鄭佳平 陳國強 李儲忠

面肌痙攣(hemifacial spasm，HFS)是指面神經(jīng)支配的肌肉不自主的抽動，而微血管減壓術(shù)(microvascular decompression，MVD)是治療HFS的首選方法[1]。MVD的手術(shù)成功關(guān)鍵是充分暴露面神經(jīng)根部，但對于未經(jīng)過系統(tǒng)訓(xùn)練的神經(jīng)外科醫(yī)生而言，難以安全和順暢的暴露面神經(jīng)區(qū)域，操作不當(dāng)可致周圍結(jié)構(gòu)損傷，出現(xiàn)一系列的并發(fā)癥，如腦壓板牽拉導(dǎo)致小腦水腫或出血；過度牽拉或器械直接觸碰損傷顱神經(jīng)并導(dǎo)致聽力喪失，聲音嘶啞，吞咽困難等[2-3]。模擬手術(shù)訓(xùn)練是幫助年輕醫(yī)生掌握手術(shù)操作技巧的有效方式，訓(xùn)練方式包括尸頭標(biāo)本、動物模型、虛擬現(xiàn)實仿真和手術(shù)仿真模型。

近年來，仿真訓(xùn)練迅速發(fā)展，尤其是三維(threedimensional，3D)打印技術(shù)可以將計算機3D模型構(gòu)建成為3D物體，能夠制作有解剖細節(jié)的個體化手術(shù)訓(xùn)練模型[4]。本研究對HFS患者影像資料建模，采用多色彩多材質(zhì)3D打印技術(shù)打印出個體化的MVD手術(shù)模型部件，并附加仿真腦脊液循環(huán)系統(tǒng)、腦壓板壓力測量裝置和顱神經(jīng)觸碰報警裝置，利用仿真模型對神經(jīng)外科醫(yī)師進行操作訓(xùn)練，通過對神經(jīng)外科專家及參加訓(xùn)練的住院醫(yī)師進行調(diào)查，評估模型的仿真效果及訓(xùn)練效果。

1 材料和方法

1.1 影像資料采集

采集中國醫(yī)科大學(xué)航空總醫(yī)院神經(jīng)外科1例52歲男性患者的HFS影像資料，使用3.0 T磁共振掃描，結(jié)構(gòu)相采用T2加權(quán)像進行3D-CISS掃描，層厚0.80 mm。磁共振腦血管成像(magnetic resonance angiography，MRA)掃描執(zhí)行3D飛行時間(time of flight，TOF)序列，層厚0.80 mm。CT掃描層厚0.3 mm。

1.2 儀器設(shè)備

采用3.0 T超導(dǎo)磁共振掃描儀(美國GE公司)；X射線計算機斷層掃描(X-ray computed tomography，CT)，掃描采用128-row multidetector CT scanner(美國GE公司)；3D打印機采用Objet750 Connex(美國Stratasys公司)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有醫(yī)學(xué)數(shù)字成像及通信(digital imaging and communication of medicine，DICOM)文件利用圖像分析軟件進行處理。不同組織的圖像通過不同的影像序列進行提取，小腦、腦干及顱神經(jīng)通過3D CISS序列的圖像提取，顱骨通過CT圖像提取，血管通過MRA圖像提?。粚⑻崛〉膱D像進行3D重建，重建后的3D模型以立體光刻(stereo lithography，STL)格式文件輸出(如圖1所示)。

圖1 利用mimics軟件對二維影像資料的組織器官進行三維重建影像圖

1.4 打印模型

將加工之后的STL格式文件輸入3D打印機。使用拉伸強度2.4 MPa、邵氏硬度D24的光敏材料打印軟組織。腦干、小腦為白色，肌肉、血管為紅色，皮膚為黃色；使用白色和紫色的邵氏硬度D85的光敏材料整體打印骨骼和乙狀竇；模型的可插入替換部件以不同顏色和硬度的光敏材料整體打印(如圖2所示)。

圖2 多色彩多材質(zhì)一次打印的插入式可替換部件示圖

1.5 安裝模型

將綿紙包裹在腦干與血管表面，綿紙上覆蓋纏繞PE靜電薄膜，將模型放置在可以調(diào)節(jié)角度的亞克力平臺上。平臺底部插入三根輸液管，其中兩根連接小腦模型的空腔，用于向小腦中注水(如圖3所示)。

圖3 模型組裝示圖

將一根輸液管的一端放置在小腦與腦干之間，另一端連接輸液泵，用于模擬腦脊液循環(huán)。本研究制作了可以測量壓力的腦壓板，制作一個附帶壓力感受器的手柄，將手柄的一端與腦壓板的中點用微型軸承連接。當(dāng)腦壓板牽拉小腦時，牽拉力可以通過壓力感受器傳輸給萬用電表，測量并記錄壓力。顱神經(jīng)表面上涂抹一層導(dǎo)電漆(含銀的涂層)(如圖3所示)，模型平臺引出一根導(dǎo)線固定在涂層上，導(dǎo)線另一端將電池盒、蜂鳴器及顯微手術(shù)器械串聯(lián)，當(dāng)手術(shù)器械觸碰導(dǎo)電涂層，形成導(dǎo)電環(huán)路時，蜂鳴器報警(如圖4所示)。

圖4 模型配件示圖

1.6 標(biāo)準化手術(shù)訓(xùn)練過程

(1)將模型配件組裝完成，利用顯微鏡進行手術(shù)訓(xùn)練。在可替換部件的耳后發(fā)跡位置切開皮膚與肌肉層，牽開器撐開切口，電鉆鉆開直徑2 cm骨孔，暴露乙狀竇后緣，T形剪開硬膜并懸吊。

(2)開放輸液泵，向模型內(nèi)部灌注模擬腦脊液。顯微鏡下，利用腦壓板牽拉小腦，暴露蛛網(wǎng)膜，顯微剪刀剪開PE靜電膜，吸引器吸除腦脊液，剪開聽神經(jīng)與舌咽神經(jīng)之間的綿紙，暴露責(zé)任血管。受訓(xùn)者牽拉小腦時，指導(dǎo)者記錄萬用電表的讀數(shù)，同時記錄蜂鳴器報警的頻率。

(3)用顯微剝離子挑起責(zé)任血管，暴露面神經(jīng)根部，將Teflon團放在血管與腦干之間(如圖5、圖6所示)。

圖5 手術(shù)訓(xùn)練模型示圖

1.7 模型訓(xùn)練效果評價

圖6 標(biāo)準化MVD手術(shù)模擬訓(xùn)練過程示圖

由3名具有100例以上MVD手術(shù)經(jīng)驗的神經(jīng)外科醫(yī)生，在利用模型進行一次完整的模擬操作之后，采用李克特量表進行評價，1分為不滿意，2分為較差，3分為中等，4分為較好，5分為很好。其中5分評價標(biāo)準為真實開顱手術(shù)。同時回答李克特量表的問題，并給出建議。在有經(jīng)驗的神經(jīng)外科醫(yī)生輔導(dǎo)下，10名沒有MVD經(jīng)驗的住院醫(yī)生利用仿真模型進行了MVD手術(shù)的操作訓(xùn)練，每位訓(xùn)練者進行了5次完整的MVD模擬手術(shù)，之后回答李克特量表的8個問題評價訓(xùn)練的效果。

2 結(jié)果

2.1 模型評估

由3名神經(jīng)外科醫(yī)生對模型皮膚(肌肉)和血管的評分最低為3.7分，皮膚與真實組織相比過于堅硬；血管與真實血管相比過于柔軟且缺乏張力，放置Taflon團的感覺與真實手術(shù)操作存在差距。顱神經(jīng)、蛛網(wǎng)膜與小腦的得分均為4.0，對顱神經(jīng)、蛛網(wǎng)膜的仿真程度比較滿意。在釋放腦脊液時，模型不能體現(xiàn)小腦壓力的降低與操作空間的擴大。顱骨評分達到4.3，開放骨窗的感覺與真實骨骼相似，且能夠準確體現(xiàn)乙狀竇與骨窗的位置關(guān)系，見表1。

表1 3名神經(jīng)外科醫(yī)生對MVD模型的8個項目給予評分(分)

2.2 訓(xùn)練效果評估

在接受MVD手術(shù)訓(xùn)練后，所有參與訓(xùn)練人員在訓(xùn)練前后分別進行一次測試，訓(xùn)練之前器械觸碰顱神經(jīng)導(dǎo)致的蜂鳴器報警平均次數(shù)為7次，訓(xùn)練之后平均次數(shù)降為4次，4名實習(xí)醫(yī)師和6名住院醫(yī)師的調(diào)查平均分數(shù)高于4.0(見表2)。

表2 實習(xí)醫(yī)師和住院醫(yī)師模型評分(分)

訓(xùn)練之前與訓(xùn)練之后腦壓板牽拉力量的最大值比較，訓(xùn)練后牽拉腦組織的力量顯著下降，見表3。

表3 手術(shù)訓(xùn)練前后腦壓板記錄牽拉小腦牽拉力的最大值(gf)

3 討論

MVD手術(shù)成功實施的關(guān)鍵包括：①準確的骨窗定位；②通過適當(dāng)牽拉小腦，開放基底池并釋放腦脊液，以獲得足夠大的手術(shù)空間，暴露神經(jīng)和周圍結(jié)構(gòu)；③在狹窄的顱神經(jīng)間隙當(dāng)中進行分離責(zé)任血管，放置Teflon棉團[5]。術(shù)中避免過度牽拉小腦和手術(shù)器械直接損傷顱神經(jīng)，可以減少術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生[6]。因此，MVD手術(shù)訓(xùn)練模型應(yīng)該有針對性的對上述手術(shù)關(guān)鍵點進行有效的培訓(xùn)。

缺乏手術(shù)經(jīng)驗的醫(yī)生通常會用力牽拉腦組織以獲取更大的操作空間，但是在MVD手術(shù)中，過度牽拉小腦是導(dǎo)致聽力減退，小腦損傷的重要原因。Yokoh等[7]報道，腦壓板對腦組織的牽拉力在20～30克力(gf)范圍內(nèi)時，不會損傷腦組織。Lee等[6]的研究表明，MVD術(shù)后永久失聰?shù)幕颊呤中g(shù)過程中小腦至顳骨的牽拉距離明顯延長，聽力損失組中平均距離為13.77 mm，對照組為8.0 mm。本研究的模型在牽拉小腦至顳骨8 mm時，牽拉力為62 gm，牽拉至14 mm時，牽拉力為130 gm，壓力測量裝置可以讓受訓(xùn)醫(yī)生體會牽拉小腦的力量與手術(shù)操作空間的關(guān)系，在保證手術(shù)操作空間的同時，盡量減少牽拉小腦的力量。受訓(xùn)者在反復(fù)訓(xùn)練之后，使用腦壓板的牽拉力明顯下降。

術(shù)中器械誤觸是造成顱神經(jīng)、血管等重要結(jié)構(gòu)損傷的重要原因[8]。本研究模型通過附加觸碰顱神經(jīng)報警系統(tǒng)，可以在訓(xùn)練的過程中即時將錯誤反饋給受訓(xùn)者，同時可以記錄觸碰神經(jīng)的頻率，對訓(xùn)練效果進行評估。將導(dǎo)電銀漆涂在不導(dǎo)電的樹脂模型表面，再連接導(dǎo)線與蜂鳴器和不同的手術(shù)器械連接，金屬器械觸碰導(dǎo)電涂層時可以形成環(huán)路，引發(fā)蜂鳴器報警，此方法簡單并且可靠，缺點是涂料使顱神經(jīng)呈現(xiàn)銀色，一定程度降低了顱神經(jīng)仿真的效果。

MVD手術(shù)中，銳性分離蛛網(wǎng)膜，釋放CPA池和枕大池腦脊液是減少小腦牽拉和改善顯露的關(guān)鍵。目前報道的顱底手術(shù)訓(xùn)練模型都不能很好的模擬蛛網(wǎng)膜和腦脊液循環(huán)[4，9-10]。綿紙的纖維與蛛網(wǎng)膜的小梁非常相似，而PE靜電薄膜可以貼附在血管與神經(jīng)的模型表面，很好的模擬真實手術(shù)中剝離蛛網(wǎng)膜的操作過程。本研究模型用廉價和容易獲取的材料制作出了仿真的蛛網(wǎng)膜并模擬存在腦脊液的手術(shù)環(huán)境，使受訓(xùn)者在更為逼真的環(huán)境中接受銳性分離蛛網(wǎng)膜的操作訓(xùn)練。

由于軟性光敏樹脂打印的血管比較柔軟，3名神經(jīng)外科醫(yī)生一致認為模型的血管缺乏真實血管的張力。但是，由于模型具有準確的小腦絨球結(jié)構(gòu)和顱神經(jīng)的間隙，顱神經(jīng)的彈性也與真實神經(jīng)相近，所以暴露責(zé)任血管與面神經(jīng)根部，放置Teflon的過程非常接近真實手術(shù)的感覺。

因為訓(xùn)練手術(shù)止血的模型組件會大幅增加制作時間和成本，并且存在制作工藝的限制[10]。同時多數(shù)MVD手術(shù)過程中較少會使用止血操作，因此本研究模型未添加模擬出血的組件。

在目前的技術(shù)條件下，3D打印模型只是提供了簡化的制作過程，由于材料和工藝的限制，模型同真實組織還是會有很大差異。VR技術(shù)、尸頭訓(xùn)練、動物訓(xùn)練與模型訓(xùn)練會在很長的時期內(nèi)并存，且相互補充，彼此不能替代。利用一系列的合理手術(shù)訓(xùn)練，使外科醫(yī)生在對患者實際操作之前，最大限度的提高操作技術(shù)，將患者的風(fēng)險降至最低。