3D 打印技术在医学影像中的应用现状及发展前景

王佳艺

（延边大学附属医院 吉林 延吉 133000）

1 引言

3D 打印技术也被称为附加制造或快速成型，这种不断发展的技术正在改变制造业，其潜力正开始在医疗保健领域被挖掘。3D 打印过程主要是通过在二维（2D）中连续沉积材料来创建3D 对象层。1986年由查尔斯赫尔首创，3D 打印机首先被汽车和航空航天工业在进行大规模生产之前，制造用于测试的原型。今天，3D 打印机及其产品是一个近40 亿美元的市场。除了原型设计，它还用于制造各种成品，包括珠宝、电池和医疗植入物。3D 打印与传统制造相比有许多优点：能够创建复杂的对象内部结构，提高通用性和定制性，减少空间需求。这项新兴技术的正在许多领域应用于临床，3D 打印技术已经结合医学影像开展应用。从患者数据生成三维模型的能力允许医生创建自定义假肢和植入物，更好地显示复杂的病理学，可用于教学[1,2]。本文从医学影像数据出发，讨论了三维打印模型的主要特点。重点介绍了从DICOM 图像中创建三维模型的步骤以及当前在医学中的应用。

2 三维打印技术在医学中的应用

近年来，3D打印技术在医学领域的应用越来越多增加。随着3D 打印在医疗保健中的应用，许多医院都在购买内部3D 打印机，这一趋势预计在未来20年会持续增长。最初被视为优化手术前的工具复杂程序中的计划现在被认为是在临床训练中的潜力，可用于对患者的教育和定制假肢。基于3D的生物技术研究印刷原理甚至被应用于生物材料，目的是创造功能组织和器官[3,4]。

2.1 心脏成像

三维打印模型已用于复杂心脏病的手术，协助完成术前和术中计划、决策和术中定位。有一个需要外科修复的先天性心脏病患者的报告使用次数。这些模型为临床医生提供了对解剖学构造更深入的理解，超出了常规成像所能提供的应用价值。甚至已经可以利用CT 和MRI 血管造影数据建立模型，来帮助先天性心脏病儿童进行心脏移植。在手术室，运用3D 打印模型，外科医生直接比较模型和实际解剖，方便准确手术。

2.2 血管成像

血管内动脉瘤修补术（EVAR）是公认的腹主动脉瘤的治疗方法。与开放手术相比，EVAR 提供了一种微创的治疗方法，但是因为有时需要二次操作来修复泄漏，成为此修补术的缺点。常规动脉瘤的观察是基于CT 图像结果，但是在复杂的情况下仍然有相当大的不确定性。为了帮助血管内动脉瘤修复术中更准确的掌握腹部动脉瘤的情况，基于术前检查的CT 数据，使用三维打印腹部动脉瘤模型，使得外科医生能自信地选择正确的修补设备，开展精准修复。

2.3 胃肠成像

为了帮助临床医生科学制定活体肝移植术前计划，由活体供体和受体的CT 数据创建肝脏、胆管和血管结构三维打印模型。肝脏模型是用透明的橡胶状材料印刷的，这样可以看到内部血管和胆管结构，对于理解血管和胆道解剖的空间关系及手术室的辅助准备计划意义重大。胰腺癌的诊断通常预后不良，5年生存率为4%。部分原因是胰腺的解剖位置靠近主要血管，使得手术切除困难。在可能进行手术切除的情况下，肿瘤的精确解剖位置和与周围血管的关系对于术前和术中的决策非常重要。常规影像学检查通常无法帮助临床医生准确掌握肿瘤解剖位置信息，而利用胰腺癌患者的CT 数据，3D 打印制作包含胰腺、胰腺肿瘤和周围结构的模型。通过这些模型可以很好地显示胰腺和肿瘤与周围重要血管的关系，可用于指导手术中的或辅助手术中的决策，也可以根据这些模型研究评估手术是否能改善患者的预后。

2.4 泌尿生殖成像

使用3D打印机辅助泌尿外科手术的术前计划的制定。在肾结石的治疗中，小结石通常可以通过药物或体外冲击波碎石术，有时需要手术治疗较大的石头。大于2cm 的肾结石，往往采用经皮肾镜取石。一般情况下，术前常采用三维重建的CT 成像作为辅助检查，然而，在一些复杂的情况下，由CT 图像获得的信息不足以使三维解剖可视化。利用CT 数据建立3D 打印的骨盆及结石的三维模型，用于直观的辅助手术计划的制定[5]。

3 展望

未来几年，医疗保健领域的3D 打印预计将以指数级增长。创建供医疗使用的三维打印模型的过程是一个集成了来自多个科学和医学领域的专业知识。放射科医生将在这项医学新技术的发展与整合中起到关键性作用。除了在图像采集中的作用外，放射科医生还非常适合监督模型质量和准确度。鉴于他们在多种成像方式方面的专业知识，放射科医生可以在图像采集阶段，在选择最佳成像参数时，提供适当的解决方案。