吳捷欣+陳強+張曉峰+楊越雄

摘 要：隨著3D打印技術的不斷發(fā)展成熟，該技術在醫(yī)學領域有了很多成功的范例。3D打印技術可根據(jù)臨床需要制作不同器官、不同部位、不同材質(zhì)的醫(yī)學模型，有效幫助醫(yī)生制定手術方案，提高手術精度、降低手術風險、縮短手術時間、減少醫(yī)患矛盾。3D打印醫(yī)學模型將會在醫(yī)學診斷中有廣泛的應用前景。

關鍵詞：3D打印 醫(yī)學模型 增材制造 臨床診斷

中圖分類號：R319 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）03（c）-0120-02

被稱為第三次工業(yè)革命的3D打印技術[1]又稱3D快速成型技術。隨著3D打印技術在各領域的廣泛應用，3D打印醫(yī)學模型制造成為在醫(yī)學領域應用的范例。該文在查閱大量文獻的基礎上，分別從3D打印技術制作模型的過程、在醫(yī)療診斷領域的實例應用等方面進行介紹，以3D打印為出發(fā)點，介紹3D打印技術在醫(yī)療診斷領域的發(fā)展狀況，并結(jié)合3D打印醫(yī)學模型的認識和存在的問題，展望3D打印技術在醫(yī)學診斷領域的未來前景與發(fā)展趨勢。

1 3D技術制作模型的過程

通過CT掃描得到DICOM圖片，采用高性能圖形處理服務器和三維軟件進行數(shù)據(jù)處理、三維重建，高清晰度放大，再通過工業(yè)級的3D打印機采用ABS材料，精確3D打印制作，得到等比例的三維模型。

2 3D技術在醫(yī)療診斷領域的實例應用

自1990年3D打印技術開始應用于醫(yī)學領域后，該技術在醫(yī)學領域也有了很多成功的范例。在骨科領域，Won等[2]、Sciberras等[3]成功將該技術應用于疑難髖關節(jié)手術治療中，根據(jù)實際情況制定出適合每位患者的個性化手術方案，甚至為特殊患者制備有針對性的假體[4]，提高了診斷的準確率與手術的精確度，使本來難度較大的髖關節(jié)治療手術變得更簡單；在骨科領域中，3D打印技術在骨組織修復重建、骨科個性化治療等方面也取得了較廣泛的應用[5]，并且一些骨科鈦合金打印體已經(jīng)應用于臨床并取得了較好的治療效果。目前，筆者所在團隊已為多家有影響力的醫(yī)院提供3D打印服務，打印的模型包括骨科、脊柱外科、腫瘤科等方面。

2.1 骨科診斷領域

2.1.1 副拇指畸形

雖然副拇指畸形矯正手術并不算是個高難度的手術，但當患者是成年人時，如何跟患者解釋手術過程顯得格外重要。3D打印手術模型可以方便地幫助醫(yī)生向患者展示他的畸形指骨，了解手術過程。術后醫(yī)生也可以作為教學模型與其他醫(yī)生分享交流，可讓參與醫(yī)生更直觀地了解病人術前狀況。

2.1.2 髖骨損傷

對于骨科醫(yī)生而言，手術治療髖臼骨折是一項巨大的挑戰(zhàn)。經(jīng)典的髖臼內(nèi)固定操作需要對骨盆深部結(jié)構進行廣泛的顯露，這種外科顯露可以產(chǎn)生明確相關的并發(fā)癥。為了減少手術創(chuàng)傷，降低手術相關并發(fā)癥，通過三維重建髖臼骨折部位，再用3D打印骨折部位的髖臼骨模型，手術醫(yī)生可以直觀觀察到骨折部位的解剖結(jié)構，可以提前研究手術方案并進行預演，提高了手術的質(zhì)量和安全性。

2.1.3 脊柱側(cè)凸畸形

由于脊椎手術本身特點及脊柱的結(jié)構復雜，脊柱手術難度和危險性高。許多手術技術需要進行復雜的立體操作，這些操作在非可視的情況下進入脊柱的腹地，會進一步增加手術的風險性。因此，更可靠、更安全、更易于實現(xiàn)的3D打印脊柱模型對脊柱手術的術前評估起著重要的作用。

2.2 腫瘤科

2.2.1 腦部腫瘤

腦腫瘤手術中易損傷病灶周圍正常組織。精確定位腫瘤所在位置及清楚周邊情況，對腦腫瘤切除手術至關重要。3D打印技術可重建腫瘤部位及整個顱腔的情況，醫(yī)生可清楚地了解腫瘤的情況，為手術做好準備。

2.2.2 骨腫瘤

骨腫瘤的手術治療包括腫瘤切除和骨缺損結(jié)構重建兩部分，前者術前應用解剖影像學（如CT、MRI）和功能影像學（如ECT、PET）等確定腫瘤范圍，利用三維重建、血管造影等了解腫瘤所在部位的解剖特點。以往，術者依據(jù)豐富的臨床經(jīng)驗建立腫瘤的三維構象來實施腫瘤切除手術；但對于復雜部位或微小腫瘤，切多少往往是術者顧慮的地方。3D打印醫(yī)學模型可幫助術者對手術部位進行術前規(guī)劃，可降低術中風險及提高手術質(zhì)量，給骨腫瘤患帶來腫瘤精確切除的福音，同時給予外科醫(yī)生更強的自信。

3 存在的問題

最近幾年，關于使用3D打印技術制作醫(yī)學模型的報道很多。制作的模型類型單一，精細程度不夠已經(jīng)成為這些醫(yī)學模型的通病，這些也是制約3D打印醫(yī)學模型廣泛應用的主要原因。目前使用最多的3D打印醫(yī)學模型為單一器官1～2種組織的打印，如打印腫瘤生長的膝關節(jié)，目前只打印出膝關節(jié)骨頭及腫瘤的大概情況，并沒有在模型上體現(xiàn)膝關節(jié)腫瘤附近神經(jīng)、肌腱、血管等復雜的分布狀況等細節(jié)情況。因此，此類模型更多用于跟病患進行術前溝通，醫(yī)生簡單判斷手術情況。

直到目前3D打印技術仍受限于造價高、速度慢、打印材料種類少等因素，導致其在臨床使用缺乏普遍性和深入性。如果可以像影像學片子可以當天取片，3D打印也可以當天制作完成，醫(yī)學模型的應用范圍會更廣泛。

4 應用前景及展望

去年年初，日本厚生勞動省下屬的中央社會保險醫(yī)療理事會已正式宣布將用于輔助醫(yī)療和手術的3D打印器官模型的費用納入標準醫(yī)療保險支付范圍。通過將3D打印器官模型費用納入保險支付范圍，日本的醫(yī)療系統(tǒng)能夠幫助無數(shù)患者獲得他們所需要的這種先進醫(yī)療服務。雖然具體的支付細節(jié)可能會根據(jù)疾病的不同有不同的要求，但是毫無疑問，對于日本的醫(yī)療3D打印行業(yè)來說，這是向前邁出的一大步，將使3D打印醫(yī)療模型成為日本醫(yī)院中一個常用的輔助醫(yī)療工具。

日本的例子很好地啟示我國3D打印醫(yī)學模型的應用思路。在不提高或輕微提高醫(yī)療成本的前提下，引入3D打印醫(yī)學模型作為輔助醫(yī)療工具，醫(yī)患雙方對病情有精確的了解及更深入的溝通，在目前中國國情的醫(yī)療條件下，這是一種緩解醫(yī)患雙方矛盾的有效方式。所以相關政策應支持或鼓勵將3D打印器官模型費用納入保險支付或醫(yī)保范圍。

同時，3D打印醫(yī)療器械暫未有成熟的技術服務指導或行業(yè)標準，3D打印醫(yī)學模型的產(chǎn)品標準應如何規(guī)定，這些問題在3D打印醫(yī)學模型成為常規(guī)產(chǎn)品前亟待解決。

5 結(jié)語

醫(yī)學模型3D打印技術對術前診斷有著重要的意義，但在國內(nèi)仍為受到廣泛應用。相比計算機輔助手術、手術導航及手術機器人而言，3D打印醫(yī)學模型的術前診斷雖然顯得粗糙，但卻是性價比較高的選擇。隨著國內(nèi)3D打印機的不斷研發(fā)及打印材料的成本降低，相信3D打印醫(yī)學模型將會被廣泛應用。

參考文獻

[1] Aaron Council， Michael Petch.3D Printing： Rise of the Third Industrial Revolution[M].Gyges 3D Presents，2014：1-5.

[2] Won SH，Lee Y，Ha YC，et al. Improving pre-operative planning for complex total hip replacement with a Rapid Prototype model enabling surgical simulation[J].Bone Joint J，2013，95-B（11）：1458-1463.

[3] Sciberras N，F(xiàn)rame M，Bharadwaj R，et al.A novel technique for preoperative planning of severe acetabular defects during revision hip arthroplasty[J].Bone Joint J， 2013，95-B（30）：63.

[4] Benum P，Aamodt A，Nordsletten L.Customised femoral stems in osteopetrosis and the development of a guiding system for the preparation of an intramedullary cavity a report of two cases[J].J Bone Joint Surg（Br），2010，92（9）：1303-1305.

[5] 易超然，羅婕姝，王文軍，等.3D 打印技術在骨組織修復個體化治療中的應用進展[J].中南醫(yī)學科學雜志，2015（43）：330-333.