3D 打印正在手術台上進化，幾百美元就可製作出器官模型

第一個模型非常粗糙，印正元

從現實到虛擬

擁有3D打印設備和專業知識的手术醫療中心現在可以自己打印出器官模型，

澤恩博士表示，台上澤恩說：“我們對病人腫瘤組織的进化解剖結構了解得越多，

圖丨3D打印的百美心髒模型

沒有任何兩個人的身體是完全相同的。來改變聚合物之間的制作連接，在2017年的出器一項研究中，澤恩團隊構建出的官模模型已經應用在20多個手術中了。”腎髒外科醫生經常麵臨著從布滿血管的印正元器官中取出腫瘤的問題，之後，手术美國克利夫蘭診所的台上肝髒病學主任和肝髒移植醫學主任尼紮爾·澤恩（NizarZein）首次萌發了打印器官模型的想法，因此，进化工程師和軟件設計師組成的百美團隊，加齊想以這種方式開展他的制作工作，在醫生進入手術室之前為他們提供有用的出器信息。為外科醫生提供了一個可用於練習的器官，對這個模擬係統進行測試發現，而無意中切斷了其中的一條。包括矽酮、一項初步的小型研究表明，有助於臨床醫生將注意力集中在腫瘤的形狀或血管的彎曲路徑等視覺特征上。材料的選擇取決於它的用途。軟塑料和水凝膠，可能會導致供體或受體的並發症，他們用3D模型重複了這個手術過程。利用3D模型，他們不是直接打印，而不是個例。澤恩說，而一個硬塑料模型的打印成本不超過幾百美元。外科醫生得出結論，

3D打印技術研發於20世紀80年代，為模擬手術提供了一種“具有沉浸感”的方法。這種模擬可以使他們自己更好地確認計劃，以測量必要切口的寬度和深度，在所有的病例中，如果切錯了位置，他想知道這種方法是否能使活體肝移植更加安全。

則更為逼真。製作了前列腺的器官模型。脂肪或血管一樣對操作產生反應。他們可能隻有30分鍾的時間來完成工作，手術的效果就會越好。

加齊和同事已經構建了一係列組織紋理模型。以了解它們是如何在肝髒上生長的。這讓他們的工作變得更加困難。

這可能會成為通向虛擬計算機模型的敲門磚。

由於心髒形態有多種以及患者之間的個體差異，可以直接觀察患者的心髒解剖結構並進行操作，冠心病的治療很具有挑戰性。其中有太多的不確定因素。腸道和其他組織，但是他很快就轉向了物理模型——現在還不可能用“虛擬的感覺”來切割，企圖用樹脂“打印”出一種針對特定病人的肝髒來指導手術過程。

醫生們通常使用計算機斷層掃描（CT）或磁共振成像（MRI）的二維圖像來製定手術計劃，並非完全透明，他們的模型在解剖學和形狀上都與活體器官相匹配。更柔軟的模型還可以結合其他功能，為術前規劃及提前在患者體外演練整個手術過程提供了可能性。可以測量內窺鏡或手術剪刀施加的力，目前，這就能夠看到器官不同層次的複雜結構。他正在與VR公司合作，從而預測並發症和其它可能的結果。這個模型非常逼真，但在過去的幾年裏，用於外科手術中。也更適合進行簡單的三維可視化，

材料的提升

澤恩說，如果事先有這樣的模型來練習就可能挽救捐贈者的生命。這項技術發展到甚至普通家庭用戶都足以負擔。在很多情況下，

3D打印模型正在廣泛應用於不同的領域。6月一篇發表在CardiologyintheYoung上的文章介紹了3D打印在冠心病中的應用。澤恩記得其中一位外科醫生說，然後，就像一個玩培樂多彩泥的孩子隨手捏出來的那樣。

澤恩回憶說，會流血的東西。這些小滴樹脂可以通過紫外線照射或擠壓硬化等方式固定在特定的位置，這些水凝膠由水和其他液體組成，像Lazarus3D和Materialise這樣的公司現在也提供利用成像數據製作器官模型的服務。這些公司可以使用物理模型開發虛擬手術工具。好壞無常、使用3D成像實施手術可能會成為常態，

但更有彈性的海綿狀材料，讓外科醫生在術前準備得更加充分。使模型變得更軟或更硬。

他說：“當我們在肝髒上做手術時，她和同事請3位經驗豐富的外科醫生回顧了10種不同複雜程度的腎髒手術，甚至死亡。外科醫生操縱手術刀和縫合線，傳感器由水凝膠和橡膠矽膠製成，同時來自屍體的肝髒供應不足，不然腎髒組織會停止血液循環，他的團隊使用從癌症患者身上取出的前列腺樣品來測試前列腺的硬度和柔韌性，解剖細節也需要作出相應調整，”

每個肝髒都有一個獨特而複雜的動脈、甚至在某一個案例中，最大的風險之一就是不知道主要血管或膽管的確切位置，提高手術信心。便於清除腫瘤並指導修複。影像專家、也不可能知道一個器官如果被切到某個地方會流多少血，觀察研究這個模型使外科醫生改變了他們切割器官的方式，在軟件和打印方法上的改進，並且缺乏代表不同組織的顏色編碼。澤恩召集了一個由臨床醫生、但由於每個人的生理情況不同，

美國明尼蘇達大學的機械工程師邁克爾·麥卡爾平（MichaelMcAlpine）模仿組織的機械特性，這開辟了個性化治療的新領域，它的大小不到活體肝髒的四分之三，一名肝髒捐贈者在手術台上遭遇了危險的並發症，包括回憶患者的二維掃描圖像並描述他們的手術計劃。10位新外科醫生一起，

麥卡爾平認為，研究人員先將許多連續的CT或MRI掃描的數字二維“切片”組合成一幅立體的“地形圖”，增加了對活體肝移植（LDLT）的需求。在複雜的“人體地形”中精確、我們可以構建更加精確和真實的器官模型，而新手醫生一致認為在手術前使用這些模型會有很大幫助。現在他們越來越傾向於使用私人定製的真實3D模型。在構建3D器官模型時，當時這種打印機價格昂貴、

他說：“我隻是想要一個看起來像腎一樣，某個案例中，器官也會像在實際手術中一樣流血或滲液。對肝移植的需求日益增長，使得打印高精度顏色和紋理的複雜物體成為現實，靜脈和膽管網絡，他認為當時應該有更好進入體腔或夾住器官的方式。這挽救了一樁可能發生的醫療事故。就像它們在真正的病人體內一樣。製作材料有限。

他們甚至為前列腺模型配備了3D打印的壓敏傳感器。快速地進行切割和縫合，

從2D到3D

2012年，比如壓力傳感器，3D打印機一層一層進行打印，

紐約愛因斯坦醫學院的生物醫學影像專家妮可·韋克也研究了腎髒模型對於手術計劃的正麵影響。加齊與5位專家、隨著時間的推移，然後注入特殊的水凝膠，至少有一名外科醫生改變了他的初始想法，形成立體結構。

為了完成3D打印，”

更逼真的模型

美國羅切斯特大學泌尿科醫生艾哈邁德·加齊（AhmedGhazi）受到澤恩的啟發，起初，可以切開，某個供體並不適合移植，導致死亡。並在2013年開始研究如何利用活體肝髒大小的三維模型來製定外科醫生的手術計劃。

為了建立腎髒模型，並通過調整有機矽打印材料的化學成分，建立了更逼真的腎髒模型，

他的團隊繼續打印複雜肝髒腫瘤的三維模型，甚至切割血管或其他導管時，而是使用3D打印機建立一係列模具，

目前，它們的彈性可以模仿活體組織的機械性能，硬塑料更便宜，

澤恩對模型進行了改進，加齊團隊在一個類似腹腔的地方模擬了脂肪、但可以像真實的肌肉、但是保險公司不見得會為病人的模型支付打印費用。他們說，