楊少龍，王運登，石 斌

(鄭州鐵路職業(yè)技術學院，河南 鄭州 451460)

3D打印技術制作解剖病理模型在外科解剖教學及臨床中的應用

楊少龍，王運登，石 斌

(鄭州鐵路職業(yè)技術學院，河南 鄭州 451460)

3D打印(3D Printing)技術在現(xiàn)代制造業(yè)中有著廣泛的應用，在醫(yī)療行業(yè)中的應用也開始快速普及。3D打印技術通過CT(Computed Tomography ,電子計算機斷層掃描)或MRI(Magnetic Resonance Imaging,磁共振成像)等醫(yī)學影像學數(shù)據(jù)，重建人體三維的數(shù)字化模型，并將這些模型打印成具體的實物，可供外科醫(yī)生及醫(yī)學生分析病情、設計手術方案、進行手術方案演練等，有很強的臨床實用價值。

3D打印技術；解剖病理模型；外科解剖教學；臨床應用

一、3D打印技術簡介

3D打印技術，又稱添加制造(Additive Manufacturing)技術，也稱增材制造技術或增量制造技術。中國政府在2014年863計劃中，設立了3D打印技術專項，聚焦于航天航空、模具領域的需求，力爭突破3D打印技術中的核心關鍵技術[1-2]。

3D打印技術可以通過CT或MRI數(shù)據(jù)，精確建立病理模型，并立體打印為三維實體模型。復雜的外科手術往往需要進行演練，以確保手術的成功，3D打印技術能夠滿足構建3D模型的需求，在手術設計、操作演練和預后等方面具有廣闊的應用前景。這種技術已在整復外科、口腔科、眼科等領域中的顱骨修復、下頜骨修復等方面發(fā)揮了積極作用。在助聽器、假肢制造、骨科手術個性化導板、人工關節(jié)、人工外耳和個性化種植牙等方面，3D打印技術已得到了廣泛應用[3-4]。

二、3D打印技術制作解剖病理模型的過程

第一，獲取患者原始CT或MRI數(shù)據(jù)(.dicom格式存儲標準)。數(shù)據(jù)的精度越好，建模的質(zhì)量就越高，這決定了最終打印出的3D模型質(zhì)量。

第二，將掃描的.dicom格式數(shù)據(jù)導入三維建模軟件Mimics 10．01(Materialise公司，比利時)，行高精度的3D重建，顯示出完整的復雜結構，也可以有選擇地顯示血管、神經(jīng)、骨骼等結構。圖1是根據(jù)病人骨盆CT數(shù)據(jù)制作出的骨盆及雙側(cè)股骨近段三維CT表面重建模型。

圖1 骨盆及雙側(cè)股骨近段三維CT表面重建模型

第三，結合臨床，從三維模型里選擇對手術治療有用的信息，把其固定成為一個實體化的病理模型，將模型數(shù)據(jù)導出并保存為STL文件，并用3D打印機打印出來。圖2是3D打印的手骨模型，圖3是3D打印成型后的1:1脛骨平臺骨折模型,用鈦合金鋼板和螺釘模擬固定。

圖2 3D打印的手骨模型

圖3 3D打印成型后的1:1脛骨平臺骨折模型

第四，改進打印技術和材料，不斷完善打印出來的病理模型，使其更接近真實的病理組織結構，能更好地符合臨床需要。目前尚不能打印硅膠等軟體材料，打出來的模型都是硬質(zhì)結構，缺乏人體臟器所特有的柔韌性，這是目前本研究的局限性。隨著打印材料的改進，打印出的模型會更加貼近人體的真實狀態(tài)。

第五，3D打印技術還可以用高端金屬3D打印機打印人工膝蓋、髖關節(jié)等可供臨床使用的產(chǎn)品[5]。圖4是計劃開發(fā)的3D打印新型骨折固定夾板，具有輕便透氣、拆裝方便、符合人體工程學、可個性化定制等優(yōu)點。

圖4 3D打印新型骨折固定夾板

三、3D打印技術制作解剖病理模型在外科解剖教學及臨床中的應用

第一，傳統(tǒng)的外科手術解剖教學比較側(cè)重理論，教學過程主要是使用PPT、文字和解剖圖譜，與臨床的實際工作環(huán)境差別比較大。教學過程中單純強調(diào)知識點的記憶，缺乏實際操作演練，這樣到臨床工作中常常顯示出動手能力不足，而且知識點也很容易遺忘[6]。將病人的CT數(shù)據(jù)進行三維重建，做成虛擬仿真的3D模型，可以幫助學生直觀立體地進行知識點的學習；還可以打印出實體的3D模型，進行手術模擬演練，加強學生的臨床動手能力，能達到良好的教學效果。

第二，脛骨平臺骨折，需要精確判斷病人的脛骨平臺骨折情況，并需要進行鈦合金鋼板和鋼釘?shù)墓潭?。根?jù)CT數(shù)據(jù)進行計算機3D重建，骨折的情況能精確顯示出來，醫(yī)生可以進行正確判斷。對于比較復雜且需要鋼板和鋼釘固定的骨折，可以打印出骨折的1:1模型，進行放置鋼釘、鋼板的演練，制定更為客觀、精確的個體化手術治療方案[7-8]。3D模型還可以給患者更直觀的形象，而不是需要專業(yè)人員才可以看懂的CT和MRI圖像，可以更好地進行醫(yī)患溝通，改善醫(yī)患關系。

第三，對于頸椎高位多節(jié)段脊索瘤這樣的高風險手術，通過高分辨率CT精確建模，3D打印制作出1:1大小的頸椎模型，全面分析頸椎和腫瘤的位置關系，模擬手術切除腫瘤和放置鋼釘，這樣可以大大縮短手術時間，減少出血，增加手術的安全系數(shù)。

第四，難度較大的顱底腫瘤手術，要結合CT和MRI兩者各自的優(yōu)點，比較全面地獲得深部腫瘤的部位、形狀、大小及周圍腦組織、血管、顱底骨骼的位置等信息，弄清準確的空間位置關系，設計手術入路、切除范圍等，在真實手術時減少失誤，降低并發(fā)癥和后遺癥的發(fā)生率[9]。

[1]李滌塵,田小永,王永信，等. 增材制造技術的發(fā)展[J].電加工與模具,2012(增刊1):20-22.

[2]李小麗,馬劍雄,李萍，等.3D打印技術及應用趨勢[J].自動化儀表,2014,35(1):1-5.

[3]姜杰,朱莉婭,楊建飛，等.3D 打印技術在醫(yī)學領域的應用與展望[J].機械設計與制造工程,2014,43(11):5-9.

[4]顏永年,張婷,張人佶，等. 細胞及生物材料的成形制造技術[J].機械工程學報,2010,46(5):80-87.

[5]張偉,金玉林.3—D打印技術在全膝關節(jié)置換術中臨床應用[J].中國醫(yī)學創(chuàng)新,2014,11(24):130-134.[6]劉克,劉偉,李文婷，等.人體解剖教學與臨床結合初探[J].基礎醫(yī)學與臨床,2013,33(8):1075-1078.

[7]黃華軍,曾參軍,李永欣，等.3D打印技術結合數(shù)字化技術在醫(yī)學中的應用[J].廣東科技,2014,(15):57-59.

[8]方馳華,方兆山,范應方，等.三維可視化、3D打印及3D腹腔鏡在肝腫瘤外科診治中的應用[J].南方醫(yī)科大學學報,2015(5):639-645.[9]馬立敏,張余,周燁，等.3D打印技術輔助頸椎高位多節(jié)段脊索瘤手術臨床應用[J].中國數(shù)字醫(yī)學,2014(6):67-70.

[責任編輯：方 艷]

The Application of 3D Printing Technology to Make Anatomical Pathological Model in the Surgical Anatomy Teaching and Clinic

YANG Shaolong,WANG Yundeng,SHI Bin

(Zhengzhou Railway Vocational and Technical College, Zhengzhou 451460, China)

3D printing (3DPrinting) technology is now widely used in the advanced manufacturing industry, while the application in the medical industry has also begun to develop rapidly. 3D printing technology reconstructs human 3D digital model through the CT or MRI and other medical imaging data,and print these models into concrete objects,It can be used for the medical analysis, operation plan design, doctor patient communication, operation plan and practice and so on, and have very strong practical significance.

3D printing technology; anatomical pathological model; surgical anatomy teaching

2016-04-06

河南省高等學校重點科研項目(17B310009)；河南省醫(yī)學教育研究項目(Wjlx2016204)

楊少龍(1979—)，男，河南鄭州人，鄭州鐵路職業(yè)技術學院藥學系講師，碩士，研究方向為病理學。

R602

A

1008-6811(2017)01-0071-02