【分析】脳出血の治療における3Dプリントの応用

脳出血は重大な脳神経外科的緊急事態です。精密医療の概念の発展に伴い、単純性、安全性、スピード、損傷の少なさなどの利点から、低侵襲性血腫穿刺およびドレナージがますます使用されるようになっています。正確で安全な穿刺は、効果の確保と合併症の予防の鍵となりますが、臨床現場では、CT の位置決め誤差、術者の操作偏差、患者の個人差などの要因により、穿刺方向や距離に偏差が生じ、穿刺失敗につながる可能性があります。正確で安全な穿刺は、脳出血の外科的治療の有効性を確保し、合併症を防ぐ鍵となります。

3Dプリント技術は、現在最も注目されているバイオメディカル研究分野の1つです。画像技術（CT、MRIなど）データの支援を受けて、コンピュータ支援設計技術を使用して構築するオブジェクトの3次元構造を仮想化し、対応する材料を使用して層ごとに実体を作成します。高精度と構築速度の速さの利点があります。

濱州医科大学付属病院脳神経外科における3Dガイドナビゲーションによる低侵襲血腫穿刺の応用には、3つの特徴があります。
（１）正確かつ安全であること。
（２）全身麻酔やヘッドフレームの固定は必要ありません。
（３）３Dプリント材料のコストはたったの50元です。

1. 画像データの取得：
患者は頭部CT検査を受け、高解像度の薄層CTスキャンデータが収集されました。一般的には、スキャン層の厚さが 1 mm、再構成層の厚さが 0.5 mm、層間隔が 0.1 mm の 64 列スパイラル CT が使用されます。元の CT 画像を DICOM 形式で保存した後、DVD ディスクに書き込んでエクスポートします。

2. 手術前の準備：
（１）高機能デスクトップパソコン、３Dプリンター、３Dプリント消耗品、３Dプリント設計ソフトウェア等
（２）医療頭蓋外科用電動ドリルとドリルビット、滅菌手術器具キット、２％リドカイン、５ｍｌ注射器、滅菌包帯パックとドレープ、滅菌手術用ガウンと手袋、縫合糸、使い捨て外部脳室ドレーン、マーカーペン等。
（3）患者の準備：血圧の監視と制御、血液の定期検査、血液型、凝固機能、肝臓、腎臓、心臓の機能、電解質、血糖値などの検査、心電図、手術前の絶食、ひげそりなど。

3. 脳CTデータの自動インポート：
DICOM形式の2次元画像データを自動インポートするMimics 16.0ソフトウェアのモジュールを使用して、データの整合性チェックを完了した後、DICOM形式の脳CTスキャンデータをコンピュータシステム内のMimics 16.0ソフトウェアにインポートし、ロスレス圧縮とシーケンス検出を行います。脳の前後、左右、上下の方向を設定し、脳画像の冠状面、矢状面、横断面を決定し、脳データの自動インポートを完了します。

頭部および頭蓋内血腫の3Dモデル

「マスク全体」の3Dモデル

4. 頭蓋内血腫に対する穿刺チャネルの設計：
頭蓋内血腫の穿刺経路の設計では、まず、以前の3次元再構成頭部モデルに基づいて穿刺ポイントを決定し、次に以前の3次元再構成頭蓋内血腫モデルに基づいて穿刺経路の長さと方向を正確に計算します。穿刺経路は、側方裂と周囲の重要な血管や神経を避けるように注意を払います。側頭穿刺点では重要な側頭血管や機能領域を避ける必要があり、穿刺経路では側方裂や中大脳動脈などの重要な構造を避ける必要があります。

円筒の3D再構築

穿刺経路の3D再構成

5. 3Dプリントによる低侵襲穿刺

浜州医科大学付属病院脳神経外科は2015年9月に3Dプリンティング医療研究所を設立しました。李澤富所長のリーダーシップの下、脳神経外科の臨床治療に3D技術をうまく応用し、目覚ましい成果を上げました。

3D ガイドによる低侵襲血腫穿刺の適用以来、数々の改良と革新を経て、100 件近くの手術が実施され、満足のいく結果が得られました。いくつかの症例をランダムに選択してご紹介します。

症例1：患者李さん（女性、46歳）は、「突然の言語障害と1日間の右手足の運動障害」のため入院しました。

入院時の身体検査：眠気、ろれつが回らない。両瞳孔径は約2mmで、光に敏感に反応します。右上肢の筋力はレベル1、右下肢の筋力はレベル2、左下肢の筋力はレベル5です。脳CT検査では左大脳基底核に脳出血が認められた。入院後、患者は外科的禁忌がなく、3Dガイドプレートの下で側頭部から低侵襲血腫穿刺が行われた。術後のCTスキャンは図の通りで、ドレナージチューブの位置は良好であった。 12日後の追跡頭部CTスキャンでは、血腫は完全に吸収され、患者の右肢の筋力はレベル4まで回復し、自力で生活できる状態であることが確認された。

患者の画像データ

症例2：患者ガオさん（女性、72歳）は、「突然の1時間の意識不明」のため入院した。

入院時の身体検査：昏睡、目の痛み、会話不能。両側の瞳孔の直径は約2mmで、光に反応しませんでした。右肢のチクチク感には反応がなかったが、左肢にはチクチク感と屈曲があった。脳CT検査では左大脳基底核に脳出血が認められた。入院後、手術禁忌が除外され、3Dガイド下で前頭部血腫腔穿刺が行われた。図に示すように、術後の頭部CTスキャンが実施された。ドレナージチューブは血腫腔の中心に位置し、穿刺位置は良好であった。手術から半月後の追跡頭部CTスキャンでは、血腫は完全に吸収され、右下肢の筋力は3+、右上肢の筋力はレベル3であることが確認されました。 3か月後、外来フォローアップ検査では、右手足の筋力がレベル4まで回復し、自力で生活できる状態であることが確認されました。

患者2の画像データ

症例3の患者、張さん（男性、50歳）は、「突然のろれつが回らなくなり、右手足の動きが6時間も困難になった」ため入院した。

入院時の身体検査：眠気、叫ぶと目が開く、ろれつが回らない。両側の瞳孔の直径は約2mmで、光に反応しませんでした。右手足の筋力はレベル2、左手足の筋力はレベル5です。脳CT検査では左大脳基底核に脳出血が認められた。入院後、手術禁忌が除外され、3Dガイド下で前頭部血腫腔穿刺が行われた。図に示すように、術後の頭部CTスキャンが実施された。ドレナージチューブは血腫腔の中心に位置し、穿刺位置は良好であった。手術から17日後の追跡頭部CTスキャンでは、血腫は完全に吸収され、右下肢の筋力は4+、右上肢の筋力はレベル4であることが示されました。自分を大事にして下さい。

患者3の画像データ

症例4：患者王さん（男性、46歳）は、「3日間の頭痛と左手足の麻痺」のため入院しました。

入院時の身体検査：眠気、呼ぶと目が開き、会話は問題なかった。両側の瞳孔は直径約2mmで、光に反応します。左手足の筋力はレベル2、右手足の筋力はレベル5です。脳CT検査では右大脳基底核に脳出血が認められた。入院後、手術禁忌が除外され、3Dガイド下で前頭部血腫腔穿刺が行われた。図に示すように、術後の頭部CTスキャンが実施された。ドレナージチューブは血腫腔の中心に位置し、穿刺位置は良好であった。手術から3日後、血腫腔内にウロキナーゼを注入したところ、血腫はほぼ消失しました。

患者4の画像データ

正確で安全な穿刺は、脳出血の外科的治療の有効性を確保し、合併症を防ぐ鍵となります。現在、臨床現場では、術中 CT 位置決め、コンピューター支援ガイダンス、手術ロボット支援が手術位置決めシステムとしてより一般的に使用されていますが、それぞれに長所と短所があります。

術中CT位置決めはほとんどの病院で比較的普及しており、機器も安価ですが、操作に柔軟性がなく、穿刺を繰り返し調整する必要があり、放射線の危険性があります。コンピューター支援ガイダンスは位置決めが正確で、手術中にリアルタイムの画像サポートを提供できますが、高価で、位置決め装置の設置が必要です。手術ロボットは最新の術中位置決め方法であり、人間の手の震えの欠点を克服し、正確な位置決めが可能ですが、非常に高価で、まだ普及していません。

コンピュータ技術の発展に伴い、デジタル手術支援位置決めシステムが手術でますます使用されるようになっています。手術前にコンピュータ上で手術計画を正確に設計およびシミュレーションすることができ、手術中に医師が設計計画を完全に正確に実行できるように支援およびガイドすることができます。

3Dプリント技術は、現在最も注目されているバイオメディカル研究の方向の1つです。画像技術（CT、MRIなど）データの支援を受けて、コンピュータ支援設計技術を使用して構築するオブジェクトの3次元構造を仮想化し、対応する材料を使用して層ごとに実体を作成します。高精度、構築速度が速い、オンデマンド製造、パーソナライズ、精密、遠隔性などの利点があり、特に医療分野での応用に適しています。 3Dガイド支援による低侵襲血腫穿刺は、正確かつ安全であるだけでなく、局所麻酔下で実施できるため、全身麻酔手術のリスクが軽減され、手術コストが大幅に節約されます。

著者: 李澤福

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