利用3D打印技术,可将计算机影像数据信息形成实体结构,用于医学教学、辅助诊断、手术方案规划和手术演练等。传统医学教学模型制作方法时间长,搬运过程容易损坏,且传统方法无法逼真地制作出具有精确内部结构的人体模型。使用3D打印技术,可在工作现场根据需要随时制作与解剖结构一致的教学模型和手术模型,使教学讲解与学习更为明确和透彻,使手术操作人员能够更好地制定和掌握手术方案,减少手术风险。
图7-1为采用3D打印技术制作的人类大脑模型。图7-1a显示了大脑的每个功能区域与其他区域是如何连接的,以及采用不同的颜色给出与大脑各部分之间的信号相关的血流模式。图7-1b为人体大脑白质纤维的精确模型,是采用聚酰胺按照1:1制作的。
图7-1 人体大脑模型
科学家已利用3D打印技术打印了第一个人类心脏的模型,并使这颗心脏能像正常人类心脏那样跳动,如图7-2所示。该心脏模型由塑料制成,是患有不寻常并发症病人的心脏的精确解剖副本。该心脏模型对于演练复杂手术是非常理想的对象,它使得外科医生能够看清他们要进行手术的精确解剖情景。
图7-2 利用3D打印技术打印的人类心脏模型
3D打印技术帮助日本一家医院的外科医生解决了一个难题。他们在给一名儿童进行以其家长为供体者肝脏移植手术之前,需要对供体肝脏进行切割的同时又要保留其功能,下刀稍有闪失后果将不堪设想。他们在3D打印机制作的供体肝脏模型上进行模拟操作并制定出手术方案,最后成功完成了这台手术。图7-3为利用3D打印技术制作的供体肝脏模型。
图7-3 3D打印技术制作的供体肝脏模型
这个肝脏模型是利用3D打印技术采用丙烯酸树脂做出的半透明模型,能帮助外科医生了解肝脏的内部结构,例如血管方向或肿瘤的确切位置。这个肝脏器官模型外观逼真,而且具备真实器官的湿润度和质感,更加便于外科医生对其下刀。(www.xing528.com)
美国加州大学洛杉矶分校马泰(Martel)儿童医院成功地为一对头颅连体双胞胎婴儿(图7-4a)实施了头颅分离手术。其中引人注目的是手术前医院采用了以色列Object公司的3D打印机制作出精确的连体头颅模型(图7-4b),然后根据手术分离的位置切开头颅骨模型(图7-4c),获得手术分离位置层的脑血管分布等信息(图7-4d),据此进行了缜密的手术方案研究,使手术顺利进行,只用了22h便完成了连体婴儿的分离手术(图7-4e),而以往类似的手术则长达72h。手术主刀医生,医院儿童颌面外科主任Kawamoto博士说:“3D图形再好,其作用也无法和我手中的这个模型相比。”
图7-4 利用3D打印技术辅助颅骨分离手术
为了熟悉医疗器械的功能和操作练习,各式各样的人体仿真模型是必不可少的。传统方法制作复杂的盆腔和胸腔模型是比较困难的,若采用3D打印技术制作,不但非常方便,而且也会制作得十分逼真。图7-5为腹腔镜手术使用的骨盆仿真模型(图7-5a)和胸腔镜手术使用的仿真模型(图7-5b)。
图7-5 3D打印技术制造的用于手术演练和教学的仿真模型
Stratasys公司最新出品的一款全彩多材料3D打印机J750,超过360000种不同的色彩,能同时装载6种材料,可以在同一模型上体现混合刚性、柔性、透明或不透明等材料,可以打印出超光滑的表面和精致细节。对于内脏等组织器官,可以直接通过CT数据而未经任何处理进行多材质、多色彩、不同透明度等的一体化打印,支持医疗认证的生物相容材料,在医学模型制作方面具有无可比拟的独特的优越性。图7-6为采用该机型打印的头颈及肝脏模型。
图7-6 多材质多色彩医学模型
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