多材料3D顱腦模型輔助手術實際操作

顧建文，博士導師、神經外科學教授;空軍總醫院副院長;中華醫學會理事，解放軍神經外科專委會副主任委員;擅長腦腫瘤瘤微創手術治療腦血管疾病、癲癇、帕金森、脊柱疾病。

多材料3D打印機生成顱腦模型Utilityofmultimaterial3Dprintersincreatingmodels可被用於神經外科技術的實際操作。該模型是用最新型的多材料3D打印機生產的，它是由多種材料組成的，這些材料模擬了在神經外科手術中會遇到的不同質地和密度的人類組織。

神經外科學是一門難以掌握的學科。神經外科培訓班的次數和種類越多，培訓的經驗就越好。然而，文章的作者指出，很難找到能夠在提供準確而且逼真的神經外科訓練的同時又能保持低成本的合適的仿真模型。

三維打印機一直被用來製造用於醫師培訓及有時用於指導患者的正常及病理性人體組織和器官的模型。然而，直到最近之前，模型的製造只能用一種材料。儘管其對展示的目的有用，但由一種材料所做的模型對實際操作培訓的價值不大。隨着多種材料3D打印機的問世，可被製造的新模型的精密和多樣化都有了大幅的增加，但它們的價格也有大幅的上升。最新型的多材料3D打印機可通過製造模擬在多種身體組織中的不同疾病的模型來輔助神經外科手術培訓，而且他們能夠以一種具有成本效益的方式來做到這一點。

多材料3D打印模型能模擬在實際病患中的病理情況。該模型的基本部件(即“頭”)是由一種材料組成的。它具有人的特徵(一張“臉”)及一個人類頭顱的自然輪廓。這一部件被用來培訓在神經導航術中的新手而且它能被一次又一次地重複使用。該模型的第二部分定義了將進行模擬手術的區域。這一部件含有數種不同的材料，它們分別爲模擬的皮膚、骨、硬腦膜、腫瘤及正常腦組織。該第二種部件可裝配到基礎部件的槽隙內;這一多質地的部件只能用一次並會在練習課之後被丟棄。幸運的是，新組件可以源源不斷地被打印出來。

爲了讓訓練課變得有價值，受訓者必須要在模擬手術中能夠看到、感到甚至聽到不同“組織”對手術器械和技術做出的反應。研究人員告訴我們，其“皮膚”被設計成柔軟到足以被一把手術刀所切割並被縫線修復，但它們又足夠結實而能被拉鉤固定住;其“骨頭”必須有足夠的硬度而能讓受訓者獲得使用骨穿孔機和切割機的經驗;其“硬腦膜”必須像真的一樣是薄而柔韌的。其“腫瘤”的質地和顏色不同於“腦子”的質地和顏色以模擬實際的組織。研究人員將其“腫瘤”製成比“腦”要更軟並將其製成橙色，而他們將腦的顏色製成淺黃色。

該模型在培訓神經導航術中的實用性也得到了評估。由於用以製造該兩部分模型的數據來自於一個真實的患者，因此該“神經影像”被評估團隊評爲“優秀”是可想而知的。在這一過程中使用了兩種導航系統，而在這兩部分模型中“配準是準確的而且可進行計劃。”

模型設計所根據的是實際的患者資料，從而提供了無限多的種類。隨着3D打印機技術的完善，這些機器將帶來製造更新、更復雜模型的可能性，並能讓培訓經驗得到改善。未來的3D模型可能會帶來有從頭到尾進行整個手術的可能性，提供一個逼真的模擬器用於神經外科手術的訓練。