3D打印在妇科中的应用研究进展

鲁春，张成

淄博市中医医院 科教科，山东 淄博 255000

引言

3D 打印技术又称增材制造或快速成型技术，是在计算机辅助下以数字模型文件为基础，利用可黏合材料通过逐层打印方式来创建实体[1]。目前3D 打印技术已运用于医疗行业的各个领域，有助于实现各种疾病的高效精准诊治，为个性化治疗提供了新思路。临床应用3D 打印技术常见过程为：首先获取CT 或MRI 薄层图像，将图像以DICOM 格式导出，利用Mimics 等软件进行处理，最终通过各种类型3D 打印机进行打印。从最初的3D 打印模型，到辅助临床具体手术操作的3D 打印导板和3D 打印内植入物，包括一直处于研究中的3D生物打印和3D 打印器官，3D 打印技术在医学领域展现出了良好的应用前景。由于妇科解剖结构复杂，存在个体差异，如何精准了解解剖构造和病变部位，制定详细有效的术前规划，提高术后治疗效果是临床一大挑战[2]。3D 打印技术应用实现了妇科疾病个性化、精准化治疗，以宫颈肿瘤为例，3D 打印个体化施源器的采用，以及组织间插植的剂量补充可以解决因放疗剂量分布不佳而影响疗效的问题[3]。近年来，3D 打印技术在妇科中的应用报道不断增多，在妇科疾病诊治、妇科医师技能水平提升、医患沟通交流等方面均取得了较好的临床应用效果，基于此，本文旨在针对3D 打印在妇科中的应用情况进行综述，以期为相关领域的研究奠定一定的理论基础。

1 3D打印模型在妇科中的应用

1 ∶1 等比例的3D 打印模型可以更形象地显示妇科各组织解剖结构，是2D、3D 图像转变为实物的巨大飞跃。利用不同3D 打印材料可以打印出颜色、质地各不相同的具体解剖部位，有助于观察解剖结构以及毗邻重要软组织，但不同影像学检查类型、图像厚度均会影响3D 打印模型的创建。有研究指出，1 mm 厚度的MRI 扫描图像用于生殖器官的3D 打印取得了令人满意的结果[4]。妇科医师与经验丰富的影像科医师相互配合、密切协作能更好地处理图像，可以完成更高质量的重建，打印的模型更能反映真实的解剖结构。3D 打印模型对于妇科手术的术前规划、手术方案制定具有重要指导价值，此外3D 打印模型还可用于术前的医患沟通交流和妇科低年资医师的教育培训，有利于改善医患关系和提升妇科医师的诊疗水平。

1.1 3D打印模型在辅助妇科手术治疗中的应用

对于妇科各种肿瘤和癌症疾病，手术治疗是常用的治疗方式，如何精准完整切除病变部位、减少机体损伤是临床的一个重要挑战。良好的术前规划有利于降低手术时间和减少相关手术并发症发生率，尤其是一些小的妇科病变需要进行手术切除的患者，3D 打印模型的临床应用提高了术前规划的效率和准确性。3D 打印模型有助于医师与患者沟通和解释病情[2]，在手术前使用3D 打印模型向患者及其家属解释病情，更加通俗易懂，可以使他们更好地了解自己的手术过程和预后。

Mackey 等[5]报道了1 例多发性子宫肌瘤的妊娠期患者，制造的3D 打印模型准确地展示了子宫肌瘤的数量、大小和位置，进一步确定子宫切口的最佳位置。术中利用3D 打印模型可以定位所有子宫肌瘤，减少残留肌瘤的发生率，防止复发[6]。宫颈癌是最常见的妇科恶性肿瘤，近年来，该病呈年轻化发展趋势。研究表明，结合患者的影像学资料制作的3D 打印宫颈癌模型不仅可以清楚评估肿瘤侵袭深度和周围淋巴结转移，还可以为晚期癌症患者提供潜在的治疗策略[7]。Baek 等[8]利用3D 打印模型对早期宫颈癌患者进行子宫切除术的研究结果表明，3D 打印模型的应用为癌症患者带来了更好的手术和肿瘤学结果。Luo 等[9]报道了3D 打印模型在子宫内膜癌患者手术中的应用，将40 例子宫内膜癌患者分为A 组（按1 ∶1 的比例打印出3D 模型，用于术前评估和判断）和B 组（根据MRI 成像检查进行术前评估和判断），各20 例，结果表明，A 组手术时间、术后肛门排气时间、术后住院时间、手术出血量均显著低于B 组（P＜0.05）；A 组情绪、认知、社会和整体健康生活质量得分显著高于B 组，差异均具有统计学意义（P＜0.05）。即在3D 打印技术的支持下，可以准确地进行复杂的手术，提高子宫内膜癌患者手术后的疗效和安全性，改善了患者的预后和生活质量，子宫内膜癌病灶定位精准，减少肿瘤残留。乐芳舒等[10]利用3D 打印模型辅助宫腔镜治疗了19 例妊娠物残留患者，证明3D 模型能够清晰显示子宫的三维结构，可进行妊娠物残留手术难易度预判和精确定位，有助于缩短手术时间，减少手术并发症。3D 打印模型可多角度、全方位、立体地观察病变部位与各毗邻脏器的关系，弥补二维图像的不足[11]。3D 打印模型展现出了良好的临床应用结果，有利于提升妇科疾病的诊治效率。

1.2 3D打印模型在妇科教育培训中的应用

妇科体格检查需要年轻医师反复练习，不断积累经验，传统的教学模型存在一定弊端，例如，操作过程中真实体验较差、不能有效与临床具体病例相结合等，降低了教学质量效果，也严重影响了学习积极性。3D 打印模型应用于妇科教学培训可以使医学生、规培生和低年资医师等受训人员获益[12]。Kiesel 等[13]报道指出，3D 打印女性骨盆模型可以提高培训人员妇科盆腔检查的实践水平和对相关解剖学空间的理解能力。Kiesel 等[14]的另一研究评估了3D 打印模型在医学生妇科盆腔检查实践训练中的价值，通过对结果数据分析显示，医学生更认可3D 打印模型的技能培训教学方式，提高了医学生对妇科骨盆解剖的认识和体格检查的技能水平。刘奇英等[15]将3D 打印技术结合多元化教学方法应用于妇科临床教学，以异位妊娠教学为例，将两个外科班级随机分为3 组，分别采用传统教学方法、PBL（Problem-Based Learning，以问题为中心，围绕某一专业问题或病案例诊断进行研究的学习过程）+LBL（Lecture-Based Learning，灌输式的教学方法）+CBL（Case-Based Learning，以病例为中心，利用病例提出问题，给学生以悬念，然后再讲解基本知识和基本理论）多元化教学方法及3D 打印技术结合PBL+LBL+CBL 多元化教学方法进行教学，结果显示，3D 打印异位妊娠模型结合PBL+LBL+CBL 多元化教学方法不仅能提高学生的学习积极性，还能显著提高学习效率，值得临床推广。3D打印模型应用于妇科临床教学，是对传统教学模式的一种改进，可以显著提升教学培训质量，体验感更好，受训者更易接受这种教育培训形式，能够激发受训者的参与热情，为传统刻板的教学方式增添了活力。

2 3D打印施源器设计在妇科宫颈癌治疗中的应用

妇科癌症是一个影响全世界妇女的持续性公共卫生问题。据统计，2020 年全球宫颈癌约有60.4 万新发病例和34.2 万死亡病例，我国宫颈癌新发病例和死亡病例分别为11.0 万和5.9 万[16]。近距离治疗是宫颈癌根治性放疗不可缺少的部分，包括腔内和/或组织间插植，其治疗作用不能被任何外照射所替代[17-18]。目前临床上近距离治疗施源器配置有宫腔管、穹窿管及阴道塞，相对固定单一，无法满足个性化治疗的需求[19]。此外肿瘤体积较大、形态不规则时还会导致放射剂量分布不均匀从而影响治疗效果，有时阴道狭窄患者无法应用常规配置施源器。近年来，3D 打印技术的临床应用，使宫颈癌患者近距离治疗发生了重大变化。相比于标准化施源器，3D 打印个体化施源器能贴合病灶，有显著剂量学优势，且三维近距离治疗的适形性更高，靶区覆盖更全面，危及器官的保护更好[20-21]。同时根据患者阴道长短及狭窄程度，3D 打印技术可以设计出不同尺寸的个体化施源器模板来进行定位[22]。张丝雨等[23]指出，采用3D 打印圆柱形施源器引导腔内联合组织间插植近距离治疗了大体积（＞40 cm3）伴宫旁浸润的局部晚期宫颈癌患者，结果表明，3D 打印圆柱体施源器可以实现大体积伴有宫旁浸润的局部晚期宫颈癌剂量覆盖目标，尤其对于宫旁外1/3 浸润者有明显剂量学优势。Qin 等[24]研究评估了复发性子宫颈癌症患者3D 打印施源器阴道近距离放射治疗的疗效和安全性，证实使用3D 打印施源器可以实现高质量的腔内和/或组织间近距离治疗，产生了良好的治疗效果，毒性反应在可接受范围内。对于宫颈癌需要近距离治疗的患者，与传统施源器相比，3D 打印施源器在临床应用时展现出了诸多优势，例如，贴合度更高、治疗过程中更加舒适、照射覆盖面更广、剂量分布更合理、能够减少对临近组织的损伤等，符合现代医学发展要求，可以实现个性化、精准化治疗。

3 3D打印模板在妇科宫颈癌治疗中的应用

对于妇科宫颈癌近距离治疗患者，组织间插植需要一定的临床经验积累，针道的位置、长度、方向均可能会对治疗结果产生影响，为解决针道插植问题，临床上提出了3D 打印个性化模板用于妇科宫颈癌的治疗。3D打印模板应用于宫颈癌症近距离放疗具有提高效率和缩短学习曲线的潜力[25]。陈媛媛等[26]指出，3D 打印模板插植后装放疗联合深部热疗对复发性宫颈癌有较好的近期疗效，同时未增加不良反应。侯光营等[27]指出，在局部晚期宫颈癌治疗中，应用3D 打印微创导向模板插植放射治疗联合深部热疗治疗较传统通用施源器三维腔内后装放射治疗的近期疗效显著提高，不良反应较轻，在靶区受照剂量及危及器官保护上也具有明显优势。Marar 等[28]指出，对70 例宫颈癌患者进行了302 次近距离治疗，其中68 次采用3D 打印模板进行近距离治疗，234 次采用非3D 打印模板的近距离治疗（133 次无需插植、101 次行徒手插植），证实3D 打印模板近距离放射治疗在保留正常组织的同时实现了更大的肿瘤覆盖率，特别是对于大体积肿瘤。张婷等[29]对3D 打印模具引导与徒手插植治疗宫颈癌的剂量学进行比较，发现3D 打印组的剂量分布更集中，其剂量均低于徒手插植组，剂量偏差也更小。3D 打印模板的临床应用大大降低了徒手插植的难度，增加了年轻医师操作的信心，在显著提升治疗疗效的同时明显减少了不良反应的反应，有利于在基层医院推广应用。

4 3D生物打印在妇科疾病中的应用

3D 生物打印是3D 打印技术和生物医学技术相互交叉衍生而来的，是利用活细胞作为打印材料来创建组织或器官。3D 生物打印技术在妇科中的应用仍处于实验研究阶段，距离临床广泛应用尚有一定距离，仍需要大量基础和临床研究支持。

4.1 3D打印卵巢在妇科疾病中的应用

卵巢是女性生殖系统的内分泌器官，控制卵泡发育和性激素分泌。青春期、月经周期和更年期均与卵巢的状态有关。然而，恶性肿瘤、原发性卵巢疾病和自身免疫性疾病等疾病会破坏激素分泌和卵泡发育。此外，化疗、放疗和卵巢切除术引起的医源性损伤也会在一定程度上损害卵巢功能，导致月经提前或闭经，以及生育能力下降。模仿人类卵巢的人工卵巢作为治疗这些疾病的一种手段，具有潜在的意义。近年来，3D 打印在再生医学中展示了巨大潜力，随着3D 打印技术和细胞生物学的发展进步，使用新型生物墨水或体外方法可以创造出更多通用的器官。如Wu 等[30]使用明胶-甲基丙烯酰基（Gelatin Methacryloyl，GelMA）研发了一种3D 打印的卵巢，这是首次使用GelMA 水凝胶构建人工3D 卵巢的研究，研究结果证明，3D 打印支架为卵泡发育创造了合适的微环境，这是实现该技术在女性生殖疾病临床应用的重要步骤，并为体外卵泡生长提供了一种新方法。Laronda 等[31]报道了使用3D 打印微孔支架制作的生物人工卵巢恢复了小鼠的卵巢功能。现阶段3D 打印卵巢尚处于实验研究阶段，不能用于临床，因为人类卵泡远大于小鼠卵泡，目前实验中的支架结构和微孔大小需要大幅调整，此外，由于人类卵泡会快速变大，尚不清楚这种支架方法是否能支持移植的人类卵泡存活。虽然3D 打印卵巢还需要进行进一步的改进完善，但它的出现为卵巢功能丧失患者带来了治疗希望，提供了一种可能性，拓宽了临床思路。相信未来3D 打印卵巢可以应用于临床，使卵巢疾病患者获益。

4.2 3D生物打印子宫内膜在妇科疾病中的应用

宫腔粘连的形成与子宫内膜干细胞所处的基底层损伤直接相关，因此也被认为是干细胞缺乏或功能障碍相关的疾病[32]。夏瑞琦等[32]探讨了3D 生物打印的子宫内膜再生细胞生物支架用于治疗宫腔粘连的可能性。子宫内膜严重受损会导致瘢痕形成和子宫内膜功能障碍，最终出现不孕或妊娠相关并发症。由于子宫结构、内部环境和功能比较复杂，目前还没有有效的方法来治疗这种损伤。Nie 等[33]提出了一种基于藻酸钠-透明质酸水凝胶的3D 生物打印双层子宫内膜，16 只严重子宫内膜受损的小鼠植入后，12 只小鼠恢复了生育能力。3D 生物打印技术是子宫内膜病变治疗一种新的选择，3D 生物打印子宫内膜具有重要临床价值和意义。

5 总结与展望

目前3D 打印技术在妇科领域中的应用尚处于探索阶段，临床应用报道有限，但其展现出了巨大应用前景，为更好地诊治妇科各种疾病提供了一个新的研究思路。3D 打印技术在妇科中的应用展现出了巨大潜力，为妇科疾病诊治提供了便利，具有自身独特的优势。3D 打印模型将复杂的妇科组织解剖关系形象地展现出来，更加真实可靠，可以为妇科手术成功实施进行良好的术前规划，包括手术入路选择和避免关键脏器组织损伤等，能够显著降低手术时间和术后并发症发生率，有利于患者术后快速康复。应用3D 打印模型进行术前谈话，使得复杂的病情和手术操作过程变得通俗易懂，有助于医患间的沟通交流，改善医患关系。此外1 ∶1 等比例的3D 打印模型为妇科教学培训提供了巨大助力，提升了教学培训的整体效率，使得受训者体验感更佳。3D 打印施源器和3D 打印模板在宫颈癌近距离治疗中的应用使得3D 打印技术真正进入妇科临床实际操作，实现了妇科疾病的个性化、精细化和精准化治疗，弥补了传统通用施源器的不足，提高了治疗疗效，减少了不良事件的发生，是经过临床实践证实了的安全、有效的治疗措施。3D 生物打印技术为妇科一些疑难杂症的治疗提供了新方向，虽然许多研究尚处于实验阶段，尚未普遍应用于临床，但均取得了不错的阶段性成果，应用市场巨大，发展前景光明。当然3D 打印技术临床应用也存在一定不足，例如，3D 打印材料有限，3D 打印费用在国内仍较高、3D 打印行业发展尚需要针对性法律法规的正确规范引导、3D 打印计算机辅助设计程序操作比较繁琐、宣传力度不够等。未来3D 打印技术在妇科中的应用推广需要医工密切结合，切实贴合临床需求，制定更加规范市场准入机制，努力实现3D 打印卵巢和3D生物打印用于临床疾病治疗。在3D 打印的基础上，4D打印技术应运而生，其可以充分模拟人体组织愈合与再生的动态系统[34]。3D 打印技术在妇科中的应用是跨时代的变革，为妇科疾病诊治增添了新的活力，3D 打印在妇科中的应用值得期待。