三維顳骨模型在解剖訓(xùn)練及臨床中的應(yīng)用研究.pdf

1、背景:
　　顳骨是人體骨骼中結(jié)構(gòu)最精細(xì)、功能最復(fù)雜的骨骼結(jié)構(gòu)之一，顳骨界于頂骨、枕骨及蝶骨之間，體積小且形狀極不規(guī)則，內(nèi)藏聽覺感受器和位置覺感受器，有面神經(jīng)、前庭神經(jīng)、耳蝸神經(jīng)及頸內(nèi)動脈等在內(nèi)穿行，內(nèi)部結(jié)構(gòu)及毗鄰關(guān)系復(fù)雜，同時也是中顱底、后顱底的重要組成部分。顳骨手術(shù)的顯微鏡下操作空間狹小，手術(shù)稍有不慎則導(dǎo)致耳聾、大出血、腦脊液漏等嚴(yán)重并發(fā)癥，影響患者生活質(zhì)量，甚至危及生命。
　　反復(fù)的尸體顳骨標(biāo)本解剖訓(xùn)練是幫助耳科醫(yī)師快速

2、掌握顳骨部位解剖知識的重要途徑，然而，由于國內(nèi)尸檢率較低，尸體標(biāo)本緊張、解剖實驗室缺乏，使眾多醫(yī)師無法接受尸體解剖訓(xùn)練。盡管目前已有較多書籍對顳骨及側(cè)顱底的解剖進行了詳細(xì)描述，近年來耳科醫(yī)師也可以通過不同角度的CT與組織切片、計算機重建三維立體圖片、CT重建立體視圖等加強對顳骨解剖結(jié)構(gòu)的三維立體意識，但只有將深厚的理論知識與扎實的操作技能相結(jié)合，方能最大程度地提高手術(shù)成功率，減少手術(shù)并發(fā)癥，恢復(fù)患者聽力。另外，傳統(tǒng)手術(shù)普遍以經(jīng)驗為基礎(chǔ)，

3、忽視了人體結(jié)構(gòu)存在個體差異，傳統(tǒng)術(shù)式難以滿足特殊患者（如顳骨發(fā)育畸形、復(fù)雜膽脂瘤型中耳炎，顳骨部位腫瘤）的個體化需求。
　　3-D打印(Three-Dimensional Printing，3-DP)技術(shù)是近年來新興的一種制造技術(shù)，它通過計算機輔助設(shè)計讀取數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后逐層建造三維物體。該技術(shù)具有虛擬設(shè)計、精密復(fù)制、一體成型、無需組裝、節(jié)約成本、節(jié)省人工等諸多優(yōu)點，故3-D打印技術(shù)已涉足各行各業(yè)。隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)對個性化治療的需求

4、不斷擴大，快速成型技術(shù)（尤其是3-D打印技術(shù)）在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用也在迅猛發(fā)展，已涵蓋了納米醫(yī)學(xué)、制藥，甚至器官打印。目前廣泛應(yīng)用于:多種植入物、矯形設(shè)備、義肢、助聽器的定制，3-D打印皮膚的燒傷治療，醫(yī)學(xué)教學(xué)模具等。
　　早在20世紀(jì)90年代，Levy等以樹脂為原料，將選擇性激光燒結(jié)打印技術(shù)應(yīng)用于顳骨模型的制作并對模型的解剖精確度進行評估，為日后高仿真度3-D顳骨模型的制作奠定基礎(chǔ)。21世紀(jì)初，日本學(xué)者Suzuki利用粉劑填充空腔結(jié)

5、構(gòu)的方法使中耳、乳突、半規(guī)管等空腔結(jié)構(gòu)得以呈現(xiàn)，但空腔內(nèi)存在較多的支撐結(jié)構(gòu)，造成中耳鼓室結(jié)構(gòu)辨認(rèn)困難。最近兩年，國際上開始以石膏粉末為原料，利用粉末堆積打印技術(shù)制作的顳骨模型，空腔結(jié)構(gòu)無需支架支撐，解剖精確度更高，更接近實際人體顳骨的解剖結(jié)構(gòu)。目前國內(nèi)現(xiàn)存樹脂顳骨模型因技術(shù)條件限制，精確度低，應(yīng)用受限。
　　目的:
　　1.針對國內(nèi)現(xiàn)存樹脂顳骨模型因精確度低導(dǎo)致應(yīng)用受限的情況，根據(jù)顳骨病變患者的個體情況，制造出仿真度更高、更

6、接近實際人體解剖結(jié)構(gòu)的3-D顳骨模型。
　　2.針對以往顳骨模型在鉆磨時，操作者對某些標(biāo)志性結(jié)構(gòu)難以辨認(rèn)，本實驗將對3-D顳骨模型的標(biāo)志性結(jié)構(gòu)（如聽骨鏈、面神經(jīng)、位聽器、內(nèi)淋巴囊、頸內(nèi)動脈管、炎性滲出及膽脂瘤等）使用不同顏色打印。
　　3.目前，國內(nèi)尸體標(biāo)本緊張的現(xiàn)況，本研究將該顳骨模型應(yīng)用于教學(xué)和解剖操作練習(xí)，讓更多年輕耳科醫(yī)師加深對顳骨解剖的三維立體意識，更好地指導(dǎo)臨床工作。
　　4.顳骨顯微手術(shù)稍有不慎則嚴(yán)重并發(fā)

7、癥。本研究將該顳骨模型應(yīng)用于術(shù)前手術(shù)模擬，幫助耳科醫(yī)師在術(shù)前更進一步地解患者的解剖、病理情況，從而避免了手術(shù)操作的盲目性，并制定、優(yōu)化手術(shù)方案，盡可能減少嚴(yán)重并發(fā)癥的發(fā)生。
　　方法:
　　1.CT掃描與三維重建
　　采用64排螺旋CT分別對2例正常人及2例慢性化膿性中耳炎患者的活體顳骨進行薄層掃描，掃描層厚1mm，重建層厚0.5mm，層間距0.1mm。將原始CT圖像（DICOM格式）導(dǎo)入Mimics10.01軟件，對

8、感興趣區(qū)域進行圖像分割并對顳骨行三維重建，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存為.stl文件格式。重點重建聽骨鏈（錘骨、砧骨、鐙骨）、面神經(jīng)、乳突氣房、耳蝸、迷路、乙狀竇溝、頸靜脈窩、頸內(nèi)動脈管等解剖結(jié)構(gòu)。
　　2.3-D打印顳骨模型及后處理
　　以石膏粉末為原料，應(yīng)用3D打印機Z-print510對重建結(jié)構(gòu)進行粉末堆積打印。其中正常人顳骨模型各2個（共4個），慢性化膿性中耳炎模型各3個（共6個）。利用該打印技術(shù)以不同顏色對分割圖像進行同時打印，從而對

9、不同的解剖結(jié)構(gòu)進行區(qū)分（聽骨鏈、面神經(jīng)、位聽器、內(nèi)淋巴囊、頸內(nèi)動脈、炎性滲出及膽脂瘤分別標(biāo)記為橘色、黃色、玫紅色、綠色、紅色、藍(lán)色）。在顳骨模型的顱中窩及乙狀竇溝表面分別涂刷粉紅色和藍(lán)色丙烯顏料。
　　3.3-D顳骨模型的顯微鏡下解剖訓(xùn)練及手術(shù)演練
　　用電鉆、吸引器、鉤針等顯微器械在顯微鏡下對3-D顳骨模型進行手術(shù)模擬。
　　(1)對比慢性化膿性中耳炎患者3-D顳骨模型與手術(shù)時人體顳骨在轉(zhuǎn)磨時硬度的差異，以及在解剖結(jié)

10、構(gòu)上（如外形上，外耳道、顳線、道上棘、乙狀竇溝等表面骨性標(biāo)志;顯微鏡下，錘骨、砧骨、鐙骨、匙突、面神經(jīng)、圓窗龕、卵圓窗龕、椎隆起、半規(guī)管、咽鼓管、乳突氣房、中耳鼓室等內(nèi)部結(jié)構(gòu)及病變組織）的精確度差異。2例顳骨模型模擬手術(shù)及2例慢性化膿性中耳炎手術(shù)均由同1名耳科專家完成（高級職稱以上，從事耳科手術(shù)10年以上）;
　　(2)針對中耳手術(shù)常見解剖學(xué)標(biāo)志，如聽骨鏈，匙突，錐隆起，圓窗龕，咽鼓管等進行比較分析，對比正常人和慢性化膿性中耳炎患

11、者3-D顳骨模型重建的準(zhǔn)確性差異。對3-D顳骨模型的解剖操作由4名耳科專家擔(dān)任（高級職稱以上，從事耳科手術(shù)10年以上），每位耳科專家分別對1個正常人顳骨模型和1個慢性化膿性中耳炎患者顳骨模型進行解剖操作。
　　結(jié)果:
　　1.利用Mimics10.01軟件對顳骨CT數(shù)據(jù)進行圖像后處理及三維重建，可清晰呈現(xiàn)乳突氣房、鼓室、錘骨、砧骨、面神經(jīng)、乙狀竇溝、頸靜脈窩、頸內(nèi)動脈管、半規(guī)管管腔及耳蝸管腔等結(jié)構(gòu)，雖部分鐙骨（尤其是鐙骨足板

12、）未能顯示，但通過調(diào)整CT閾值可重建出完整鐙骨。
　　2.3-D顳骨模型的硬度與人骨相近，可用電鉆、吸引器、鉤針等顯微器械在顯微鏡下進行解剖訓(xùn)練或模擬手術(shù);模型內(nèi)部“骨質(zhì)”硬度稍低于標(biāo)本表面“骨質(zhì)”硬度。研磨產(chǎn)生的“骨粉”粘度比正常人骨骨粉粘度更大，用水流沖洗及吸引器可清除。
　　3.3-D顳骨模型的重要解剖結(jié)構(gòu)以不同顏色打印，從而對不同的解剖結(jié)構(gòu)進行區(qū)分（聽骨鏈、面神經(jīng)、位聽器、內(nèi)淋巴囊、頸內(nèi)動脈分別呈現(xiàn)為橘色、黃色、玫紅

13、色、綠色、紅色），方便操作者在鉆磨標(biāo)本時對這些標(biāo)志性結(jié)構(gòu)的辨認(rèn)。
　　4.顳骨模型外形逼真，外耳道、顳線、道上棘、乙狀竇溝等表面骨性標(biāo)志明顯。顯微鏡下鉆磨過程發(fā)現(xiàn)，正常顳骨模型的聽骨鏈（錘骨、砧骨、鐙骨）、匙突、面神經(jīng)、圓窗龕、卵圓窗龕、椎隆起、半規(guī)管、咽鼓管等清晰可辨，乳突氣房、中耳鼓室等空腔結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)良好。
　　5.本研究對2例慢性化膿性中耳炎顳骨模型進行模擬手術(shù)，其中1例中耳炎顳骨模型聽骨鏈完整，病變組織（藍(lán)色）緊貼硬腦

14、膜，提示實際手術(shù)中應(yīng)注意清除病變同時防止硬腦膜損傷等并發(fā)癥;而另外1例聽骨鏈完整，病變范圍局限，易于清除。據(jù)此，對這2例患者行乳突根治術(shù)及鼓室成形術(shù)，術(shù)后患者均恢復(fù)良好，并證實術(shù)前的判斷。
　　6.慢性化膿性中耳炎顳骨模型的部分中耳腔及乳突腔被炎性滲出及膽脂瘤（藍(lán)色）填充，顳骨未被炎性滲出及膽脂瘤覆蓋部分的骨性標(biāo)志清晰可辨，但炎性滲出及膽脂瘤與周圍骨質(zhì)的硬度相當(dāng)，需把前者鉆磨清除方能顯露被覆蓋的骨質(zhì)。通過4名耳科專家對4個正常人顳

15、骨模型和4個慢性化膿性中耳炎顳骨模型進行解剖操作及對比，一致認(rèn)為由于慢性化膿性中耳炎顳骨模型中“炎性滲出及膽脂瘤”雖然在顏色上可與周圍正常骨質(zhì)相辨別，但在鉆磨質(zhì)感上，無法與周圍正常骨質(zhì)加以區(qū)分，故正常人比慢性中耳炎患者3-D顳骨模型更接近人體實際;在重建的結(jié)構(gòu)精度上，正常人與慢性中耳炎患者3-D顳骨模型無明顯差異。
　　7.本研究的顳骨模型表面及內(nèi)部骨性標(biāo)志明顯，解剖精確度高，鉆磨觸感接近活體顳骨骨質(zhì)，滿足解剖技能訓(xùn)練及手術(shù)模擬的

16、要求。
　　結(jié)論:
　　1.顳骨模型的精確度基于CT圖像的精確度
　　隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展以及對詢證醫(yī)學(xué)的研究不斷深入，更高分辨率、更高清晰度的影像設(shè)備將普及臨床，依賴CT圖像精確度的個體化顳骨模型其仿真度必將越來越高。
　　2.顳骨模型的仿真度還基于3-D打印技術(shù)
　　本研究在國內(nèi)首次應(yīng)用粉末堆積打印技術(shù)制作出的3-D顳骨模型與國內(nèi)現(xiàn)存樹脂顳骨模型相比，仿真度更高、更接近實際人體解剖結(jié)構(gòu)，能夠滿足其應(yīng)用于

17、解剖技能培訓(xùn)及精確手術(shù)模擬的要求。(1)彌補了國內(nèi)3-D顳骨模型研究領(lǐng)域的空白;(2)幫助臨床醫(yī)生在術(shù)前全面了解患者的顳骨及周圍組織解剖結(jié)構(gòu)與病變情況，制定和優(yōu)化手術(shù)方案，減少并發(fā)癥;(3)從視覺甚至觸覺上，更真實地模擬鏡下操作環(huán)境，幫助年輕醫(yī)師熟悉顯微器械的鏡下操作，并突破了標(biāo)準(zhǔn)化顳骨模具無法解決解剖結(jié)構(gòu)變異的局限性。
　　創(chuàng)新點:
　　1.國內(nèi)尸體標(biāo)本緊張、解剖實驗室缺乏?；陲D骨CT圖像，利用三維重建及3-D打印技術(shù)制

18、作仿真顳骨模型，鑄型快速，精確度高，可用于模型教學(xué)、術(shù)前規(guī)劃、手術(shù)模擬等方面，對培養(yǎng)年輕醫(yī)師的手術(shù)操作技能以及對術(shù)者術(shù)前的預(yù)測與術(shù)中的輔助都具有廣闊的應(yīng)用價值。
　　2.國內(nèi)現(xiàn)有顳骨模型仿真度欠缺。本研究針對不同解剖結(jié)構(gòu)使用顏色打印，制造出仿真度更高、鉆磨觸感更優(yōu)的顳骨模型，逼真模擬手術(shù)過程。
　　3.強調(diào)醫(yī)學(xué)治療個性化，為病情復(fù)雜患者（如顳骨發(fā)育畸形、復(fù)雜膽脂瘤型中耳炎，顳骨部位腫瘤）評估手術(shù)風(fēng)險，擬定手術(shù)方案，符合廣大患