李绍超
重庆市第七人民医院神经外科 重庆400054
摘要：3D打印是一种以数字模型文件为基础，应用不同的手段，使用可粘合材料逐层构造物体的新型快速成型技术，被誉为第三次工业革命。3D打印是一种快速成型的技术，近年来发展迅猛，目前已经广泛应用于生物医学行业。专培医师通过3D打印模型、术前虚拟手术教学，能在短时间内理解复杂的正常脑部解剖、复杂脑血管疾病解剖、复杂肿瘤空间三维关系特点，能够较好理解术中解剖及手术方案。
关键词：3D打印技术；神经外科；教学；措施
1导言
神经外科疾病种类繁多，解剖结构复杂，对神经外科医生的理论及专业技能要求较高，术前对病灶的准确定位、设计优化手术入路，术中对病灶精准及完整的切除是影响手术效果及预后的重要因素。3D打印自20世纪90年代出现后便迅速应用于各行各业，3D打印的核心原理为“分层制造，逐层叠加”，打印原理包括立体光固化成型法、熔融沉积造型、分层实体制造、三维粉末黏接及选择性激光烧秸工艺等。在医学领域，3D打印技术可在计算机中生成反映组织器官的真实三维结构图像，并最终打印出实体模型。按照不同的技术原理和打印材料可分为熔融沉积快速成型、光固化成型、三维粉末粘接、选择性激光烧结、分成实体制造、无模铸型制造技术六种。
23D打印技术
3D打印技术已于我国在骨科、妇科、颌面外科、整形外科等获得发展。有时，当遇到深在的病灶位置，周围血管与重要脏器关系密切且极端复杂的情况，术前常规的影像学检查难以或者不能做到手术入路的最佳规划，凭借单一的影像学辅助检查与较好的手术团队应对风险的能力往往并不能减少手术中与之相关的风险发生。3D打印技术将人体复杂的结构栩栩如生的展示在我们面前，已经在不同的医学领域中证明了其价值。并且为术前手术入路的设计提供了全新的手段与思路，并在术前，术中对术者具有指导意义。路德维希—慕尼黑大学心脏外科的DanielSchmauss在2006年—2010年间，他们在进行儿童和成人的心血管手术和介入心脏病学的相关操作时使用了3D打印技术进行了术前规划，并统计了8个代表性例子，面临复杂的心脏血管，3D打印技术能够精确且逼真的还原出血管间的关系与位置，对于围手术期的计划和方向以及手术过程的模拟非常有帮助。南方医科大学南方医院妇产科刘萍团队选取了一例妇科病人的CTA信息，利用3D打印技术还原了患者的腰骶椎、腹主动脉、髂总动脉、髂内外静脉、输尿管、子宫及子宫动脉等。为妇科学教学、临床、科研提供了一种新的方法。在整形外科和颌面外科的手术而言，更加追求精准、高效、高质量。3D打印技术很好的满足病人对下颌角、颏下、颧骨等部位外观审美的高要求。在该技术的支持下，传统下颌畸形治疗的两步骤（下颌骨轮廓成型术、正颌手术）被合并为一个步骤，大大缩短了手术的时间与费用。另外3D打印技术使用患者的影像学数据，分层叠加快速打印出目标实体并应用到临床治疗中。如3D打印耳模型辅助雕刻耳廓支架，在三维模型上进行相关的测量，提高手术成功率与术后患者的生活质量。
43D打印技术分类
目前应用较多的的3D打印技术主要为光固化立体印刷、熔融沉积成型及选择性激光烧结技术3类。
光固化立体印刷，简称光造型术，是最早出现且目前应用最广泛的3D打印技术。光固化立体印刷通过特定波长及特定强度的紫外线照射光固化材料，从而固化为三维模型。用于光固化3D打印的材料为光敏树脂，主要包括聚丙烯酯化环氧树脂、苯乙烯、聚富马酸二羟丙酯等低分子量化合物。光固化立体印刷具有打印速度快、打印精度高以及打印模型表面光滑等特点，但也存在诸多问题。光固化立体印刷设施使用及维护成本高，因而制作成本较高。同时光固化材料性能脆弱，容易变形，且生物相容性略差，因而在使用时仍有诸多限制[6]。
熔融沉积成型，也被称为熔融堆积法，是最常用的低成本3D打印技术之一。在该项技术操作过程中，选用热熔喷头，将具有热塑性的材料熔化或软化，然后从打印机头部挤出，逐层趁机形成3D物体。最常用的熔融沉积成型热塑性材料包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇和聚乳酸；熔融沉积成型工艺的关键是控制喷嘴处温度(约高于熔点1℃)、填充密度、打印机速度及层高；熔融沉积成型材料利用率高，工艺简单，但精准度相对而言并不太高。因而该方法更适用于制备中小型规模(中等复杂度)零件，不适合制造复杂度较高的3D物体。但是最新有研究表明将不同浓度的羟基磷灰石以及聚乳酸进行混合，采用熔融沉积成型打印出复合材料具有较高生物活性和生物降解性，作为植入物前景良好。
选择性激光烧结，即利用红外激光束烧结粉末材料成型的工艺。选择性激光烧结最大的优点在于选材广泛，如尼龙、蜡、树脂覆膜砂、金属和陶瓷等都可以作为烧结粉末材料。选择性激光烧结制作出的成型产品表面较粗糙，而以不同羟基磷灰石和聚酰胺为原材料进行混合，运用选择性激光烧结法制备不同构筑方向的3D支架，支架的三维多孔结构彼此相连接。这种方法制备的羟基磷灰石/聚酰胺支架，外形可塑性、孔隙结构良好，具有良好的力学性能，适合在骨修复中的骨组织支架中应用。
53D打印技术应用于神经外科教学
5.13D打印在专培医师颅底肿瘤手术培训过程中的应用
3D打印技术在神经外科的应用，尤其在颅底外科中的应用尚处于初级阶段。研究指出3D打印的模型为临床医生术前了解肿瘤与颅底神经、血管空间位置关系，制定个体化手术方案提供了参考，为复杂肿瘤的安全切除保驾护航，为颅底手术教学提供极大的便利。我科专培医师通过对3D打印的颅底肿瘤实体模型的学习，结合带教老师的讲解，每位医师均反映能够快速掌握颅底肿瘤的解剖特点，能独立设计手术入路，术前模拟与术中对比一致。通过3D打印模型掌握了常见颅底肿瘤的手术过程，为以后自己主刀完成该类手术打下了坚实基础。
5.23D打印模型用于神经外科教育
神经系统解剖结构复杂，对空间想象能力要求较高。神经外科疾病临床及影像学表现各异，手术难度较大，低年资神经外科医师手术经验较少，不易建立头颅及脊柱的三维立体结构，因而神经外科手术对于低年资医师、规范化培训医师而言具有极大挑战。将3D打印技术应用于神经外科医师教学中，可以提高神经外科医师学习兴趣，加深解剖结构理解，培养空间思维能力，快速掌握常规神经外科手术操作。翼腭窝是最复杂的解剖学区域之一，在身体解剖中可视性很差，而BANNON等建立翼腭窝负空间模型，提供了复现整个解剖部位的方法，为神经外科及耳鼻喉科、眼科专业的低年资医师及研究生了解翼腭窝复杂的解剖关系提供有力帮助。TAI等利用3D打印技术开发颅骨模型，构建脑室外引流模拟器，模型可显示颅内压力，可视化液体可以显示导管轨迹，获得逼真的触觉反馈，为神经外科受教育者提供新学习手段，提高脑室外引流、神经内镜脑室内肿瘤切除术等重要外科技能。相建等通过3D打印带有孔道的穿刺模型，用于术前定位、术中引导穿刺，简化创伤性脑内血肿微创穿刺引流术，可提高穿刺准确性，降低手术难度。GHIZONI等以聚酰胺为材料制作3例颅缝早闭模型，可以充分显示颅缝早闭的病理结构变异，同时模型可用于外科教育中额眶推进及后方牵张等手术过程的训练。这种新的聚酰胺颅缝早闭模型，允许外科医生进行重要手术步骤，提供真实的触觉反馈，是外科培训的重要辅助手段。
结束语
综上所述，3D打印被誉为第三次工业革命，是一项具有开创性意义的技术，它不仅可以指导术前规划、术中的指导、个性化植入物的制作，更因其能够出色的还原人体复杂结构而在临床教学上拥有广阔的应用前景。3D打印技术在临床上还应用于颅骨创伤及修补，随着专培制度的完善，相应保障得以实施，那么3D打印技术也可应用于该方面疾病的临床教学。
参考文献
[1]韦竣丰.3D打印技术在制造领域中的应用[J].科技传播，2019,11(12):116-117,122.
[2]田耕任，梁华新，池国男，等.神经外科专科培训解剖亚专业教学体会[J].中国实验诊断学，2018,22(1):189-190.