杨少龙，王运登，石 斌

(郑州铁路职业技术学院，河南 郑州 451460)

3D打印技术制作解剖病理模型在外科解剖教学及临床中的应用

杨少龙，王运登，石 斌

(郑州铁路职业技术学院，河南 郑州 451460)

3D打印(3D Printing)技术在现代制造业中有着广泛的应用，在医疗行业中的应用也开始快速普及。3D打印技术通过CT(Computed Tomography ,电子计算机断层扫描)或MRI(Magnetic Resonance Imaging,磁共振成像)等医学影像学数据，重建人体三维的数字化模型，并将这些模型打印成具体的实物，可供外科医生及医学生分析病情、设计手术方案、进行手术方案演练等，有很强的临床实用价值。

3D打印技术；解剖病理模型；外科解剖教学；临床应用

一、3D打印技术简介

3D打印技术，又称添加制造(Additive Manufacturing)技术，也称增材制造技术或增量制造技术。中国政府在2014年863计划中，设立了3D打印技术专项，聚焦于航天航空、模具领域的需求，力争突破3D打印技术中的核心关键技术[1-2]。

3D打印技术可以通过CT或MRI数据，精确建立病理模型，并立体打印为三维实体模型。复杂的外科手术往往需要进行演练，以确保手术的成功，3D打印技术能够满足构建3D模型的需求，在手术设计、操作演练和预后等方面具有广阔的应用前景。这种技术已在整复外科、口腔科、眼科等领域中的颅骨修复、下颌骨修复等方面发挥了积极作用。在助听器、假肢制造、骨科手术个性化导板、人工关节、人工外耳和个性化种植牙等方面，3D打印技术已得到了广泛应用[3-4]。

二、3D打印技术制作解剖病理模型的过程

第一，获取患者原始CT或MRI数据(.dicom格式存储标准)。数据的精度越好，建模的质量就越高，这决定了最终打印出的3D模型质量。

第二，将扫描的.dicom格式数据导入三维建模软件Mimics 10．01(Materialise公司，比利时)，行高精度的3D重建，显示出完整的复杂结构，也可以有选择地显示血管、神经、骨骼等结构。图1是根据病人骨盆CT数据制作出的骨盆及双侧股骨近段三维CT表面重建模型。

图1 骨盆及双侧股骨近段三维CT表面重建模型

第三，结合临床，从三维模型里选择对手术治疗有用的信息，把其固定成为一个实体化的病理模型，将模型数据导出并保存为STL文件，并用3D打印机打印出来。图2是3D打印的手骨模型，图3是3D打印成型后的1:1胫骨平台骨折模型,用钛合金钢板和螺钉模拟固定。

图2 3D打印的手骨模型

图3 3D打印成型后的1:1胫骨平台骨折模型

第四，改进打印技术和材料，不断完善打印出来的病理模型，使其更接近真实的病理组织结构，能更好地符合临床需要。目前尚不能打印硅胶等软体材料，打出来的模型都是硬质结构，缺乏人体脏器所特有的柔韧性，这是目前本研究的局限性。随着打印材料的改进，打印出的模型会更加贴近人体的真实状态。

第五，3D打印技术还可以用高端金属3D打印机打印人工膝盖、髋关节等可供临床使用的产品[5]。图4是计划开发的3D打印新型骨折固定夹板，具有轻便透气、拆装方便、符合人体工程学、可个性化定制等优点。

图4 3D打印新型骨折固定夹板

三、3D打印技术制作解剖病理模型在外科解剖教学及临床中的应用

第一，传统的外科手术解剖教学比较侧重理论，教学过程主要是使用PPT、文字和解剖图谱，与临床的实际工作环境差别比较大。教学过程中单纯强调知识点的记忆，缺乏实际操作演练，这样到临床工作中常常显示出动手能力不足，而且知识点也很容易遗忘[6]。将病人的CT数据进行三维重建，做成虚拟仿真的3D模型，可以帮助学生直观立体地进行知识点的学习；还可以打印出实体的3D模型，进行手术模拟演练，加强学生的临床动手能力，能达到良好的教学效果。

第二，胫骨平台骨折，需要精确判断病人的胫骨平台骨折情况，并需要进行钛合金钢板和钢钉的固定。根据CT数据进行计算机3D重建，骨折的情况能精确显示出来，医生可以进行正确判断。对于比较复杂且需要钢板和钢钉固定的骨折，可以打印出骨折的1:1模型，进行放置钢钉、钢板的演练，制定更为客观、精确的个体化手术治疗方案[7-8]。3D模型还可以给患者更直观的形象，而不是需要专业人员才可以看懂的CT和MRI图像，可以更好地进行医患沟通，改善医患关系。

第三，对于颈椎高位多节段脊索瘤这样的高风险手术，通过高分辨率CT精确建模，3D打印制作出1:1大小的颈椎模型，全面分析颈椎和肿瘤的位置关系，模拟手术切除肿瘤和放置钢钉，这样可以大大缩短手术时间，减少出血，增加手术的安全系数。

第四，难度较大的颅底肿瘤手术，要结合CT和MRI两者各自的优点，比较全面地获得深部肿瘤的部位、形状、大小及周围脑组织、血管、颅底骨骼的位置等信息，弄清准确的空间位置关系，设计手术入路、切除范围等，在真实手术时减少失误，降低并发症和后遗症的发生率[9]。

[1]李涤尘,田小永,王永信，等. 增材制造技术的发展[J].电加工与模具,2012(增刊1):20-22.

[2]李小丽,马剑雄,李萍，等.3D打印技术及应用趋势[J].自动化仪表,2014,35(1):1-5.

[3]姜杰,朱莉娅,杨建飞，等.3D 打印技术在医学领域的应用与展望[J].机械设计与制造工程,2014,43(11):5-9.

[4]颜永年,张婷,张人佶，等. 细胞及生物材料的成形制造技术[J].机械工程学报,2010,46(5):80-87.

[5]张伟,金玉林.3—D打印技术在全膝关节置换术中临床应用[J].中国医学创新,2014,11(24):130-134.[6]刘克,刘伟,李文婷，等.人体解剖教学与临床结合初探[J].基础医学与临床,2013,33(8):1075-1078.

[7]黄华军,曾参军,李永欣，等.3D打印技术结合数字化技术在医学中的应用[J].广东科技,2014,(15):57-59.

[8]方驰华,方兆山,范应方，等.三维可视化、3D打印及3D腹腔镜在肝肿瘤外科诊治中的应用[J].南方医科大学学报,2015(5):639-645.[9]马立敏,张余,周烨，等.3D打印技术辅助颈椎高位多节段脊索瘤手术临床应用[J].中国数字医学,2014(6):67-70.

[责任编辑：方 艳]

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

河南省高等学校重点科研项目(17B310009)；河南省医学教育研究项目(Wjlx2016204)

杨少龙(1979—)，男，河南郑州人，郑州铁路职业技术学院药学系讲师，硕士，研究方向为病理学。

R602

A

1008-6811(2017)01-0071-02