孫愛軍

【摘要】本文基于3D打印技術(shù)的特點(diǎn)，介紹了3D打印技術(shù)的基本原理以及3D打印的局限性和優(yōu)勢(shì)性，闡述了3D打印技術(shù)在外科手術(shù)臨床與教學(xué)中的現(xiàn)狀與發(fā)展。3D打印技術(shù)的立體建模有助于學(xué)員在最短的時(shí)間內(nèi)掌握疾病的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及分型特點(diǎn)，并對(duì)手術(shù)方案及具體難點(diǎn)有提前了解，對(duì)手術(shù)部位進(jìn)行1：1復(fù)制，進(jìn)行仿真手術(shù)，從而達(dá)到精準(zhǔn)手術(shù)要求。

【關(guān)鍵詞】3D打印? 外科手術(shù)? 仿真

【中圖分類號(hào)】R687.3;TP391.73? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2019）50-0162-02

1.引言

3D打印技術(shù)（Three Dimensionall Printing，3DP）是屬于增材制造的一種，它最早誕生于20世紀(jì)90年代，主要應(yīng)用在制造業(yè)、航天航空業(yè)以及軍事領(lǐng)域。隨著3D打印的材料和控制技術(shù)的發(fā)展，人們不再滿足這種先進(jìn)的技術(shù)只局限在原型制造和模型生產(chǎn)上，開始向更多的領(lǐng)域拓展。尤其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的外科手術(shù)中，作為目前先進(jìn)的3D打印技術(shù)已經(jīng)不斷的與醫(yī)療行業(yè)緊密融合，3D打印技術(shù)已然成為了外科手術(shù)臨床與教學(xué)不可或缺的重要組成部分，也為精準(zhǔn)醫(yī)療的實(shí)現(xiàn)和發(fā)展提供了新的思路與保障。

2.3D打印基本原理

3D打印技術(shù)可根據(jù)模型的三維數(shù)據(jù)信息，可以快速、準(zhǔn)確地制造出三維實(shí)體的，一種基于離散/堆積成型思想的快速成型技術(shù)。其屬于快速成形技術(shù)的一種，其以數(shù)字模型為基礎(chǔ)，運(yùn)用塑料或粉末狀金屬等可粘合材料，通過逐層堆疊的方式來構(gòu)造物體。過去常在建筑、軍事、醫(yī)療等領(lǐng)域中應(yīng)用。目前，3D打印技術(shù)日趨成熟，逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造。這就意味著“3D打印”這項(xiàng)技術(shù)正在不斷普及。目前，在醫(yī)療領(lǐng)域3D打印技術(shù)已被逐漸應(yīng)用，并且已經(jīng)成為全世界較為前沿的研究領(lǐng)域。

3.3D打印在外科手術(shù)上的應(yīng)用

隨著CT（Computer Tomography）、MRI（Magnetic Reson？鄄ance？鄄imaging）、PET（Position Emission Computed Tomography）等技術(shù)和數(shù)字化醫(yī)療技術(shù)的快速發(fā)展，醫(yī)生簡(jiǎn)單而又快速準(zhǔn)確地獲取病人的三維數(shù)據(jù)信息，在建模及數(shù)據(jù)處理后，立體模型就會(huì)被快速構(gòu)建完成。醫(yī)生可根據(jù)醫(yī)療模型診斷病情，制定更加具體詳細(xì)的手術(shù)方案，研究術(shù)式及模擬手術(shù)過程。醫(yī)療模型的應(yīng)用將使得手術(shù)更加精準(zhǔn)，手術(shù)時(shí)間縮短且可提前練習(xí)，在提高高難度手術(shù)成功率的同時(shí)也大大降低了并發(fā)癥的發(fā)生率。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中對(duì)于3D打印工藝和精度要求的對(duì)比如表1所示。

表1? 3D打印比較表

如今在醫(yī)療領(lǐng)域中，所使用的3D打印技術(shù)主要有以下幾種：光固化（Stereo Lithography Apparatus， SLA），多噴頭噴射（Multi？鄄jet，MU），數(shù)字光固化（Digital Light Processing， DLP），選擇性激光燒結(jié)（Selective Laser Sintering，SLS），熔融沉積（Fused Deposition modeling，F(xiàn)DM），疊層實(shí)體（Laminated Object Manu？鄄facturing，LOM），電子束熔融（Clectron Beam Melting. EBM）等。同時(shí)能夠被3D打印技術(shù)所利用的醫(yī)療領(lǐng)域材料也較多，主要有金屬粉末、熱塑性塑料、石營(yíng)粉末、陶瓷粉末、鈦合金、光敏聚合物、鋁箔、塑料等。2015年9月11日，3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)界再次獲得重大突破，西班牙成功施行首例3D打印鈦合金胸肋骨植入手術(shù)。2014年8月28日，西安市周至縣的胡偉（化名）在蓋房時(shí)不幸被電弧擊中頭部，由3層樓房高空處墜落，被送到醫(yī)院緊急手術(shù)后雖然保住了性命，但還是導(dǎo)致頭蓋骨缺失，毀容嚴(yán)重。第四軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院采用3D打印技術(shù)來輔助，成功實(shí)施手術(shù)，使其成功恢復(fù)外觀。

目前在國(guó)內(nèi)，用于醫(yī)療的三維模型已被用于骨科、口腔頜面外科等科室的診斷、術(shù)前評(píng)估及術(shù)式的確定。3D打印技術(shù)在外科手術(shù)中主要用于：（1）診斷與預(yù)判;（2）手術(shù)模擬;（3）術(shù)中導(dǎo)航。在與傳統(tǒng)方法相比，醫(yī)療影像是難以了解人體內(nèi)部關(guān)節(jié)組織的破損狀況，而3D打印可以建立有效的三維物理模型，利用醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)結(jié)合醫(yī)學(xué)影像和三維仿生模型可以直觀的了解患者的病情。在外科手術(shù)中對(duì)于一些青年醫(yī)師來說，沒有豐富的經(jīng)驗(yàn)一場(chǎng)手術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)率往往較高，而有了3D打印技術(shù)的輔助我們就可以模擬出逼真的模擬環(huán)境，可以調(diào)整手術(shù)方式優(yōu)化手術(shù)方案。總的來說，3D打印技術(shù)能非常直觀地顯示人體內(nèi)外結(jié)構(gòu)，而醫(yī)療信息的獲取也更加豐富，在具體應(yīng)用中有很好的發(fā)展前景。目前3D打印在外科手術(shù)中成功實(shí)現(xiàn)的案列有很多：

（1）如復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院利用三維技術(shù)呈現(xiàn)的醫(yī)療模型）為一例主動(dòng)脈瓣重度狹窄合并關(guān)閉不完全患者實(shí)施了主動(dòng)脈瓣置換手術(shù)（TAVI）規(guī)劃與導(dǎo)航，在醫(yī)療模型的幫助下，TAVI手術(shù)成功進(jìn)行。

（2）沈陽(yáng)軍區(qū)總院利用生物3D打印技術(shù)構(gòu)建的腎盂成形術(shù)模型、腎部分切除術(shù)模型、腎根治切除術(shù)模型被應(yīng)用到青年醫(yī)師教學(xué)中，教學(xué)效果良好。IGAMI等生物3D打印出的人體肝臟模型，此模型被用于肝臟小腫瘤切除手術(shù)上，模型的使用提高了手術(shù)的成功率。

3.1 3D打印在骨骼外科手術(shù)中的應(yīng)用

3D打印技術(shù)可以將虛擬的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)矢量模型快速的轉(zhuǎn)化為“三維實(shí)物模型”，由于3D打印實(shí)物模型具有很強(qiáng)的立體直觀性，所以目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用在不同領(lǐng)域。目前3D打印技術(shù)主要是在復(fù)雜的腫瘤切除、脊柱畸形及損傷、整形、口腔下領(lǐng)骨修復(fù)、骨缺損和假體制作等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。

它是通過提取CT、MRI掃描數(shù)據(jù)，在經(jīng)過專業(yè)軟件處理，重建三維模型，并通過3D打印技術(shù)制作出實(shí)物模型，更加準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)影像資料隱藏的解剖信息，并且還可以直接在打印的物模型上進(jìn)行預(yù)判診斷、制定手術(shù)方案、模擬手術(shù)操作，還可根據(jù)患者需要設(shè)計(jì)、制造個(gè)性化器械從而提高疾病的診斷精準(zhǔn)率，增加手術(shù)的安全性。

3.2 3D打印在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的未來

隨著醫(yī)學(xué)水平的發(fā)展外科手術(shù)的要求越來越高，3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)也越來越明顯，相信在外科手術(shù)的應(yīng)用上也會(huì)越來越成熟。不足之處也會(huì)隨著技術(shù)的發(fā)展得到解決，在臨床中與教學(xué)中將更加廣泛。未來3D打印技術(shù)必將極力推進(jìn)人類醫(yī)療事業(yè)的蓬勃發(fā)展。

4.結(jié)論

3D打印技術(shù)在人才培養(yǎng)、技術(shù)創(chuàng)新等方面具有很多教學(xué)手段難以替代的優(yōu)點(diǎn)，是未來臨床教學(xué)發(fā)展的必然趨勢(shì)。3D打印模型雖然在一定程度上彌補(bǔ)了學(xué)員對(duì)疾病的感性認(rèn)識(shí)，但3D打印的實(shí)物模型仍存在以下不足：（1）3D打印技術(shù)在手術(shù)上的應(yīng)用還在探索階段，需要不斷地完善與積累;（2）3D打印模型在多種材料同時(shí)打印甚至包括生物材料打印方面還不夠完善，只能較為真實(shí)地再現(xiàn)肌肉、血管和神經(jīng)的走形和分布;（3）3D打印模型模擬手術(shù)的截骨及植入等操作與實(shí)際人體內(nèi)的操作過程相比，達(dá)不到理想狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李曙明，李萌，楊益民等.3D打印及計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在骨科臨床教學(xué)中的應(yīng)用探討——以復(fù)雜脊柱畸形治療為例[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2015（2）：191-194

[2]孔金海，鐘南哲，王君成等.3D打印模型在臨床八年制情景教學(xué)中的應(yīng)用[J].基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育，2015（10）：924-926.

[3]賀衛(wèi)衛(wèi)，賈文鵬，劉海彥等.快速成形技術(shù)在金屬多孔材料制備中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀[J].稀有金屬快報(bào)，2008（8）：45-49.