TM3.21中，并轉(zhuǎn)換為3D打印機(jī)能讀取的薄層橫截面數(shù)據(jù)，再將這些數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D打印機(jī)Spectrum ZTM 510中，并對(duì)模型進(jìn)行滲透固化處理和著色，最終打印出1∶1的3D實(shí)體模型。通過更加逼真地觀察及觸摸實(shí)物模型，詳細(xì)了解畸形血管團(tuán)的空間結(jié)構(gòu)關(guān)系并明確分級(jí)，制定介入術(shù)前計(jì)劃，如判斷需栓塞的主要供血?jiǎng)用}及數(shù)量等。

表1 試驗(yàn)組Ⅲ級(jí)腦動(dòng)靜脈畸形患者的臨床資料

表2 對(duì)照組Ⅲ級(jí)腦動(dòng)靜脈畸形患者的臨床資料

4.介入治療方法：所有患者均全麻并按照術(shù)前制定的手術(shù)方案由同一主刀醫(yī)師行介入栓塞手術(shù)。取患者右側(cè)股動(dòng)脈搏動(dòng)明顯處Seldinger法穿刺成功后，置入6F導(dǎo)引導(dǎo)管選擇性進(jìn)入頸內(nèi)、頸外或椎動(dòng)脈造影，動(dòng)態(tài)、全面地觀察AVM血管團(tuán)構(gòu)筑及血流動(dòng)力學(xué)等基本情況，選擇與術(shù)前規(guī)劃一致的供血?jiǎng)用}，在微導(dǎo)絲的引導(dǎo)下將微導(dǎo)管的頭端置入畸形血管團(tuán)，并緩慢注入Onyx膠，在注射過程中，調(diào)整球管投射角度以更好地觀察反流的長(zhǎng)度及向周邊血管逆流栓塞的情況，確保栓塞膠在畸形血管團(tuán)內(nèi)充分彌散并避免其反流或進(jìn)入引流靜脈，當(dāng)反流長(zhǎng)度超過2 cm或注射壓力明顯增大時(shí)停止注射。栓塞后即刻造影，見畸形血管團(tuán)全部或大部分不顯影，考慮血流量明顯降低，栓塞有效，拔出微導(dǎo)管。

5.治療參數(shù)：（1）差值=栓塞前最大截面積值-栓塞后最大截面積值；（2）栓塞率=差值/栓塞前最大截面積值；（3）手術(shù)時(shí)間=手術(shù)結(jié)束時(shí)間-栓塞開始時(shí)間。

6.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析：運(yùn)用SPSS20.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（）表示，行t檢驗(yàn)，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

二、結(jié)果

1.診斷方面：10例試驗(yàn)組患者通過3D虛擬圖像測(cè)量的AVM大小[（11.252±5.323）cm2]與MRA/CTA[（10.098±6.431）cm2]進(jìn)行比較，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=2.358，P=0.043），與DSA[（11.065±4.981）cm2]相比，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=1.348，P=0.211）；其中3例患者3D虛擬圖像和MRA/CTA所得的S-M分級(jí)存在差異，由于受血腫影響1例伴有出血患者的普通影像學(xué)檢查結(jié)果未能清楚顯示畸形血管團(tuán)大小，而3D模型清楚地顯示了動(dòng)靜脈畸形大小及結(jié)構(gòu)特征；3D虛擬圖像的診斷結(jié)果更加接近于DSA（表3）。

2.治療方面：試驗(yàn)組平均栓塞率高于對(duì)照組。試驗(yàn)組栓塞前后面積大小的平均差值顯著大于對(duì)照組；平均手術(shù)時(shí)間小于對(duì)照組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）（表4）。試驗(yàn)組通過3D打印模型準(zhǔn)確定位病灶并確定術(shù)中需要栓塞的供血?jiǎng)用}，術(shù)后通過造影發(fā)現(xiàn)術(shù)中選擇栓塞的供血?jiǎng)用}、栓塞部位與術(shù)前規(guī)劃吻合度較高，未見明顯畸形血管團(tuán)殘留，手術(shù)效果良好，3例患者完全栓塞，術(shù)后無AVM病灶殘留；出現(xiàn)偏癱癥狀的1例出血患者，術(shù)后癥狀逐漸恢復(fù)，無再出血發(fā)生；2例肢體活動(dòng)不靈及語(yǔ)言障礙的患者癥狀明顯好轉(zhuǎn)；1例患者由于供血?jiǎng)用}粥樣硬化，介入治療時(shí)微導(dǎo)管很難到達(dá)，通過觀察3D打印模型選擇另外一條供血?jiǎng)用}并成功栓塞；2例患者發(fā)現(xiàn)微小動(dòng)脈瘤并成功栓塞，術(shù)后恢復(fù)均較滿意，7例患者GOS評(píng)分5分，3例GOS評(píng)分4分（肢體活動(dòng)不靈），其中2例術(shù)后肢體活動(dòng)不靈均較術(shù)前得到明顯改善。對(duì)照組術(shù)后大多殘留畸形血管團(tuán)，完全栓塞1例，5例患者GOS評(píng)分5分，4例GOS評(píng)分4分（肢體活動(dòng)不靈），1例GOS評(píng)分3分（偏癱）。2～4個(gè)月后復(fù)查MRI、CTA或DSA，試驗(yàn)組顯示未見病灶擴(kuò)大及復(fù)發(fā)，無顱內(nèi)再出血等并發(fā)癥發(fā)生，偏癱或言語(yǔ)不清患者的癥狀逐漸改善，而對(duì)照組明顯復(fù)發(fā)2例，其中1例再次行栓塞治療。

表3 試驗(yàn)組患者經(jīng)MRA/CTA、DSA測(cè)量腦動(dòng)靜脈畸形的結(jié)果

表4 2組患者治療參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析

三、討論

腦AVM缺乏毛細(xì)血管，動(dòng)靜脈相互交織，復(fù)雜多樣，使其診斷具有偶然性，患者通常因新發(fā)癲癇、神經(jīng)功能缺損或腦出血進(jìn)行影像學(xué)評(píng)估而發(fā)現(xiàn)[5]。目前可以通過CT和MRI進(jìn)行初篩和治療后隨訪，由DSA進(jìn)行確診。本研究通過對(duì)普通影像學(xué)檢查與3D打印模型診斷AVM準(zhǔn)確性的比較發(fā)現(xiàn)，3D打印模型在判斷AVM大小方面更加接近于DSA檢查結(jié)果，這與Dong等[6]和Thawani等[7]的研究結(jié)果基本符合。Dong等[6]在一項(xiàng)14例病例對(duì)照試驗(yàn)的研究中顯示，3D打印模型與實(shí)際術(shù)中DSA圖像之間的尺寸偏差＜10%，測(cè)量值無限接近于患者的實(shí)際AVM結(jié)構(gòu)（血管尺寸測(cè)量的一致性為97%，平均變異＜2 mm）；Thawani等[7]將3D打印AVM模型與真實(shí)畸形血管進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)血管直徑的平均誤差在0.1 mm以內(nèi)。

3D打印模型能立體地顯示畸形血管團(tuán)的形態(tài)和各血管間的空間結(jié)構(gòu)關(guān)系，從而使測(cè)量值和分級(jí)更加接近于真值[8]。而普通影像學(xué)檢查方法的不足之處有以下兩點(diǎn)[9-11]：（1）MRI、CTA等普通二維影像學(xué)資料無法準(zhǔn)確捕獲較小的、血流速度較慢的畸形血管團(tuán)，以及對(duì)細(xì)小血管顯影欠佳，受顱骨偽影、圖像信噪比低等因素影響，較難顯示AVM的精確輪廓；（2）在顱內(nèi)血管破裂出血的亞急性期，這些血腫易被MRA顯示為AVM的血管組成部分。

腦AVM血管發(fā)育異常，管壁多無彈力層結(jié)構(gòu)，病變組織常常位于重要神經(jīng)功能區(qū)，使得治療難度增大，且易出現(xiàn)出血等并發(fā)癥，而準(zhǔn)確地評(píng)估畸形血管團(tuán)的大小和范圍是治療的關(guān)鍵[12]。應(yīng)用3D打印技術(shù)建模，可實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜畸形血管團(tuán)的仿真重建，進(jìn)而可輔助選擇主要供血?jiǎng)用}，選定治療區(qū)域，優(yōu)化介入治療方案，從而在很大程度上可提高治療成功率。本研究利用3D打印模型對(duì)10例腦AVM患者進(jìn)行術(shù)前規(guī)劃，栓塞結(jié)束后DSA提示術(shù)中實(shí)際手術(shù)方案與術(shù)前規(guī)劃匹配度較高，這些結(jié)果與Weinstock等[13]和Shah等[14]的研究結(jié)論基本一致。同傳統(tǒng)的二維影像學(xué)技術(shù)相比，3D打印腦AVM模型的方法對(duì)主要供血?jiǎng)用}數(shù)量、位置以及與畸形血管團(tuán)、引流靜脈空間結(jié)構(gòu)的判斷更準(zhǔn)確，更易了解畸形血管團(tuán)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)溝通情況，確定需要栓塞劑的容量。

本研究不足之處在于納入樣本量較少、病例存在選擇偏倚，這對(duì)統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)論有直接影響，該缺點(diǎn)可通過多中心聯(lián)合研究予以解決。此外，3D打印技術(shù)目前在腦血管疾病方面的應(yīng)用尚不成熟，具體表現(xiàn)在血管等中空組織信號(hào)強(qiáng)弱不均、細(xì)小的血管分支塌陷重建困難和無法量化研究畸形血管團(tuán)內(nèi)血流動(dòng)力學(xué)、血流量等指標(biāo)[10,15]。這可能預(yù)示未來3D打印技術(shù)與腦血管疾病相關(guān)的研究，會(huì)側(cè)重于豐富3D打印材料的種類、提高打印精度以及量化研究等方向。

綜上所述，基于DICOM影像融合技術(shù)3D打印腦AVM模型具有個(gè)體化、精準(zhǔn)化的特點(diǎn)，有利于直觀顯示血管的空間結(jié)構(gòu)解剖特征，從而為明確AVM大小、S-M分級(jí)提供了新方法，對(duì)提高栓塞治療效果、縮短手術(shù)時(shí)間有深遠(yuǎn)意義，具有較大的臨床應(yīng)用價(jià)值，值得推廣應(yīng)用。