聶 慧，馬立武，李 偉*，段光峰，劉 琦，張汝森，彭俊琴，林培穎

（1.廣州醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院保健病區(qū)，廣州 510095；2.廣州醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科，廣州 510095；3.廣州醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院介入科，廣州 510095；4.廣州醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院放射科，廣州 510095）

0 引言

醫(yī)療穿刺是醫(yī)學(xué)臨床的基礎(chǔ)操作技術(shù)之一，除了常見的靜脈注射、肌肉注射等護(hù)理操作，還主要見于活檢[1]、粒子插植[2]、局部消融[3]、深部引流[4]等臨床微創(chuàng)介入操作。目前的臨床常規(guī)介入穿刺使用的穿刺針都是直針，其穿刺路徑也是直線，因此，當(dāng)靶病灶被障礙物遮擋時，直線的穿刺路徑很難避開而只能選擇穿過障礙物。如果這些障礙物是機(jī)體重要的組織或器官，穿刺可能會造成額外的損傷甚至嚴(yán)重的并發(fā)癥。如果這些障礙物的硬度大而難以穿透，則可能會導(dǎo)致無法完成穿刺任務(wù)，或者較大的穿刺力度可能造成穿刺路徑的偏移。因此，對于這些被遮擋的病灶，目前的介入穿刺技術(shù)存在明顯的局限性。

為此，本研究設(shè)計了一種弧形的穿刺曲針，并通過3D 打印導(dǎo)航模板引導(dǎo)，使穿刺曲針能順利繞過障礙物，從而完成對病灶的穿刺。目前已在體外模型上進(jìn)行了實驗，初步驗證了采用導(dǎo)航模板進(jìn)行曲針穿刺的便捷性和安全性。

1 材料和方法

1.1 穿刺模型

通過123D Design 軟件預(yù)先設(shè)計3 款模擬遮擋性病變的體外模型，每個模型具有2 個障礙區(qū)和1 個靶區(qū)。障礙區(qū)是穿刺路徑無法通過的地方，代表體內(nèi)重要的神經(jīng)、血管、器官、骨骼等。靶區(qū)是需要穿刺的目標(biāo)，代表體內(nèi)的病灶。靶區(qū)被障礙區(qū)不同程度遮擋，根據(jù)靶區(qū)的遮擋程度從小到大分別標(biāo)注為模型A、模型B 和模型C。通過3D 打印獲得樹脂外殼，并填充發(fā)泡材料（輻照交聯(lián)聚乙烯泡沫）獲得實物模型（如圖1 所示）。

模型A：靶區(qū)被輕度遮擋，曲針和直針均可穿刺到靶區(qū)，其中直針穿刺的角度接近垂直（傾斜角≤30°）。

模型B：靶區(qū)被中度遮擋，曲針和直針均可穿刺到靶區(qū)，其中直針穿刺的角度明顯傾斜（傾斜角＞30°）。

模型C：靶區(qū)被重度遮擋，直針無法穿刺到靶區(qū)，只有曲針可穿刺到靶區(qū)。

1.2 穿刺針

本實驗包括直針穿刺（straight needle puncture，SNP）和曲針穿刺（curved needle puncture，CNP）。選擇臨床常規(guī)14G 脊髓穿刺針作為穿刺實驗用直針。曲針為自行設(shè)計的圓弧形針，即整個針桿符合1 個固定半徑值的標(biāo)準(zhǔn)圓?。ㄈ鐖D1 所示），這種設(shè)計有利于通過圓弧形軌跡準(zhǔn)確預(yù)測針道的路徑。制作時先在123D Design 軟件上設(shè)計曲針的結(jié)構(gòu)，再使用不銹鋼材料通過3D 打印制成曲針。

1.3 術(shù)前CT 掃描與導(dǎo)航模板制作

對所有模型行術(shù)前CT 掃描（GE 16 層CT）。由具有10 a 以上介入穿刺經(jīng)驗的專家對CT 圖像進(jìn)行分析，確定直針和曲針的穿刺點及穿刺路徑，且穿刺路徑須盡量避開遮擋區(qū)。

根據(jù)曲針形態(tài)、穿刺路徑和體外模型的3D 結(jié)構(gòu)設(shè)計導(dǎo)航模板（如圖1 所示）。導(dǎo)航模板中有1 個弧形通道，其管徑及圓弧度與曲針一致，這使得曲針可以在通道內(nèi)順暢滑行。導(dǎo)航模板的底部與體外模型的頂面相吻合。最終，使用樹脂材料通過3D 打印獲得實物導(dǎo)航模板。

1.4 穿刺操作

穿刺操作由上述專家在CT 引導(dǎo)下進(jìn)行，包括3種穿刺模式：SNP、CNP、導(dǎo)航模板輔助曲針穿刺（navigation template guided curved needle puncture，簡稱“T-CNP”）。操作時須盡量避開遮擋區(qū)，具體操作過程如下：

（1）進(jìn)行CT 掃描，確認(rèn)體外模型上的穿刺路徑和表面穿刺點，或者將導(dǎo)航模板精確地固定在模型表面的相應(yīng)位置。

（2）選擇相應(yīng)的直針或曲針，通過表面穿刺點，沿著預(yù)設(shè)的穿刺路徑將穿刺針向靶區(qū)推進(jìn)，或者將曲針沿著導(dǎo)航模板的通道向靶區(qū)推進(jìn)。

（3）在推進(jìn)過程中，可進(jìn)行CT 掃描，以確定針尖及路徑的情況。如果針道偏離預(yù)期路徑或累及了遮擋區(qū)，可相應(yīng)地調(diào)整穿刺針的角度或適當(dāng)退針后重新進(jìn)針，以使路徑返回預(yù)期路徑；如果操作中的針頭累及遮擋區(qū)，則認(rèn)為造成了不必要的損傷。

（4）針尖沿預(yù)期路徑抵達(dá)靶區(qū)，即完成穿刺任務(wù)。

（5）沿穿刺路徑退出穿刺針。

1.5 數(shù)據(jù)收集和結(jié)果評價

對模型A 和模型B 行SNP、CNP、T-CNP，模型C僅行CNP、T-CNP，每項穿刺操作重復(fù)30 次，記錄每次穿刺操作的損傷次數(shù)及CT 掃描次數(shù)，用于評價穿刺結(jié)果。根據(jù)損傷次數(shù)評價操作的安全性，分為X1（0 次）、X2（1 次）、X3（2 次）、X4（≥3 次）；根據(jù)CT 掃描次數(shù)評價操作的便捷性，分為Y1（≤3 次）、Y2（4～5 次）、Y3（≥6 次）。其中，X1 和Y1 分別定義為安全操作和便捷操作，分別計算X1 和Y1 的占比。

1.6 統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 13.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。數(shù)據(jù)以次數(shù)或占比（%）表示。安全操作、便捷操作方面，組間比較采用配對樣本t 檢驗，以P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 穿刺結(jié)果

本實驗共進(jìn)行穿刺操作240 次，可分為SNP 60次、CNP 90 次、T-CNP 90 次，或模型A 90 次、模型B 90 次、模型C 60 次；共行CT 掃描1046 次，其中SNP 229 次、CNP 459 次、T-CNP 358 次；共記錄發(fā)生損傷183 次，其中SNP 9 次、CNP 138 次、T-CNP 36次。損傷次數(shù)和CT 掃描次數(shù)與模型及穿刺模式的關(guān)系如表1 和圖2 所示。在模型A 中，損傷次數(shù)和CT掃描次數(shù)都是CNP＞T-CNP＞SNP。隨著靶區(qū)遮擋程度的逐步增大，從模型A 到模型B 再到模型C，CNP和T-CNP 的損傷次數(shù)和CT 掃描次數(shù)都呈逐步增加趨勢，其中CNP 的損傷次數(shù)和CT 掃描次數(shù)的增幅均大于T-CNP；從模型A 到模型B，SNP 的CT 掃描次數(shù)和損傷次數(shù)均呈逐步增加趨勢，其中CT 掃描次數(shù)的增幅大于損傷次數(shù)。

圖2 穿刺結(jié)果與模型及穿刺模式的關(guān)系

表1 損傷次數(shù)和CT 掃描次數(shù)與模型及穿刺模式的關(guān)系 單位：次

2.2 穿刺結(jié)果安全性評價

各模型及穿刺模式的安全性評價結(jié)果如表2 和圖3 所示。隨著靶區(qū)遮擋程度的增大，從模型A 到模型B，SNP 和T-CNP 的X1 占比均逐步降低（93.3%→83.3%，80.0%→73.3%）；從模型A 到模型B 再到模型C，T-CNP 的X1 占比呈緩慢減速下降趨勢（80.0%→73.3%→70.0%）。在模型B 中，SNP 的X1 與X2 占比之和（93.3%）接近于T-CNP（90.0%）。在所有穿刺模式中，CNP 的X1 占比均最低，且略低于T-CNP（t=2.636，P=0.119）；從模型A 到模型B 再到模型C，X1 占比呈逐步加速下降趨勢（60.0%→53.3%→13.3%）。

圖3 安全操作X1 占比與各模型及穿刺模式的關(guān)系

表2 各模型及穿刺模式的安全性評價結(jié)果單位：次（%）

2.3 穿刺結(jié)果便捷性評價

各模型及穿刺模式的便捷性評價結(jié)果如表3和圖4 所示。隨著遮擋程度的增大，從模型A 到模型B，SNP 和T-CNP 的Y1 占比均逐步降低（50.0%→26.7%，33.3%→23.3%），SNP 的降幅大于T-CNP；而從模型A 到模型B 再到模型C，T-CNP 的Y1 占比呈逐步減速下降趨勢（33.3%→23.3%→20.0%）。在所有穿刺模式中，CNP 的Y1 占比均最低，且顯著低于T-CNP（t=8.000，P=0.015）；從模型A 到模型B 再到模型C，CNP 的Y1 占比呈加速下降趨勢（13.3%→10.0%→0%）。

表3 各模型及穿刺模式的便捷性評價結(jié)果單位：次（%）

圖4 便捷操作Y1 占比與各模型及穿刺模式的關(guān)系

3 討論

常規(guī)介入穿刺技術(shù)存在局限性，直線的穿刺路徑很難繞過障礙物實現(xiàn)對病灶的穿刺。如果能采取曲線的穿刺路徑，則有可能繞過障礙物，實現(xiàn)對病灶的穿刺。但是目前尚沒有標(biāo)準(zhǔn)化、成熟的曲針穿刺技術(shù)應(yīng)用于臨床實踐，這是因為曲針穿刺存在其固有的缺陷，如路徑預(yù)測不準(zhǔn)確、路徑易偏移、操作不便等，臨床可行性差，因而很少應(yīng)用于臨床實踐。

目前國內(nèi)外已有部分學(xué)者進(jìn)行了曲針或彎針穿刺在臨床應(yīng)用方面的研究。邵成偉等[5]在CT 引導(dǎo)下采取彎針穿刺的方式實現(xiàn)對腹腔神經(jīng)叢的阻滯。左長京等[6]、Cao 等[7]使用彎曲穿刺針進(jìn)行肝臟腫瘤消融術(shù)。袁海賓等[8]在肺外周消融術(shù)中使用可彎曲的微波消融針。Schulze-Hagen 等[9]對常規(guī)直針無法到達(dá)的病灶應(yīng)用曲針進(jìn)行活檢。但是這些研究所使用的曲針幾乎是針桿前段僅少部分彎曲，針桿中后段大部分仍是直的。這種部分彎曲的曲針術(shù)中對CT 引導(dǎo)的依賴性較大，仍然存在無法準(zhǔn)確預(yù)測路徑、路徑易偏移的缺點。因此，這種曲針仍因臨床可行性差的問題而無法推廣應(yīng)用。

基于3D 打印的導(dǎo)航模板輔助介入穿刺是目前的一項新的熱門技術(shù)。導(dǎo)航模板引導(dǎo)介入穿刺已經(jīng)被報道應(yīng)用于骨腫瘤的經(jīng)皮穿刺活檢[10]、脊柱矯形[11]、腦出血穿刺引流[12]、125I 粒子植入[13-15]等多種微創(chuàng)治療操作。導(dǎo)航模板的優(yōu)勢在于通過3D 打印獲得與體表輪廓完全吻合的基板及與穿刺路徑完全一致的通道，從而實現(xiàn)體表精確定位和穩(wěn)固維持針道路徑，可顯著提高穿刺操作的便捷性與準(zhǔn)確性，減少對CT 圖像引導(dǎo)的依賴性?；诖?，本研究創(chuàng)造性地提出將導(dǎo)航模板與曲針穿刺相結(jié)合，以提高曲針穿刺的臨床可行性。其中，曲針被設(shè)計為標(biāo)準(zhǔn)圓弧形，導(dǎo)航模板亦具有弧度、管徑一致吻合的曲形通道，這種設(shè)計有利于通過圓弧軌跡便捷而準(zhǔn)確地預(yù)測穿刺路徑及針尖的預(yù)期位置，從而精準(zhǔn)判斷路徑是否發(fā)生偏移。同時，在導(dǎo)航模板穩(wěn)固維持針道的優(yōu)勢下，提高操作便捷性，降低曲針穿刺對CT 引導(dǎo)的依賴。

模型穿刺結(jié)果顯示，在模型A 和模型B 中，SNP的安全性和便捷性均是最高的，但模型間的數(shù)值變動較大，而T-CNP 的安全性和便捷性雖然低于SNP，但是其數(shù)值變動較小，且SNP 無法用于遮擋程度最大的模型C，而T-CNP 在模型C 中的穿刺結(jié)果與模型B 接近。因此，T-CNP 的穿刺結(jié)果較為穩(wěn)定，受病灶遮擋程度的影響較小，更適于遮擋程度大的病灶。由此證明，在導(dǎo)航模板的輔助下，曲針穿刺的效果得到明顯提高。

由于受實驗條件的限制和倫理因素的影響，曲針穿刺實驗尚未在活體動物或人體上進(jìn)行。本研究僅屬于體外模型的實驗驗證，靶病灶不對應(yīng)人體的具體解剖位置，操作過程和穿刺手感與臨床實踐有較大的不同。大部分實驗物品（模型、曲針、導(dǎo)航模板）都是通過3D 打印所得，其物理性能與臨床常規(guī)產(chǎn)品存在較大差異，尤其是曲針的硬度、模型的穿刺阻力和柔韌度等。此外，曲針穿刺過程中的力學(xué)變化、組織形變特征及其相互影響亦尚不明確。這些都是本研究存在的不足之處，在后續(xù)研究中需要進(jìn)行深入分析。

綜上所述，在導(dǎo)航模板的輔助下，曲針穿刺的臨床可行性（安全性和便捷性）得到明顯提高，實現(xiàn)了對被遮擋病灶的穿刺。推廣基于導(dǎo)航模板的曲針穿刺技術(shù)，對于完善介入穿刺技術(shù)、解決目前介入穿刺在被遮擋病灶方面的局限性、拓寬其臨床適用范圍具有重要意義。