增强现实技术联合3-D打印技术行半椎体置换治疗椎体肿瘤

目的总结增强现实（AR）技术联合3-D打印技术行半椎体置换治疗椎旁巨大神经鞘膜瘤1例经验。方法2017年3月收治1例66岁男性椎旁巨大神经鞘膜瘤患者。术前CT增强扫描显示，脊柱腰骶部右侧旁盆腔内见一8.9CM×7.8CM×7.6CM大小的不均匀明显强化肿块。利用Mimics软件处理CT扫描数据，模拟手术切除肿瘤，设计L5、S1椎体模型，并3-D打印钛合金椎体。术中术者佩戴导入了术前重建AR影像的Hololens眼镜，彻底切除肿瘤后，植入打印钛合金椎体。结果患者手术顺利完成，手术时间245min，术中出血量约1200mL。术后病理检查结果示：（腹膜后脊柱旁）神经鞘瘤。术后6个月随访，患者疼痛视觉模拟评分（VAS）由术前5分降至2分；X线片及CT复查示钛金属椎体呈部分骨性融合，位置良好，无断裂、脱出，椎体无塌陷。结论应用AR技术辅助肿瘤切除，联合3-D打印假体置换治疗椎旁巨大肿瘤可行。

增强现实（AR）技术是通过电脑技术，将真实环境和虚拟物体实时地叠加至同一个画面空间，其在医学领域具有广阔应用前景。3-D打印技术属于快速成型技术，目前已有用于打印金属植入物或组织模型并植入人体内的报道。但目前有关将AR技术与3-D打印技术联合用于临床的报道极少。2017年3月，我们采用AR辅助下切除椎旁巨大肿瘤，并联合3-D打印技术辅助半椎体置换成功治疗椎旁巨大神经鞘膜瘤1例。报告如下。

病例介绍

患者男，66岁。因查体时发现右下腹部占位4d入院。检查右下腹部有一拳头大小包块，无下肢麻木及放射痛。盆腔CT增强扫描显示，脊柱腰骶部右侧旁盆腔内见一8.9CM×7.8CM×7.6CM大小的不均匀明显强化肿块，相邻L5、S1椎体骨质破坏，破坏骨质边缘呈压迹状轻度硬化，肿块推压对应右侧输尿管前移，右肾盂轻度扩张积水；CT血管造影显示，右侧髂总、髂外、髂内动静脉均被肿块推压向外前方移位，右髂内、外静脉受压明显变细；腰骶尾椎MRI显示，肿块呈稍长T1、长T2混杂信号，弥散加权像呈不均匀高信号，肿块部分内侧缘与L5、S1椎间孔关系密切。超声引导下经皮穿刺行病理检查考虑为神经鞘膜瘤。术前利用Mimics软件处理CT扫描数据，模拟手术切除肿瘤，并设计L5、S1椎体模型，然后将椎体模型数据导入3-D金属打印机，采用钛合金（Ti6AL4V）按照1∶1比例打印实体椎体。见图1。

全麻后，患者先取截石位，在膀胱镜下行右侧输尿管置管术以保护输尿管；再更换为仰卧位，右臀部垫高，术者佩戴导入了术前重建AR影像的Hololens眼镜后手术。取右下腹倒“八”字切口，长约15CM，依次切开皮肤、皮下及腹横肌，保护并向左侧推开腹膜，显露肿物，利用Hololens眼镜所虚拟的图像与现实相叠加，精准定位肿瘤和周围血管、神经的关系，显示肿物呈卵圆形，大小约11CM×9CM×6CM，质硬，表面光滑，与周围软组织及L5、S1椎体右侧粘连明显，髂内动脉、髂外动脉、髂静脉及右侧输尿管受推压并移位；仔细分离肿物，结扎并切断肿瘤供血动静脉，保护并牵开髂内动脉、髂外动脉、髂静脉及右侧输尿管，见肿瘤蒂位于右侧L5神经根鞘膜，仔细分离并保护正常的L5神经根，清除与周围组织的粘连，以咬骨钳及刮匙去除瘤体至正常骨质，检查术区并仔细止血，安装术前打印的钛合金椎体，拧入数枚锁定螺钉固定。

结果

本例患者手术顺利完成，手术时间245min，术中出血量约1200mL。术后病理检查结果示：（腹膜后脊柱旁）神经鞘瘤，细胞生长活跃，体积11CM×9CM×6CM。免疫组织化学检查示：S-100（+）、CD34（–）、SMA（–）、Des（–）、CD117（–）、Ki-67（–）、CK（–）、CD99（+）、NF（–）。术后6个月随访，患者生活质量明显提高，疼痛视觉模拟评分（VAS）由术前5分降至2分；X线片及CT复查示钛金属椎体呈部分骨性融合，位置良好，无断裂、脱出，椎体无塌陷。见图2。

讨论

3-D打印技术应用  脊柱原发骨肿瘤相对少见，手术切除是最佳治疗方法。但由于脊柱特殊的解剖结构，传统手术方式难以彻底切除瘤体。为最大程度暴露并切除肿瘤，减少周围血管、神经及脏器损伤，手术方案的选择尤为关键。本例患者术前CT血管造影检查示右侧髂总、髂外、髂内动静脉均被肿块推压向外前方移位，进一步通过三维重建模型明确了肿瘤与重要神经、血管的毗邻关系，并模拟手术切除肿瘤，以指导临床实际操作，有效避免了重要结构的损伤。另外肿瘤切除后，无匹配的假体，通过3-D打印制备个性化腰椎假体行半椎体置换，达到完美匹配。

AR技术应用  我院应用的AR技术是基于三维自动化骨重建技术算法的自动化三维建模技术，根据影像数据进行边缘检测，获取模型表面的三维坐标，采用表面搜索算法提取表面特征点，用三角形法生成表面三维网格模型，渲染生成三维模型。重建的软组织可透明化，术中术者能明确骨周围软组织情况。将该系统用于脊柱肿瘤手术过程中，转变了传统的充分暴露肿瘤及周围组织，直接将肿瘤及周围组织的三维解剖叠加于手术视野上。利用特制的AR眼镜作为跟踪工具和导航屏幕，将术前分割、规划的手术方案和术中肿瘤信息叠加至现实手术场景中，解决了传统手术导航系统中导航信息与手术场景相分离的问题，使手术过程更简便、直观，缩短了手术时间，既能高效、准确地分离肿瘤，又能保护周围重要血管、神经及脏器。但AR技术的虚实空间配准交互融合、三维图像配准、视觉定位与跟踪、路径规划等关键技术问题还需要进一步研发。