血液/肿瘤疾病
3D打印技术在儿童腹膜后神经母细胞瘤精准切除术中的价值
中华实用儿科临床杂志, 2021,36(21) : 1632-1635. DOI: 10.3760/cma.j.cn101070-20200323-00478
摘要
目的

探讨3D打印技术在儿童腹膜后神经母细胞瘤(NB)精准切除术中的应用价值。

方法

选取2017年3月至2019年12月河南省人民医院小儿外科收治的11例腹膜后NB患儿,患儿术前均行全腹部平扫+增强CT扫描,将原始数据导入mimics 20软件进行处理,使用多层编辑、阈值调节、区域增长、3D编辑等命令重建出肿瘤及周围重要血管,输出标准化的3D打印stl格式文件,通过3D打印机打印出肿瘤模型。根据3D重建结果进行精准手术规划,确定最佳手术方案。回顾性分析全部患儿资料,对患儿家长进行问卷调查,并对调查结果进行统计分析。

结果

11例患儿均在3D打印技术规划下完成手术,其中9例患儿实现肿瘤精准完整切除,2例患儿行姑息性切除,手术时间为140~750 min,平均210 min,出血量为100~1 500 mL,平均240 mL。术后病理报告示NB 9例,节细胞NB 2例,无围术期死亡病例。术后并发症2例,包括1例严重腹泻合并乳糜漏,予肠外营养、生长抑素等对症治疗后缓解,1例左髂动脉吻合后左下肢负重困难,予康复理疗后好转。术后随访时间为1~30个月,2例出现原手术区域复发,其中1例化疗后接受再次手术、1例继续化疗中,2例姑息性切除患儿予化疗带瘤生存。应用3D模型病情沟通后患儿家长对疾病、手术方式、术后并发症等知晓率明显高于CT交代病情。

结论

3D打印技术能准确评估儿童腹膜后NB与周围重要血管的结构关系,有助于提高患儿家长对手术方式的认知程度,有利于筛选最佳手术方案,实现肿瘤精准切除。

引用本文: 鲍俊涛, 张书峰, 杨凯骅, 等.  3D打印技术在儿童腹膜后神经母细胞瘤精准切除术中的价值 [J] . 中华实用儿科临床杂志, 2021, 36(21) : 1632-1635. DOI: 10.3760/cma.j.cn101070-20200323-00478.
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神经母细胞瘤(NB)起源于肾上腺髄质或脊柱旁交感神经链,是儿童最常见的颅外恶性实体肿瘤[1]。该肿瘤发病隐匿、恶性程度高,就诊时多出现全身转移,危及生命[2]。尽管儿童放化疗技术日益发展,手术完整切除肿瘤仍是提高NB治愈率最重要的方法之一[3]。腹膜后NB毗邻重要脏器,多包绕腹盆腔大血管,如腹腔干、肠系膜上动脉、肾蒂、髂血管等,一直是儿童腹部手术的"雷区",操作困难,易出现大出血、脏器缺血梗死等严重并发症,手术难度大、风险极高。传统评估手术风险和规划手术方案多依赖于磁共振成像(MRI)、CT等常规二维检查,不能立体直观反映肿瘤与周围重要血管的关系。近年来3D重建打印技术发展迅速,可将原始二维影像资料重建为三维图像,并精准打印出手术区域解剖结构,已逐步应用于神经外科、骨科、口腔科等复杂手术规划及模拟手术训练[4,5,6]。本研究回顾性分析11例术前行3D打印的腹膜后NB患儿临床资料,探讨3D打印技术在腹膜后NB精准切除术中的应用价值及优势。现报道如下。

1 资料与方法
1.1 一般资料

2017年3月至2019年12月河南省人民医院收治NB患儿11例。其中男7例,女4例;年龄4个月~10岁,肿瘤最大径3.6~9.5 cm。术前采用上海儿童医学中心NB-99方案[7]化疗3~5个周期,均行国际神经母细胞瘤分期系统(INSS)分期(表1)。

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表1

NB患儿11例的一般资料

Table 1

General data of 11 children with NB

表1

NB患儿11例的一般资料

Table 1

General data of 11 children with NB

序号性别年龄包绕主要血管肿瘤最大径(㎝)血NSE(μg/L)术前化疗周期INSS分期
18月龄腹腔干、肠系膜上血管9.5186.34
210月龄左肾蒂、肠系膜下血管、髂血管4.5125.45
36岁下腔静脉、右侧髂血管5.026.73
410岁肠系膜上血管6.8207.14
54月龄腹腔干、肠系膜上血管7.0168.24
611月龄右肾蒂、门静脉4.3261.93
73岁脾动脉、下腔静脉、门静脉5.932.55
89月龄左髂血管、腰动脉3.6241.84
910月龄左侧髂血管4.0118.33
101岁腹腔干7.4146.24
116岁右肾蒂、肝总动脉6.075.43

注:NB:神经母细胞瘤;NSE:神经元特异性烯醇化酶

NB:neuroblastoma;NSE:neuron specific enolase

1.2 纳入排除标准
1.2.1 纳入标准

(1)NB术前诊断主要依据增强CT、血NSE、骨髓穿刺,术前化疗者均行超声引导下穿刺病理检查,患儿均经过术后病理证实;(2)术前行心肺肾功能检查及营养评估,无手术禁忌证;(3)本研究通过河南省人民医院医学伦理委员会批准[批准文号:2019(0729)],患儿法定监护人均知情同意。

1.2.2 排除标准

(1)并严重脏器功能障碍不耐受手术者;(2)并肝、肺、脑及椎管内转移者;(3)各项临床资料不完整、不能接受随访观察者。

1.3 方法
1.3.1 建立三维解剖模型

11例患儿术前均行64排螺旋CT(德国SIEMENS)全腹部盆腔平扫+增强薄层CT扫描,要求层厚0.625 mm,优质数据大小在200 MB以上。将CT检查数据的DICOM格式文件导入mimics 20软件,使用多层编辑工具重建肿瘤及周围脏器,使用阈值调节、区域增长、3D编辑等命令重建出腹主动脉、门静脉、下腔静脉等血管主干及肝总动脉、脾动脉、胃左动脉、肠系膜上动静脉、肠系膜下动静脉、肾动静脉、髂血管等分支血管。设置不同的颜色、透明度以区分显示肿瘤与周边脏器血管的空间位置关系,然后进行平滑及精细填充,最后输出标准化的3D打印stl格式文件。

1.3.2 打印3D模型

委托湖南华曙高科技有限责任公司打印3D模型,打印材料为FS3200PA尼龙粉末,按照2份新粉、2粉余粉、1份溢粉的配比搅拌后将形成的混合粉放入SLS打印设备中,将需要打印的模型导入设备打印,打印完成后取出工件清粉喷砂进行质检。

1.3.3 手术方法

根据瘤体大小及位置,一般取肿瘤区域沿肌肉走形竖切口,必要时延长切口或增加辅助切口充分显露手术野。探查腹腔情况结合术前规划,决定肿瘤为整块切除或网格式分块切除。一般自远离肿瘤的髂血管开始游离,遵循动脉优先、紧贴血管壁外膜与中膜之间游离,依次向上游离悬吊出未被肿瘤完全包裹的血管,切除与肿瘤关系密切但可代偿的血管,必要时分块切除肿瘤,保留被肿瘤完全包裹的重要血管,游离血管过程中如有出血,及时用proline线缝合修补,严重者行血管吻合重建术。根据周围脏器肿瘤侵犯情况,决定是否联合脏器一并切除,术后常规留置腹腔引流管。

1.3.4 满意度调查

设置问卷包括对疾病的认识和感受评定两部分。其中对疾病的认识包括是否理解肿瘤性质、大小与位置、与周围血管关系、手术方式、术后并发症、术后治疗等6个问题,感受评定按是否理解进行界定。术前同主任医师(术者)用CT和3D打印模型分别向患儿监护人介绍NB及手术相关事项,患儿监护人当场填写2份调查问卷,现场收回。

2 结果

11例患儿术前均行CT检查(图1A图1B)并完成三维重建,并分色打印出3D肿瘤模型,动脉红色,下腔静脉系统血管蓝色,门静脉系统血管绿色,肿瘤部分用红褐色表示(图2图3)。应用3D打印模型交代病情后患儿家长对肿瘤大小与位置、与周围血管关系、手术方式及并发症等的知晓率较CT沟通病情显著提高(表2),相关问题知晓率升高至:肿瘤大小与位置100%(11/11例)、与周围血管关系90.9%(10/11例)、手术方式81.8%(9/11例)、手术并发症90.9%(10/11例)。

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图1
NB患儿CT扫描 A:该肿瘤最大径4.56 cm;B:肿瘤侵犯左侧肾盂,瘤体包绕左侧肾蒂,肠系膜下动脉未显示
Figure 1
CT scan of the child with NB A:the maximum 4.56 cm of the tumor;B:the tumor involved the left renal pelvis,the tumor surrounded the left renal pedicle,and the inferior mesenteric artery was not shown
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注:NB:神经母细胞瘤

NB:neuroblastoma

图1
NB患儿CT扫描 A:该肿瘤最大径4.56 cm;B:肿瘤侵犯左侧肾盂,瘤体包绕左侧肾蒂,肠系膜下动脉未显示
Figure 1
CT scan of the child with NB A:the maximum 4.56 cm of the tumor;B:the tumor involved the left renal pelvis,the tumor surrounded the left renal pedicle,and the inferior mesenteric artery was not shown
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图2
NB患儿三维解剖模型
图3
NB患儿3D打印模型
图4
NB患儿术后血管骨骼化创面
Figure 2
Establish a three-dimensional anatomical model of the child with NB
Figure 3
3D print model of the child with NB
Figure 4
Postoperative vascular ossification wound of the child with NB
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注:NB:神经母细胞瘤

NB:neuroblastoma

图2
NB患儿三维解剖模型
图3
NB患儿3D打印模型
图4
NB患儿术后血管骨骼化创面
Figure 2
Establish a three-dimensional anatomical model of the child with NB
Figure 3
3D print model of the child with NB
Figure 4
Postoperative vascular ossification wound of the child with NB
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表2

神经母细胞瘤患儿11例家长病情沟通调查表

Table 2

Questionnaire about communicating the disease with parents of children with neuroblastoma in 11 cases

表2

神经母细胞瘤患儿11例家长病情沟通调查表

Table 2

Questionnaire about communicating the disease with parents of children with neuroblastoma in 11 cases

项目CT沟通病情3D打印沟通病情
肿瘤性质8392
大小与位置74110
与周围血管关系74101
手术方式3892
并发症47101
术后治疗5665

患儿均在3D打印技术规划下完成手术,手术时间为140~750 min,平均210 min,出血量为100~1 500 mL,平均240 mL,其中9例患儿实现肿瘤精准完整切除(图4),1例患儿肿瘤位于腹主动脉左侧髂总动脉分叉处,瘤体侵犯血管壁全层,术中左侧髂外动脉破裂大出血,出血量约1 500 mL,肿瘤行姑息切除,行血管修补后发现左侧足背动脉搏动差,考虑修补左侧髂外动脉狭窄,离断右侧髂内动脉及左侧髂外动脉,行右侧髂内动脉左侧髂外动脉吻合转流术,术后左下肢负重困难、不能长时间站立,给予康复理疗后好转。另1例肿瘤包绕肠系膜上动脉根部及分支,行姑息性切除手术。

术后病理报告示NB 9例,节细胞NB 2例,无围术期死亡病例。术后并发症2例,1例如上所述,另1例术后严重腹泻合并乳糜漏,予肠外营养、生长抑素等对症治疗后缓解。术后随访时间为1~30个月,2例出现原手术区域复发,其中1例化疗后接受再次手术、1例继续化疗中,2例姑息性切除病例均予化疗带瘤生存。

3 讨论

腹膜后NB约占全部NB患儿的65%,多学科联合协作组治疗(MDT)已成为标准治疗模式,其中手术切除仍是目前最重要的治疗环节[8]。腹膜后NB缺乏特异性临床表现,就诊较晚,肿瘤体积大并包绕侵犯周围血管器官,手术难度大。由于腹膜后NB复杂的解剖关系,术前精准评估肿瘤与周围血管关系和优化手术方案显得异常重要[8]。目前NB术前诊断方法主要为超声多普勒、CT、MRI等检查,但超声多普勒检查准确性取决于检查医师的经验,连续资料不易保存,对手术规划指导意义不大。CT及MRI检查仅能提供一组肿瘤部位二维断层黑白图像,二维断层图像只能表达某一界面的解剖信息,医师需要凭经验由多幅二维图像去估计或"构思"肿瘤与周围组织的三维立体关系。手术方案规划严重依赖医师的个体经验,手术切除率低,极易出现手术并发症。另外医患之间存在专业知识壁垒,仅凭CT及MRI结果很难做到术前有效沟通,存在一定医疗纠纷隐患。

三维可视化技术主要有三维模型重建、3D打印技术等,尤其3D打印技术在术前诊断、手术设计及教学、仿真手术训练等领域是国内外研究与应用的热点。三维重建影像相较于二维影像更加直观、立体、可视,不仅能精准分色展示肿瘤、瘤体与周边器官血管等关系,还能透视瘤体内部的血管,使术前诊断不再仅靠医师的经验和主观想象,而是有了以数字技术为基础的科学依据,对正确判断病情和减少误诊有极大帮助[9]。手术医师可以根据3D成像结果制定多方案手术规划,从而进行肿瘤精准切除并达到手术伤害最小化,必要时术前可进行高仿真模拟手术,有利于减少手术并发症并缩短低年资医师手术学习曲线[10]。3D打印技术将肿瘤直观立体的展示在患儿家长面前,打破专业知识壁垒,使患儿家长对病情一目了然,作为一种全新的医患沟通工具,能有效减少医患纠纷[11]。本研究组通过3D打印模型交代病情后患儿家长对病情的认识明显加深,尤其对肿瘤大小与位置、与周围血管关系、手术方式及并发症等的知晓率较CT沟通病情显著提高,也印证了以上观点。但本调查表设计主观因素大,家属通过CT交代病情已积累了对疾病的认知,可能会提升再次3D打印模型交代病情后知晓率,尚需进一步增加样本分组对比统计研究来明确3D打印模型可显著提高患儿家长对病情的认知。

腹膜后NB手术难点在于血管骨骼化、血管离断取舍、破损血管重建修补、周围脏器保护等。Kiely[12]提出通过分离解剖受侵血管、连同血管外膜及肿瘤一并切除的有计划而系统性的手术理念,徐震汉[13]也通过手术实践证实该方法的可行性。本研究也遵循该手术原则,尽量从远离瘤体组织的血管外膜开始游离,遵循游离动脉优先逐层逐步推进手术。尽管术前3D成像打印技术增加术者对重要血管辨识能力,但术中探查仍有一定的误差和变异,术前化疗可能增加血管脆性,术中血管损伤及大出血仍是不可完全避免的风险。本研究1例患儿术中游离左髂总动脉时大出血,出血量达1 500 mL,行血管吻合,肿瘤姑息性切除有残留,术后左下肢负重困难、不能长时间站立,考虑为血管止血吻合过程时间长,下肢缺血再灌注损伤,予康复理疗后有所好转。另1例系早期开展病例,瘤体侵犯压迫肠系膜上动脉、血管纤细,离断后发现全部小肠颜色变暗,急行血管重建术后肠管颜色变红润,肿瘤未能完整切除。术者应熟练掌握腹腔血管解剖基础,充分利用主要脏器侧枝供血途径,提升肿瘤切除率。本研究中1例患儿肿瘤包绕腹腔干及肠系膜上动脉,游离出腹腔干根部,发现与肿瘤关系非常密切,遂切断腹腔干,后剥离出肠系膜上动脉,完整切除瘤体,术后肝脏依靠肠系膜上动脉-胰十二指肠动脉弓-胃十二指肠动脉-肝固有动脉途径供血,胃十二指肠动脉为胃体供血,并通过胃短动脉为脾脏供血,术后适当提升血压保证以上器官侧支供血[患儿8月龄、收缩压80 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)以上],术后5 d肝功能下降至正常,该患儿术后出现腹泻及乳糜漏,考虑和分离解剖肠系膜上动脉及腹腔干区域不可避免损伤淋巴管神经组织有关[14],给予肠外营养、低脂饮食、生长抑素等治疗后缓解。通过术前评估,对周围脏器肿瘤浸润者一并联合脏器切除,尽量达到整块切除,对肿瘤分支状生长者,尽量分块切除后肉眼无残留,1例NB患儿瘤体包绕左侧肾蒂、侵犯左侧肾盂、左侧肾脏血供差明显缩小,手术一并切除左侧肾脏,术后复查肾功能无异常。患儿术后继续给予规范化疗,随访发现2例患儿在术后4~9个月后出现原位复发,这可能与肿瘤生物学行为有关[15],仍需进一步随访。

包绕重要血管的腹膜后NB的手术治疗仍是小儿外科医师持续探讨的难题,3D成像打印技术为腹膜后NB的术前诊断、精准设计手术方案、手术定位、医患沟通以及年轻医师业务学习等提供了一种帮助。但临床医师应清醒地认识到只有培养阅片能力、熟练掌握血管解剖技巧,3D成像打印技术才能起到如虎添翼的效果。建议有条件的单位对复杂腹膜后NB进行3D打印评估,使患儿得到最佳的精准医疗效果。

利益冲突
利益冲突

所有作者均声明不存在利益冲突

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