西英格蘭大學(xué)利用3D打印創(chuàng)造低成本、高保真器官模擬器

2020年8月18日，南極熊從外媒獲悉，西英格蘭大學(xué)打印研究中心(CFPR)的一個團(tuán)隊正在利用3D打印技術(shù)制作逼真的器官模型，用于手術(shù)訓(xùn)練。

據(jù)研究人員介紹，該項目的目的是創(chuàng)建媲美人體組織 "外觀、彈性和一致性 "的器官模型。通過創(chuàng)建外觀和感覺真實的器官模擬器，手術(shù)訓(xùn)練變得更能代表真實情況，并最終可以幫助降低患者的風(fēng)險。

皇家康沃爾醫(yī)院的普通外科醫(yī)生，該項目的聯(lián)合監(jiān)督員James Clark博士解釋了手術(shù)模擬器如何成為現(xiàn)代外科教育的重要組成部分。他指出，復(fù)雜的外科手術(shù)往往需要 "高質(zhì)量的可重復(fù)的模型，使受訓(xùn)者能夠獲得真實的手術(shù)感受"。

△實驗室里的3D打印器官模擬器，圖片來自UWE

3D打印低成本、高保真的醫(yī)療模型

這項研究由CFPR高級研究員David Huson領(lǐng)導(dǎo)，建立在3D打印如何開發(fā)低成本、高保真醫(yī)療產(chǎn)品的基礎(chǔ)上。Huson將其描述為 "一個跨學(xué)科的項目"，因為它將科學(xué)家、藝術(shù)家和外科醫(yī)生結(jié)合起來，開發(fā)和測試工作原型。他解釋說，使用器官模擬器的一個優(yōu)勢是，它們提供了一個比人類尸體或動物實驗體更符合倫理的替代方案，真實的實驗體通常價格昂貴，難以獲得"。

CFPR的合伙人Marine Shao指出，這個項目將與現(xiàn)有的商業(yè)器官模擬器不同， "現(xiàn)有的商業(yè)器官模擬器往往只重現(xiàn)最常見的程序，而不能準(zhǔn)確復(fù)制人體組織的特性和感覺"。Shao解釋說，本項目的主要目的之一是解決目前器官模擬器中存在的局限性，通過3D打印可以開發(fā)出更便宜、更逼真的產(chǎn)品。

△栩栩如生的物理模型，用于模擬醫(yī)學(xué)訓(xùn)練，圖片來自CFPR

復(fù)制了哪些器官？

Huson的團(tuán)隊開始創(chuàng)建了一個能夠用于促進(jìn)腹腔鏡膽管探查的原型--這是一種用于清除膽管內(nèi)嵌結(jié)石的復(fù)雜外科手術(shù)。為此，他們復(fù)制了多個器官的相互關(guān)聯(lián)的組織和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包括十二指腸、膽囊、肝臟、胰腺和膽管。

與市場上已有的器官模擬器通常由硅膠制成，而Huson團(tuán)隊則是由未公開的材料組合而成，通過將3D打印與傳統(tǒng)的鑄造方法相結(jié)合，該團(tuán)隊能夠?qū)⑦@些材料結(jié)合在一起，結(jié)果是一個代表復(fù)雜的人類胃腸系統(tǒng)的產(chǎn)品。

除了胃腸器官的幾何形狀外，研究人員還復(fù)制了軟組織的聲學(xué)特性。由于腹腔鏡膽道手術(shù)需要使用超聲波檢查膽道是否有結(jié)石，實現(xiàn)解剖學(xué)上的劃分，并發(fā)現(xiàn)異常情況。因此，器官模擬器復(fù)制軟組織的聲學(xué)特性是一個基本的特質(zhì)，因為這使得外科醫(yī)生能夠在監(jiān)控的環(huán)境下進(jìn)行真實的超聲檢查。

3D打印在醫(yī)療研究中的應(yīng)用

有證據(jù)表明，在教育層面，用器官模擬器進(jìn)行培訓(xùn)已被證明是有效的。在最近的一篇關(guān)于3D打印在泌尿?qū)W領(lǐng)域的文獻(xiàn)回顧中，要求醫(yī)學(xué)生準(zhǔn)確地定位腫瘤，首先是用核磁共振成像，然后在3D打印前列腺模型的幫助下。在使用MRI時，學(xué)生和專家的成功率相差47%，而使用3D打印時，成功率驟降至17%。

另一個前景來自加州大學(xué)戴維斯分校健康中心的工作，外科醫(yī)生正在使用3D打印解剖模型和栩栩如生的器官。將后者與 "受傷的高分辨率3D模型 "相結(jié)合，使外科醫(yī)生能夠提高他們的精確度，因為他們可以獲得患者的精確測量。同樣，坦佩雷大學(xué)的研究人員也發(fā)現(xiàn)，3D打印模型，特別是鼻腔通道的3D打印模型，是一種很有前途且成本較低的改善鼻腔手術(shù)的方法。該領(lǐng)域的大量研究表明，器官模擬器在改善手術(shù)操作以及醫(yī)學(xué)進(jìn)步方面具有潛力。


編譯自：3dprintingindustry