3D打印顳骨模型制備方法及其在耳科中的應用展望

胡瀾也　賈歡　楊軍1上海交通大學醫(yī)學院（上海200025）2上海交通大學醫(yī)學院附屬新華醫(yī)院耳鼻咽喉-頭頸外科（上海200092）3上海市耳鼻疾病轉化醫(yī)學重點實驗室（上海200092）4上海交通大學醫(yī)學院耳科學研究所（上海200092）

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3D打印顳骨模型制備方法及其在耳科中的應用展望

胡瀾也1，2，3，4賈歡2，3，4楊軍2，3，4
1上海交通大學醫(yī)學院（上海200025）2上海交通大學醫(yī)學院附屬新華醫(yī)院耳鼻咽喉-頭頸外科（上海200092）3上海市耳鼻疾病轉化醫(yī)學重點實驗室（上海200092）4上海交通大學醫(yī)學院耳科學研究所（上海200092）

【摘要】顳骨是人體最復雜的骨性結構之一，內部重要的神經(jīng)、血管與位聽覺結構關系密切。顳骨相關的耳科及耳神經(jīng)外科手術要求醫(yī)生對顳骨解剖有著全面、透徹的認識以避免損傷一些精細、重要結構，如面神經(jīng)、內耳、頸內動脈和聽神經(jīng)。長久以來，耳外科醫(yī)生通過反復解剖人體尸頭的顳骨來獲取和提高相關的手術技能。但人體尸頭來源有限，價格日益昂貴，造成尸體顳骨解剖訓練越來越困難。隨著3D打印技術的發(fā)展，世界各國的研究者們制造出了可用于耳科教學和手術技能訓練的3D打印顳骨模型。本文就3D打印顳骨模型的制備過程、評價方法以及近年來在耳科領域的應用作一綜述。

【關鍵詞】顳骨；3D打??；模型制備；耳科

Funding：This study was supported by the project of Shanghai Municipal Science and Technology Commission（No.16XD1402200）and Xinhua Hospital（No.15YG02）.

Conflict of interest：the authors declare no potential conflict of interest.

顳骨是人體最復雜的骨性結構之一，內部重要的神經(jīng)、血管與位聽覺結構關系密切。顳骨相關的耳科手術要求醫(yī)生對顳骨解剖有著全面、透徹的認識，同時擁有豐富的經(jīng)驗和手術技巧以免損傷面聽神經(jīng)、頸內動脈、耳蝸等精細結構。長久以來，通過反復解剖人體尸頭的顳骨來獲取和提高相關的手術技能，培育了一代又一代的耳科醫(yī)生［1］。Mowry等［2］證實了尸體顳骨解剖在住院醫(yī)師培訓中的重要作用，對大多數(shù)住院醫(yī)師而言，尸體顳骨解剖數(shù)量與他們的耳科手術技能呈正相關。作為最可靠的手術仿真模型，尸體顳骨一直是耳科教學和技能訓練的“金標準”。

但是，人體尸頭來源有限，價格日益昂貴，兒童尸體顳骨更是極度匱乏［3］，宗教、文化和相關法規(guī)等因素也為尸體顳骨解剖訓練的推廣增加了難度［1］。2011年巴基斯坦一項研究顯示，其國內的醫(yī)學生大多對尸體解剖持回避態(tài)度，其中37%出于道德或倫理因素，18.6%出于宗教因素［4］。此外，人體尸頭也有其局限性。即使是福爾馬林浸泡固定的人體標本也可能攜帶結核分枝桿菌、朊病毒、乙型肝炎病毒和丙型肝炎病毒等傳染性病原體［5，6］，尸體顳骨的解剖過程存在傳播感染性疾病的的潛在風險。不同尸體顳骨的解剖和病理上存在差異，學員難以在統(tǒng)一標準的模型上進行重復訓練。

考慮到以上因素，近年來研究人員開始探尋可用于耳科教學和手術技能訓練的替代模型。嚙齒動物等小型動物的顳骨與人體的顳骨在解剖結構上存在顯著差異，較大型的動物也是如此，例如綿羊的顳骨缺少氣化的乳突結構。雖然有文獻報道，綿羊的顳骨可用于人工耳蝸植入術和鐙骨切除術的技能訓練［7，8］，但它們的作用仍舊有限。隨著虛擬現(xiàn)實技術的進步，近年來世界各國相繼設計開發(fā)出了基于力反饋技術的計算機虛擬顳骨模型。虛擬顳骨模型的使用不受時間、場地和次數(shù)的限制，不僅可用于顳骨手術的訓練，還能讓臨床醫(yī)生在不增加患者風險的情況下探索外科技巧和術式［9，10］。通過監(jiān)測操作者的手術時間、手術步驟等，虛擬的手術模擬系統(tǒng)能夠評估操作者的手術技能水平，形成過程性評估和終結性評估的基礎［9，11］。但虛擬顳骨模型的缺點也是顯而易見的，由于缺少真正的三維性，模型的仿真度通常有限。操作時不能使用真實的外科器械，即使模型能較準確地呈現(xiàn)出解剖結構，也很難模擬出真實的鉆磨觸感，這降低了虛擬顳骨模型用于手術技能訓練的效果。3D打印技術是一種基于三維數(shù)學模型，通過增加材料逐層打印的方式，直接制造與相應數(shù)學模型完全一致的三維物理實體模型的制造方法，學術上也稱作增材制造（additive manufacturing）［12］。作為20世紀80年代末興起的新技術，近十年來3D打印技術已經(jīng)在醫(yī)療領域取得了長足進步。隨著計算機技術的發(fā)展、新型材料的問世和生產工藝的改進，世界各國的研究者們利用3D打印技術制造出了可用于耳科教學和手術技能訓練的顳骨模型。標準化的顳骨模型規(guī)格統(tǒng)一，有利于年輕醫(yī)生進行重復的強化訓練。顳骨模型也可應用于術前規(guī)劃和手術模擬，協(xié)助手術醫(yī)生明確復雜病變、評估手術風險，為患者提供個性化的治療方案。本文就3D打印顳骨模型的制造過程、評價方法以及近年來在耳科領域的應用作一綜述。

1　3D打印顳骨模型的制造過程

3D打印顳骨模型的制造過程分為圖像獲取、圖像后處理和3D打印3個步驟［13］。一個堪比尸體顳骨或能夠模擬真實手術體驗的顳骨模型的制備涉及模型制造各個環(huán)節(jié)的處理和細化。

1.1圖像獲取

通過對尸體顳骨或患者的活體顳骨行CT掃描，獲取醫(yī)學數(shù)字成像和通信（digital imaging and com?munications in medicine，DICOM）格式的原始CT圖像。高分辨率的CT圖像數(shù)據(jù)有利于在后續(xù)的3D打印過程中提高模型解剖結構的準確性。Rose等［14］對正常尸體顳骨分別行普通薄層CT掃描和顯微CT掃描，利用3D打印技術制成了顳骨模型A和模型B。對模型的解剖提示，采用分辨率更高的顯微CT掃描數(shù)據(jù)制成的模型B的解剖細節(jié)更為出色，具體表現(xiàn)在乳突氣房和聽小骨、圓窗、卵圓窗等中耳結構上。但在臨床應用上，考慮到射線輻射劑量，對患者的活體顳骨行顯微CT掃描并不是常規(guī)做法。Suzuki等［19，23］對正常顳骨行CT獲取影像學數(shù)據(jù)，掃描精度為層厚0.5mm、間距0.1mm。利用該圖像數(shù)據(jù)制備的模型能夠精確再現(xiàn)漢勒棘等表面結構以及聽小骨、半規(guī)管、前庭、蝸管、圓窗龕和面神經(jīng)管等內部結構。

1.2圖像后處理

利用計算機輔助設計（computer aided design，CAD）技術，處理通過CT掃描獲取的DICOM格式的影像學數(shù)據(jù)，實現(xiàn)目標物體的切分和三維重建，最后將CAD模型輸出至3D打印設備。圖像后處理的過程對于模型特定結構的再現(xiàn)、內部殘留打印材料的去除和模型尺寸的修改至關重要。

通常說來，通過設定閾值參數(shù)，軟件能將圖像中的骨結構自動分割出來。但越是復雜和精細的結構，軟件越是難以自動識別分割，即使CT圖像質量極高，聽小骨、乳突氣房等結構仍需要人工處理。此外，為了提高模型的仿真度、保證模型能夠再現(xiàn)特定的解剖結構，半規(guī)管、耳蝸和面神經(jīng)、乙狀竇、頸內動脈、巖淺大神經(jīng)等神經(jīng)血管結構也需由熟悉顳骨解剖的專業(yè)人員手動分割［3，15，16，17，18，30］。Cohen等［18］在軟件自動分割出骨性結構的基礎上，人工分割出錘骨，補全乳突氣房細節(jié)和不連續(xù)的骨性結構，并減少偽影，去除其它不需要的結構。Mick等［16］在每張圖像上手動分割出乙狀竇、面神經(jīng)、聽小骨、半規(guī)管、耳蝸、頸內動脈、鼓膜張肌和鼓索神經(jīng)，并給每個結構指定染色，打印出的模型呈現(xiàn)了黃色的面神經(jīng)、紅色的頸內動脈和藍色的乙狀竇等，提升了標志性結構的辨識度。鐙骨是定位面神經(jīng)水平段、圓窗龕等結構的解剖標志，為了應對鐙骨的低顯影性，Suzuki等［19］改變鐙骨閾值，局部增強鐙骨的顯影，最終打印出了完整的鐙骨。另外，圖像數(shù)據(jù)的處理不當會在后續(xù)流程中阻礙重要結構的復制。為了提高模型的仿真度，Bakhos等［20］雖然在處理圖像數(shù)據(jù)時消除了鼓室和內聽道內的條紋狀支撐結構，但引起了聽骨鏈的崩塌，在打印過程中聽骨鏈與周圍的打印材料混合。

切分目標物體、實現(xiàn)三維重建時，通過調整切片位置，可以使模型最大程度地保留空腔間隙結構。Hochman等［15］運用新型切片算法，數(shù)字化地將模型分層解構，使殘留在模型空腔間隙內的鑄造粉末能夠在打印結束后被去除，同時改善了固化劑對整個模型的滲透情況。Cohen等［18］處理圖像數(shù)據(jù)時，在乙狀竇區(qū)域內形成一直徑3mm的孔道，為打印結束后殘留在乳突氣房內的樹脂支架提供了充分的排出通道。

CAD模型可儲存為STL文件格式，STL也是為大多數(shù)3D打印系統(tǒng)所應用的標準文件類型。Suzu?ki等［21］通過倍增STL數(shù)據(jù)制造出了雙倍尺寸的顳骨模型和三倍尺寸的骨迷路模型，放大的模型對于三維結構和解剖定位的教學是十分有用的工具。

1.33D打印

目前，已實現(xiàn)商品化的3D打印機共涵蓋了七類工藝［12］，它們的所用材料和技術原理各有特點。3D打印材料和工藝的選擇決定了模型最終的效果。熔融沉積制造（fused deposition molding，F(xiàn)DM）以熱塑性材料為打印的“墨水”，通過熱熔噴頭將熔化的材料擠壓而出，以一定的厚度沉積在指定位置后固化成形。以此種工藝打印出的模型內留置有可溶性材料制成的支架，用以支撐游離結構。支架將在模型打印結束后被洗滌劑溶解，從模型內排出［12］。Cohen等［18］采用FDM工藝打印的顳骨模型材質較真實顳骨軟，在鉆磨模型時若沖洗不足，模型有融化趨勢，這是由打印材料丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（acryloni?trile-butadiene-styrene，ABS）塑料本身的特性決定的。由于采用了FDM這一工藝，顳骨模型表面有較明顯的條紋，且模型內部如乳突氣房內易殘留支架材料。光固化印刷（stereolithography apparatus，SLA）以液態(tài)光敏樹脂為打印耗材，紫外光在樹脂表面掃描使材料固化，形成一定厚度的薄層，從而從底部逐層生成物體［12］。與Cohen等［18］的顳骨模型類似，Bakhos等［20］采用SLA工藝制造的顳骨模型受打印材料和工藝技術所限，模型鼓室和內耳道內可見樹脂條紋，模型的硬度遠低于尸體顳骨。噴射固化成型（Polyjet）技術使用噴頭將樹脂噴射到基底上，利用紫外光將其固化成形，打印過程同時噴射出凝膠類支撐材料，用以支持模型中懸垂和復雜的結構，支撐材料可在打印結束后用水去除。該工藝可同時打印多種材料，通過不同顏色樹脂的混合，可打印出上百種色調［22］。Rose等［14，17］將多種熱固性聚合物以不同比例混合構成打印材料，來滿足不同解剖結構獨特的生物力學特性，學員能夠輕易區(qū)分出模型的骨結構和軟組織結構。由于Polyjet打印過程中需要打印支撐，Rose等［14，17］制造的顳骨模型也受到支撐材料殘留的困擾，雖然大部分支撐材料能由模型外部和開口處去除，但仍有少部分殘留于迷路等結構中。激光選區(qū)燒結（selective laser sintering，SLS）可打印多種熱塑性材料，如尼龍、聚丙烯酸酯類、聚碳酸酯、聚苯乙烯等。該工藝采用高功率的激光，將粉末熱熔、燒結在一起形成模型，無需打印支撐結構［12］。Suzuki等［19，21，23］選用加入了玻璃珠的聚酰胺尼龍粉末為材料，打印出的模型硬度與真實顳骨類似，但相較于真實顳骨產生的骨粉，模型產生的骨粉更為粘稠和易熔。雖然SLS不打印支撐結構，但由于使用的是粉末材料，空腔結構的復制仍舊是一個挑戰(zhàn)。Suzuki等［19，21，23］制造的顳骨模型的半規(guī)管、乳突竇和乳突氣房等空腔間隙內充滿了粉末，解剖過程中需使用沖洗吸引器清除，這損害了模型的仿真度和解剖體驗。三維印刷（three dimensional printing，3DP）中常用的材料是淀粉基粉末和石膏基粉末，也可以使用陶瓷基粉末或金屬基粉末等其他材料直接打印陶瓷或金屬等制件。3DP技術基于微噴射原理，使用噴頭噴出液態(tài)微滴粘結劑，按一定路徑選擇性地將粉末材料粘結起來，逐層堆積生成模型，打印過程無需制作支撐［24］。制造者可以通過調整粘合劑的種類和濃度改變材料質地，使之與真實骨相似［1，25］，也可以使用不同顏色的粘合劑，打印出紅色的頸內動脈、藍色的乙狀竇和綠色的前庭等結構［15，16，26，30］，或者將面神經(jīng)、頸動脈、乙狀竇等結構打印為有著彩色邊界的中空管道，打印結束后向管道內填充相應色彩的導線來模擬顳骨內的神經(jīng)、血管［1，25］。不同于樹脂材料，打印結束后制造者可以使用壓縮空氣，將殘留在乳突氣房、蝸管等空腔結構內的鑄造粉末手動清除［1，15，25，26］。

1.4模型后處理

初學者在模型上學習和練習新技能時，最好選擇囊括所有手術相關結構的高仿真度模型［27］。任務之前的練習與任務本身的相似性越大，練習過程越是有效［28］。因此，提高顳骨模型的仿真度、使之能夠充分模擬人體顳骨骨結構和軟組織的解剖特征是研究者們的目標。為此，很多研究者在模型打印完成后，對模型進行了額外的處理。除了之前提到的使用壓縮空氣清除殘余的鑄造粉末外［1，15，25，26］，研究者們還將模型浸入氰基丙烯酸酯系或聚氨酯混合物固化劑中，使模型具有強度和適當?shù)挠捕?，同時融合層面形成一個完整的結構［1，15，16，25，26］。Hochman等［15］制造了4種使用不同固化劑的模型，讓測試人員先后在隨機分配的模型和與之匹配的尸體顳骨上進行操作，并對模型的皮質骨硬度、振動性能、手術電鉆的跳動、聲學性能等進行評價，選出了4種固化劑中的評價最優(yōu)的固化劑對苯二酚氰基丙烯酸酯（cyanoacrylate with hydroquinone）。由于技術有限，3D打印機無法將鼓膜和硬腦膜等結構打印出來。研究者們?yōu)榱搜a全顳骨結構，使用硅片制作鼓膜和硬腦膜［1，25］，或者在鼓室蓋上表面涂上一層乳膠來模擬硬腦膜［16］。還有研究者［30］在顳骨模型的顱中窩和乙狀竇溝表面分別涂刷粉色和藍色丙烯顏料，以提高相關結構的辨識度。

2　3D打印顳骨模型的評價方法

專家小組采用一定的測量方法評估，如果某一模型具有原型的外觀、聲音及感覺，則該模型具有表面效度［16］。3D打印顳骨模型的表面效度可以通過定性評價顳骨模型的解剖準確性和使用手術器械的體驗來進行。具體來講，模型的硬度、深度知覺、解剖結構的完整度和辨識度，以及使用手術器械時的鉆磨觸感、聲學變化、骨粉和沖洗液體混合物的仿真度等都可以是顳骨模型表面效度的評價項目。Mick等［16］邀請了8名分別來自美國、加拿大和新加坡的耳科專家，讓他們以解剖尸體顳骨的方式解剖3D打印顳骨模型，并在完成后填寫一份選項為里克特5點量表的半結構問卷，以豐富的既往解剖經(jīng)歷作為參照對象，評價該模型解剖結構視覺上的準確性以及使用手術電鉆的鉆磨觸感、聽覺反饋、骨粉和沖洗液體混合物的仿真度。評價結果提示，該模型具有良好的解剖準確性，尤其在顳骨的整體形態(tài)、乳突氣房等外側結構上評分優(yōu)異；但半規(guī)管、面神經(jīng)和鼓索神經(jīng)等較內側的結構得分較低，管腔內有石膏粉殘留。在皮質骨、乳突氣房和外耳道后壁等結構上鉆磨觸感接近真實，而半規(guī)管材質過于柔軟，鉆磨時的聲學變化相似性尚可，產生的骨粉較真實的骨粉更為粘稠和易熔。總體說來，專家小組認為該模型具有良好的表面效度。以類似的方式，Da Cruz等［1］評價了所制3D打印顳骨模型的表面效度，9名耳鼻喉科醫(yī)生填寫了里克特選項的半結構問卷，問卷內容包括模型的深度知覺、顏色對比、解剖結構仿真度、鉆磨觸感、聲學變化以及模型能否像尸體顳骨一樣滿足相關手術練習的需要。評價結果提示，雖然有些許不足之處，例如乙狀竇和面神經(jīng)的顏色過于明亮、硬腦膜則過于黯淡，但模型在深度知覺、解剖結構仿真度和鉆磨觸感方面堪比尸體顳骨，模型能夠提供接近尸體顳骨的手術訓練體驗，該模型具有良好的表面效度。

同表面效度的認定類似，若一個專家小組采用一定的測量方法，認為該模型有益于耳科的教學和技能培訓，則該模型具有內容效度［1］。10名耳鼻喉科住院醫(yī)生參與了Hochman等［26］的研究試驗，以適合各自水平的方式，先后解剖了尸體顳骨和與之匹配的3D打印顳骨模型，完成解剖后填寫半結構問卷，問卷選項為里克特7點量表，以尸體顳骨的解剖體驗為參考對象，評價3D打印顳骨模型在教學和手術技能訓練方面的價值。問卷內容涉及模型能否提升醫(yī)生的信心和術中表現(xiàn)、是否為有效的訓練工具，以及模型在多種手術技能培訓上的價值，如完壁式和開放式鼓室成形術伴乳突根治術、后鼓室切開術和迷路切除等。測試人員一致認為，該模型對手術技能的發(fā)展、術中信心和表現(xiàn)的提升有著積極影響，應當被納入訓練課程中。Da Cruz等［1］也對所制模型的內容效度進行了評價，評價項目包括模型在解剖教學、手術規(guī)劃教學、提高眼-手協(xié)調性和作為訓練用具方面的實用性，以及習得技能能否應用到手術室中、模型是否應當納入課程等。評價結果顯示，該模型能夠提高學員的手術技能水平和認知能力，如手術規(guī)劃能力等，是十分有效的訓練用具，該模型具有高等級的內容效度。

表面效度和內容效度都是對測試內容作出的主觀判斷，需要注意的是，若專家小組成員來自同一機構，訓練經(jīng)歷及背景的相似性可能使回答更為一致；若成員數(shù)目較少，評價結果也存在潛在偏倚。此外，研究人員也可以通過客觀的測量方法來評價模型的解剖準確性。Rose等［17］分別在3D打印顳骨模型、患兒術前CT圖像和術中活體顳骨上測量了面神經(jīng)第二膝水平、乙狀竇至外耳道后壁、乙狀竇至外耳道前壁的距離，以及骨性外耳道的垂直高度，通過測量解剖標志間的絕對距離和相對距離來評價所制模型的解剖準確性。Cohen等［18］利用千分尺測量模型骨性外耳道的直徑，并與原型CT圖像的數(shù)據(jù)作對比，評價模型尺寸的準確性。Bakhos等［20］對尸體顳骨和與之匹配的3D打印顳骨模型行CT掃描，通過測量兩者CT圖像上主要解剖標志之間的距離和乳突氣房的體積來評價模型的解剖準確性。

3　3D打印顳骨模型在耳科領域的應用

目前，3D打印顳骨模型主要應用于耳科的解剖教學、手術技能訓練、術前規(guī)劃和手術模擬。

顳骨解剖是耳科培訓的基本要素，傳統(tǒng)的二維示教不足以讓學員獲得對復雜解剖細節(jié)的直觀了解，3D打印顳骨模型則可以成為顳骨解剖教學的有力工具。Suzuki等［19，21，23］利用3D打印技術制造出了雙倍尺寸的顳骨模型和三倍尺寸的內耳模型，內耳模型中骨迷路及其周邊的骨性結構和聽骨鏈清晰可見。將等比例放大的模型作為教學用具，結合教學視頻，學生能夠從手術醫(yī)生的角度學習手術定位和解剖定位，該模型對于中耳和內耳三維解剖結構的教學是十分有用的工具。此外，3D打印模型還可以作為媒介，將臨床中的解剖變異帶入臨床前的學習中，以提高學員對解剖的理解［13］。

以往耳科醫(yī)生通過反復解剖人體尸頭的顳骨來獲取和提高相關的手術技能。但人體尸頭來源有限，價格昂貴，造成尸體顳骨解剖訓練難以推廣。3D打印顳骨模型為耳科手術技能訓練提供了有效途徑。兒童尸體顳骨的極度匱乏制約了耳科醫(yī)生技能的發(fā)展，Longfield等［3］以6月女性兒童的活體顳骨為原型，制造的3D打印顳骨模型提供了一種可行且成本低廉的小兒耳科技能訓練方案。臨床醫(yī)生能夠在Hochman等［26］制造的3D打印顳骨模型上練習乳突切除術、后鼓室切開術及顱底進路手術，該模型模擬面神經(jīng)的導線表里雙色，若面神經(jīng)受損操作者即知曉。Roosli等［25］的顳骨模型再現(xiàn)了耳蝸管腔結構和延展的顳骨鱗部，這是練習人工耳蝸植入術必不可少的解剖細節(jié)，專家小組認為該模型在人工耳蝸植入手術技能訓練方面的效用堪比尸體顳骨。Bakhos等［20］制造的模型可用于中耳假體植入術的訓練。Da Cruz等［1］的研究結果顯示，無論是乳突切除術、后鼓室切開術等顳骨外側部的手術，還是深部結構相關的手術，如圓窗手術、迷路切除等，學員均能在模型上進行所有手術相關的解剖練習，該模型能夠提供令人滿意的訓練體驗。Mick等［16］制造的顳骨模型是有效的耳科技能訓練用具，尤其是年資較低的住院醫(yī)生能從中獲益良多。Rose等［14］對正常尸體顳骨分別行普通薄層CT掃描和顯微CT掃描，利用3D打印技術制成了顳骨模型A和模型B，專家小組評價兩者均可用于醫(yī)學教育和耳外科手術技能培訓。

3D打印顳骨模型還可在臨床上用于術前規(guī)劃和手術模擬。通過術前在模型上的操作訓練，手術醫(yī)生可以預判術中可能發(fā)生的問題，從而規(guī)避潛在風險，提高手術質量和患者安全性。Suzuki等［23］在先天性外耳道閉鎖患兒行外耳道和聽骨鏈重建術前，利用患兒的顳骨CT掃描數(shù)據(jù)，制作了相應的3D打印顳骨模型。模型再現(xiàn)了患兒發(fā)育不良的中耳裂、前置的面神經(jīng)垂直段和異位的卵圓窗，前置的卵圓窗幾乎隱藏在下頜關節(jié)間隙后。模型提示了手術的高風險，為醫(yī)生做出臨床決定提供了參考依據(jù)。由于卵圓窗和面神經(jīng)的高度異位，該患兒手術最終取消。以相同的方式，Suzuki等［29］在先天性外耳道閉鎖的21歲女性患者手術前制造了兩個3D打印顳骨模型。手術醫(yī)生解剖一個模型來定位面神經(jīng)和內耳結構，然后在另一個模型上模擬手術，調整手術步驟和細節(jié)，以縮短手術時間，達到最佳的手術效果。Rose等［17］在1例解剖復雜的開放式鼓室成形術伴乳突根治術前，利用3D打印技術復制出患兒顳骨，手術醫(yī)生通過在顳骨模型上模擬手術，增加了對患兒異常的、有既往手術史的顳骨解剖的理解，從而降低手術潛在風險，提高患兒安全性。楊靜雅等［30］在術前制備了2例慢性中耳炎患者相應的顳骨模型并在模型上模擬手術，其中1例中耳炎顳骨模型可見聽骨鏈完整，膽脂瘤緊貼硬腦膜，提示手術過程中在清除病變組織時應當注意避免硬腦膜受損；另1例顳骨模型可見聽骨鏈完整，病變范圍局限，提示手術風險較低。

4　3D打印顳骨模型的局限性

由于材料和技術的制約，3D打印顳骨模型常常不能準確復制出原型顳骨的骨質密度和精細結構。常見問題有模型質地偏軟，硬度低于尸體顳骨［3，16，18，20］；聽小骨形成不全或互相融合固定［1，18，25］；精細結構如鐙骨、鼓索等難以復制或不可辨認［1，18，23，25］；模型內部材料殘留，難以形成空腔結構［14，16，17，18，20，23］。關于具有表面效度和內容效度的3D打印顳骨模型能否替代訓練課程中的尸體顳骨，即使是對模型有著高接受度的醫(yī)生對此也持模棱兩可或并不認同的態(tài)度［1，3，15，25，26］。除去模型本身的瑕疵外，可能與長久以來尸體顳骨被既定為耳科技能訓練的“金標準”的觀念有關。正如之前所提到的，制備出與尸體顳骨相似或能模擬真實手術體驗的3D打印顳骨模型涉及到模型制造各個環(huán)節(jié)的處理和細化，模型最終的精度和質地至關重要。若僅用于耳科的解剖教學，對模型的硬度、鉆磨觸感等要求不高，利用精度較高的影像學數(shù)據(jù)制備的大部分模型均能滿足教學需求。而在手術技能訓練、手術模擬的應用上，3D打印顳骨模型的實用性很大程度上取決于模型的解剖精度和質地觸感。除了獲取精度足夠的影像學數(shù)據(jù)并進行恰當?shù)膱D像后處理外，3D打印過程中可通過調整設置3D打印機參數(shù)、換用較小的噴頭等方法提高模型結構精細度。應當選用或研發(fā)適用于3D打印骨性結構的材料，使模型質地與真實骨骼相近，以提供良好的鉆磨觸感。材料熔點不宜過低，以免鉆磨時模型有融化趨勢。由于現(xiàn)有的3D打印原材料并無類骨性質，與材料領域的專業(yè)人員進行跨學科合作、研發(fā)出能準確復制顳骨骨骼特性的材料是提高3D打印顳骨模型實用性、使其真正走入臨床的解決方法。3D打印顳骨模型術前規(guī)劃和手術模擬的臨床應用受限于模型的制造時間和成本。隨著3D打印機和制作材料成本的下降，以及技術的發(fā)展和生產工藝的改進，3D打印顳骨模型在臨床上的應用前景將會更加廣闊。

5　3D打印技術在耳科領域的應用展望

目前，3D打印技術已經(jīng)在醫(yī)學領域取得了長足進步，除了打印模型用于解剖教學、手術技能訓練、術前規(guī)劃和手術模擬外，3D打印技術在直接打印個體化植入物、打印術中導引裝置、構建骨骼和血管等方面也初見成效。利用3D打印技術，將生物相容性細胞、支架材料、生長因子等在計算機指令下逐層打印，形成有生理功能的可植入物，以修復或替代人體受損組織，在生物醫(yī)學領域有著廣泛的用途和巨大的發(fā)展空間［31］?？梢灶A見，隨著3D打印技術的發(fā)展、新型材料的問世和生產工藝的改進，3D打印技術將在耳科領域有著更為廣闊的應用前景。

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·綜述·

Manufacture of 3D Printed Temporal Bone Models and Prospect of Its Application in Otology

HU Lanye1，2，3，4，JIA Huan2，3，4，YANG Jun2，3，4
1 Shanghai Jiao Tong University School of Medicine（Shanghai 200025）2 Department of Otorhinolaryngology-Head & Neck Surgery，Xinhua Hospital，Shanghai Jiao Tong University School of Medicine（Shanghai 200092）3 Shanghai Key Laboratory of Translational Medicine on Ear and Nose diseases（Shanghai 200092）4 Shanghai Jiao Tong University School of Medicine Ear Institute（Shanghai 200092）Corresponding author：YANG JunEmail：otology-xinhua@hotmail.com

【Abstract】The temporal bone is one of the most complex human bony structures in which crucial nerves and blood vessels are closely related with auditory and vestibular organs.Otology and neurotology surgeries demand a comprehensive understanding of temporal bone anatomy as well as rich experience and surgical skills to avoid damage to delicate structures such as the facial nerve，inner ear，internal carotid artery and auditory nerve.Ear surgeons have always been improving their surgical skills via repeated dissection of human cadaveric temporal bones.However，this surgical training is being challenged by increasing cost and limited sources of human cadaveric materials.With the development of 3D printing technology，researchers around the world have produced 3D printed temporal bone models for otological teaching and surgical training.This review focuses on the manufacture of 3D printed temporal bone models，and its evaluation and recent application in otology.

【Keywords】Temporal Bone；3D Printing；Model Manufacture；Otology

【中圖分類號】R764

【文獻標識碼】A

【文章編號】1672-2922（2016）03-420-7

DOI：10.3969 / j.issn.1672-2922.2016.03.022

基金項目：上海市科學技術委員會科研計劃項目（16XD1402200），新華醫(yī)院科研基金項目（15YG02）

作者簡介：胡瀾也，研究生，研究方向：耳科學

通訊作者：楊軍，Email：otology-xinhua@hotmail.com

收稿日期：（2016-01-12審核人：戴樸）