中南大学湘雅医院

(别名或简称:湘雅医院)

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湘雅医院全球率先使用3D打印辅助切颅底肿瘤

2014年01月10日来源:湘雅医院

核心提示:从中南大学湘雅医院获悉,该院多学科协作团队通过自主研发的E-3D数字化医疗三维设计系统,将一名复杂颅底肿瘤患者的CT和MRI扫描获得的影像学数据融合,结合3D打印技术,成功将该患者的颅底肿瘤及周围组织等比例

  核心提示:从中南大学湘雅医院获悉,该院多学科协作团队通过自主研发的E-3D数字化医疗三维设计系统,将一名复杂颅底肿瘤患者的CT和MRI扫描获得的影像学数据融合,结合3D打印技术,成功将该患者的颅底肿瘤及周围组织等比例地精准打印出来,至今在全球尚未见类似报道。

  日前,中南大学湘雅医院多学科协作团队,利用自主研发的E-3D数字化医疗三维设计系统,结合3D打印技术,成功将一名患者的复杂颅底肿瘤及周围组织等比例打印出来。医生在术前通过该全仿真模型对手术进行干预设计,最终精准成功地将患者颅内复杂肿瘤完整切除。患者术后恢复良好,术后2天即可下床行走。文献检索发现,应用3D打印技术辅助切除复杂颅底肿瘤在全球尚未见报道。

  3D打印“克隆”颅内复杂肿瘤

  患者张某因头痛、恶心、呕吐、性格改变、记忆力下降持续3年,近一个月症状加重,遂到湘雅医院求医,被确诊为鞍结节脑膜瘤。患者入院时,颅高压症状十分明显,需要尽快手术,否则有生命危险。且该患者颅底肿瘤位置深,肿瘤与颈内动脉、视神经、垂体柄等周边重要结构关系复杂,手术难度十分大。

  术前讨论

  为了提高手术的精准度,由中南大学湘雅医院肿瘤科黄俊辉教授牵头,湖南省颅底外科与神经肿瘤临床技术研究中心副主任、湘雅医院神经外科李学军副教授,湘雅医院放射科副主任李文政副教授、易小平医师,中南大学计算机视觉与虚拟现实技术研究所副所长廖胜辉副教授和湘雅口腔医院专家组成的团队,决定结合3D打印技术对患者实施手术。该团队通过自主研发的E-3D数字化医疗三维设计系统,将患者CT和MRI扫描获得的影像学数据融合,并作进一步精细化处理,获取精确化空间数据,转化重建为三维模型,将颅底复杂肿瘤和毗邻血管及神经等组织区分,结合3D打印技术,成功将该患者的颅底肿瘤及周围组织等比例地精准打印出来。

  湘雅医院利用自主研发的E-3D数字化医疗三维设计系统将患者颅底肿瘤的信息进行可视化处理

  “这个打印模型完全可以称得上是患者颅内肿瘤的‘克隆产品’”。湘雅医院肿瘤科黄俊辉教授介绍,模型完全按照肿瘤的实际比例打印而成,材质是不同的高科技分子材料,精确地复制了具有复杂形态、不同质地和密度的人体肿瘤解剖结构。

  3D打印“克隆”出的肿瘤及相关组织、患者头颅骨

  记者观察到,用3D技术打印出的肿瘤模型边界清晰,甚至患者的头颅骨、肿瘤相连及周围的血管都打印出来了。黄俊辉教授说:“肿瘤在颅底的什么位置,周围有什么血管,让人一目了然”。

  高难度手术设计不再“凭空想象”

  “颅底肿瘤是外科手术中难度最高的一项手术,医生必须下刀准,肿瘤切除要干净彻底。根据传统手术方法,该类颅底肿瘤手术的实施主要依据患者的CT和MRI图像,但二者存在有平面化的局限性,因此需要医生有一个立体空间的想象力,才能为接下来的手术做好铺垫”,团队核心成员、湘雅医院神经外科李学军副教授同时指出,即使是具有丰富临床经验的医生,也很难做到在手术中百分之百地精准,因为有些肿瘤周围组织结构复杂,手术边界较为模糊,手术容易留下死角,“肿瘤切除不干净,将会导致肿瘤复发”。

  “有了3D打印技术的辅助,医生设计手术时不再‘凭空想象’,手术时更稳定和精准。”据李学军副教授介绍,3D打印技术能让医生在手术前充分了解脑内肿瘤的部位、形状、大小及与周围组织的毗邻关系,确定手术进入路线、切除范围、术中注意事项等,能在完整切除肿瘤的同时最大限度地保护肿瘤周围正常组织,降低了并发症和后遗症的发生率。“3D打印的肿瘤原型给了医生充分的手术设计辅助,主要是优化手术设计。与传统的手术相比,应用3D打印技术的手术更具精准度和前瞻性”。

  1月2日,以李学军副教授为首的专家组,成功为患者实施了肿瘤切除手术。患者术后恢复良好,头痛、恶心、呕吐、记忆力下降等症状得到明显改善,且没有出现神经功能障碍。

  3D打印技术临床应前景广阔

  “我们平时所见的打印机,打印的产品是二维的文字、图片。”团队组核心成员、中南大学计算机视觉与虚拟现实技术研究所副所长廖胜辉副教授介绍说,3D打印机打印的“产品”是三维的立体物件,原理是通过电脑控制,把“打印材料”一层层叠加起来,最终成型。“打印机‘墨盒’里装的是什么材料,就能打印出什么材料的产品”。

  3D打印的思想起源于19世纪末的美国,20世纪80年代以来得以发展。在中国,3D打印研究已有约20年,近些年该项技术已经逐渐应用于临床医学。

  在团队带头人、湘雅医院肿瘤科黄俊辉教授看来,3D打印技术应用临床诊疗,有着更有着更广阔的前景,如:用患者的肿瘤复制品作为实物,便于医生与患者及家属进行术前谈话和沟通;有助于肿瘤内科医师判断术后是否需要进一步给患者实施化学治疗或/和放射治疗;便于直观教学,培养年青医师;能根据医生的要求进行剪影和显像,保留所需要的组织。“基于这一特点,有助于开发分子影像标记技术,便于术前或术中更加准确地区分良恶性肿瘤”。

  湖南省医学会神经外科学会主任委员、湖南省颅底外科与神经肿瘤临床技术研究中心主任、中南大学神经外科研究所所长、湘雅医院神经外科袁贤瑞教授认为,3D打印技术在复杂颅底和脑血管手术具有很多优势,发展前景广阔。将来还或可实现人体器官的打印,为患者打印出所需要的人体个性化“零部件”;或进行模拟手术等。 “该技术虽然并不能完全替代传统的医疗技术,但作为传统医疗技术的有利补充,可为患者提供更个性化的服务”。

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