3D打印技術在神經(jīng)調控領域的應用解析

lydiazhang   2017-11-22 11:17:03

2007年,神經(jīng)調控是在科技、醫(yī)療和生物工程相結合的領域內,通過植入性或非植入性等方式,對中樞神經(jīng)系統(tǒng)及周圍神經(jīng)系統(tǒng)等發(fā)揮調控功能,以此達到恢復神經(jīng)功能、改善患者生存質量的目的。近年來,神經(jīng)調控技術廣泛應用于神經(jīng)系統(tǒng)損傷、慢性疼痛、膀胱及胃腸道功能障礙等疾病。其中,骶神經(jīng)調控是一種植入式可程控的骶神經(jīng)調節(jié)系統(tǒng),已被批準應用于急迫性尿失禁,尿急尿頻綜合征及非梗阻性尿潴留。截止目前,全球已有數(shù)十萬患者接受了該治療。

被譽為“第三次工業(yè)革命的重要標志之一的3D打印技術,是一種基于計算機數(shù)字成像技術及多層次連續(xù)打印的新興快速成型技術。近幾年來,隨著精準醫(yī)療及個體化醫(yī)療概念的提出,3D打印技術在醫(yī)學領域的應用日益廣泛。Waran等報道稱3D打印技術能夠用于打印醫(yī)學模型,制備用于教學的頭顱模型。Matthew等利用CT三維重建和3D打印技術制備患兒肩胛骨腫瘤的模型,協(xié)助醫(yī)生進行術前病情分析。目前,3D打印模型使用多種材質進行打印,能夠用于骨科醫(yī)療器械,活體組織和器官打印,其應用前景非常廣闊。

那么,3D打印技術是否能夠應用于骶神經(jīng)調控領域呢?骶孔的精確穿刺定位是骶神經(jīng)治療手術中至關重要的步驟之一,目前,臨床上通常在C臂機X光定位的指引下完成穿刺,由于骶骨骶孔的解剖位置存在一定的個體差異性,且人的骶孔大小僅為2mm,導致骶神經(jīng)治療中精確定位穿刺異常困難,需要耗費大量時間,加大手術難度。

2016年12月,上海交通大學附屬仁濟醫(yī)院泌尿科在全球首次開展3D打印技術應用于骶神經(jīng)治療獲得成功。該研究選取12例行骶神經(jīng)調控手術的患者,隨機分為對照組5例及實驗組7例,其中對照組采用傳統(tǒng)X線透視下十字定位法,而測試組采用3D打印技術制造個性化穿刺導航模板定位法:患者檢查前進行三點固定定位法,在體表人工形成三點不透光標記并使用特殊染料進行標記,以防止導航模板放置導致的偏差。術前進行骶尾椎CT檢查,獲得所需節(jié)段的CT數(shù)據(jù)。對CT數(shù)據(jù)進行處理,獲得相應軟組織及骨組織數(shù)據(jù),以此為基礎獲得手術中所用穿刺導航模板三維設計圖,然后利用3D打印設備打印成型(圖一),在S3進針孔上做到精確定位。

接下來通過比較兩組患者穿刺進針次數(shù),穿刺所用時間及術后感染等術后并發(fā)癥對臨床療效進行評估。結果如表一所示,兩組患者均完成手術,無傷口感染,而試驗組穿刺進針次數(shù)、穿刺成功所用時間及術中調控測試時間顯著低于對照組。該研究結果提示,3D打印技術應用于骶神經(jīng)調控手術的可行性及有效性,為骶神經(jīng)調控的精準化治療、個體化治療提供了方向。

表一:對照組及實驗組術中臨床指標統(tǒng)計

越來越多的研究表明,3D打印技術在神經(jīng)領域具有廣闊的應用前景。2017年, MG Taverner等將3D打印應用于神經(jīng)調控領域,以期為嚴重脊柱側彎、骨質疏松癥患者探索最佳的治療手段。首先利用3D打印技術將脊柱CT掃描制作成3D模型(圖二),根據(jù)模型發(fā)現(xiàn)在T12/L1位置存在足夠的空間允許進行脊髓刺激實驗。一期實驗結果表明脊髓刺激明顯改善了患者坐姿、站姿、走路、家務及社交等行為。永久植入后患者的疼痛也有了一定程度的減輕。

3D打印技術在醫(yī)學領域的應用成效顯著,利用3D打印技術可制作個體化的醫(yī)療用品。隨著數(shù)字醫(yī)學,新材料技術的逐步發(fā)展,3D打印技術在神經(jīng)調控領域的應用前景將更加廣闊。

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