3D打印技術(shù)在耳鼻咽喉科領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀

3D打印技術(shù)被認(rèn)為是制造業(yè)的一次革命,。基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,、生產(chǎn)工藝的進(jìn)步和新型材料的問(wèn)世,，目前3D打印已經(jīng)在包括生命科學(xué)在內(nèi)的多個(gè)領(lǐng)域獲得長(zhǎng)足進(jìn)步在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域．其發(fā)展過(guò)程是從早期的探索性術(shù)前模型復(fù)制,，到成功打印適形性假體修復(fù)骨質(zhì)缺損，再到目前多種新型醫(yī)用材料乃至細(xì)胞制備技術(shù),，在醫(yī)學(xué)修復(fù)的應(yīng)用領(lǐng)域取得了可喜的進(jìn)展。南極熊接下來(lái)為大家介紹近年來(lái)3D打印技術(shù)在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的研究與進(jìn)展,，介紹其在耳鼻咽喉頭頸外科領(lǐng)域研發(fā)現(xiàn)狀。

3D打印技術(shù)是一種基于預(yù)先設(shè)計(jì)，通過(guò)特定材料的逐層添加，構(gòu)建三維物體的變革性、數(shù)字化制造技術(shù)。該技術(shù)在20世紀(jì)80年代由美國(guó)麻省理丁學(xué)院率先提出，如同許多開(kāi)創(chuàng)性技術(shù)一樣．早期的3D打印技術(shù)因工藝復(fù)雜,、效率低下,、設(shè)備昂貴,、成品粗糙而未能推廣。近年來(lái),，隨計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步,，借助于新型設(shè)計(jì)軟件的開(kāi)發(fā)以及新材料,、新工藝的應(yīng)用,，3D打印技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域得以迅速發(fā)展,。

3D打印技術(shù)的基本原理,、制造過(guò)程及主要類型   
根據(jù)“分段制造、逐層疊加”的原理．3D打印工作流程分為3步,。

第1步為圖像獲取,。通過(guò)光學(xué)掃描或全息照相獲得人體的影像數(shù)據(jù),，而體內(nèi)部分可以通過(guò)CT,、MRI甚至正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層顯像（positron emission tomography,，PET）來(lái)獲得高分辨率和高對(duì)比度的醫(yī)學(xué)影像資料。

第2步為圖像后處理。光學(xué)掃描或全息照相可以獲得標(biāo)準(zhǔn)的3D模型文件（stereo lithography,，STL）格式,；CT,、MRI,、PET等醫(yī)學(xué)影像學(xué)獲取的數(shù)據(jù)通常儲(chǔ)存為醫(yī)學(xué)數(shù)字影像和通信標(biāo)準(zhǔn)（digital imaging and communications in medicine，DICOM）格式，此格式文件進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化后被讀取,，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物體3D切分和可視化，并用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（computer aided design,，CAD）模型最終輸出至3D打印設(shè)備,。

第3步為快速成形。即將CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為三維實(shí)際物體,，最終實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助制造（computer aided manufacturing,，CAM）,。

   

根據(jù)成型技術(shù)的原理及打印材料的不同，可將3D打印技術(shù)細(xì)分為以卜幾種模式：光固化立體印刷（stereolithography apparatus,，SLA）,，熔融沉積成型（fused deposition modeling，F(xiàn)DM）,，選擇性激光燒結(jié)（selective laser sintering,，SLS），分層實(shí)體制造（laminated object manufacturing,，LOM）,，噴墨印刷（inkjet printing）等。在實(shí)際應(yīng)用時(shí),，將根據(jù)打印材質(zhì)的不同和打印精度,、假體強(qiáng)度的差異而選擇不同的打印模式。

3D打印在耳鼻咽喉頭頸外科領(lǐng)域的研究與應(yīng)用   
1,、耳外科解剖訓(xùn)練及醫(yī)學(xué)教育：顳骨是人體內(nèi)最為復(fù)雜的骨骼系統(tǒng),，其內(nèi)不僅有錯(cuò)綜的骨性和軟組織結(jié)構(gòu)，而且包括有許多精細(xì)的含氣與含液?jiǎn)栂�,。其中包含面神�?jīng),、頸內(nèi)動(dòng)靜脈、耳蝸,、前庭與半規(guī)管等重要的結(jié)構(gòu),。由于顳骨內(nèi)結(jié)構(gòu)的個(gè)體差異較大，解剖變異時(shí)有發(fā)生,。熟練掌握顳骨解剖是耳科醫(yī)生的必備技能,，然而由于其立體形態(tài)不規(guī)則、微觀結(jié)構(gòu)精細(xì)復(fù)雜,，傳統(tǒng)二維圖像示教具有相當(dāng)?shù)木窒扌�,，而解剖材料（尸頭）的極度匱乏，使得實(shí)體顳骨解剖的訓(xùn)練難以推廣,。長(zhǎng)期以來(lái),，熟練掌握顳骨手術(shù)的解剖結(jié)構(gòu)一直是制約耳科醫(yī)師技能發(fā)展的瓶頸。   

自3D打印技術(shù)問(wèn)世以來(lái),，外科解剖訓(xùn)練領(lǐng)域也已有長(zhǎng)足進(jìn)步,。Vorwerk和Begall利用顳骨CT掃描數(shù)據(jù)，結(jié)合CAD技術(shù),，使用SLA技術(shù)制作了最早的人體顳骨模型,，并用于基本的顯微解剖練習(xí)和手術(shù)操作模擬。其后Suzuki等通過(guò)高分辨CT掃描,，使用SLS技術(shù)制作更為精細(xì)的顳骨模型,，并可使用傳統(tǒng)手術(shù)器械在顯微鏡下進(jìn)行解剖和手術(shù)練習(xí),。2012年，美國(guó)華盛頓大學(xué)的Monfared等報(bào)道通過(guò)3D打印技術(shù)制作了高保真且成本低廉的手術(shù)用中耳模型,，并采用不同材質(zhì)分別模擬骨質(zhì)和軟組織該模型在精細(xì)度,、真實(shí)性和力學(xué)觸感反饋方面表現(xiàn)良好，得到業(yè)內(nèi)的認(rèn)可,，并建議將此納入住院醫(yī)師訓(xùn)練指南,。此外，3D打印亦可精確放大展現(xiàn)微觀結(jié)構(gòu),，德國(guó)漢堡Wulf等以高分辨μCT采集人類聽(tīng)小骨，采用該技術(shù)制作放大20倍的塑料解剖模型,，達(dá)到完美精確展示聽(tīng)小骨結(jié)構(gòu)的示教效果,。

2、術(shù)前虛擬現(xiàn)實(shí)與3D建模：3D打印技術(shù)還可用于手術(shù)汁劃或虛擬建模,，即手術(shù)前“帶妝彩排”,。外科醫(yī)師會(huì)使用與他們即將實(shí)施手術(shù)的同尺寸的器官和部位進(jìn)行操作訓(xùn)練，使得術(shù)者預(yù)先“胸中有丘壑”,。3D手術(shù)演練可縮短手術(shù)時(shí)間,，發(fā)現(xiàn)術(shù)中可能發(fā)生的問(wèn)題并預(yù)測(cè)手術(shù)結(jié)局，避免潛在風(fēng)險(xiǎn),，確實(shí)提高手術(shù)質(zhì)量和安全性,。如芬蘭奧盧大學(xué)耳鼻咽喉科醫(yī)生在一例復(fù)雜電子耳蝸植入術(shù)前，提取患者顳骨高分辨CT數(shù)據(jù),，利用SLA技術(shù)復(fù)制出其顳骨模型,，精確顯示了面神經(jīng)管、橢圓窗,、圓窗等結(jié)構(gòu),，進(jìn)行了術(shù)前模擬，降低了手術(shù)風(fēng)險(xiǎn),。除此以外,，手術(shù)建模還有助于醫(yī)生向患者及家屬進(jìn)行必要的術(shù)前溝通。

3,、骨組織缺損的填充與修復(fù)：頜面部大塊硬組織（如下頜骨,、上頜骨）缺損后的修復(fù)常規(guī)用自體腓骨或髂骨進(jìn)行，其“拆東墻補(bǔ)西墻”的弊病不言而喻,。隨著人造骨骼研究的深入,，3D打印技術(shù)在處理人體骨骼復(fù)雜曲面，外形差異方面顯現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì),。除可直接打印高生物相容性鈦金屬骨贗覆體并根據(jù)孔隙率大小,，調(diào)節(jié)盤(pán)架材料粉末粒徑外,，還可通過(guò)改變切層的填充方式來(lái)調(diào)整孔隙率和微孔徑，構(gòu)建適應(yīng)細(xì)胞生長(zhǎng)的活性支架�,，F(xiàn)已成功制作出下頜骨,、椎骨等，并初步用于臨床,。

運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助,，設(shè)計(jì)制成與患者下頜骨缺損區(qū)正常外形相同的個(gè)體化鈦贗復(fù)體并予以術(shù)中植入，術(shù)后患者面部外形恢復(fù)正常,，咬合關(guān)系及張口度恢復(fù)良好,。比利時(shí)Hasselt大學(xué)BIOMED研究所運(yùn)用SLS技術(shù)，利用數(shù)控激光使得逐層疊加的鈦粉粒子準(zhǔn)確融合,，打印出與外形完全一致的下頜骨,，輔以表面噴涂生物陶瓷層，以降低排斥反應(yīng),；其后與荷蘭外科醫(yī)生合作,，成功為一位83歲的患者植入了3D打印的鈦質(zhì)下頜骨。由于羥基磷灰石（hydroxyapatite,，HA）具有優(yōu)良的骨誘導(dǎo)性能,，因此HA與光敏高分子一起作為原料，用于制備具有生物活性的骨組織工程支架,。日本東京醫(yī)科大學(xué)的Matsuo等以聚L-乳酸／HA（PLLA/HA）為原料,，使用SLA技術(shù)制作制備了可吸收多孔托架，輔助牙齒移植材料一起,，用于下頜骨腫瘤切除后的下頜骨重建,，獲得了比金屬鈦支架更好的修復(fù)效果，請(qǐng)關(guān)注南極熊3d打印網(wǎng),。

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來(lái)源：中華耳科學(xué)雜志