三維打印技術(shù)在人體解剖學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用與研究

王星 史君 張少杰 高尚 李筱賀 侯二飛 李志軍

摘 要：三維打印技術(shù)（又稱3D打印技術(shù)），即快速成型技術(shù)，是以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，應(yīng)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層堆積打印的方式來構(gòu)造物體的一種技術(shù)，其發(fā)展勢(shì)頭迅猛，已應(yīng)用于如航天航空、建造、汽車、地理等諸多領(lǐng)域，就醫(yī)學(xué)領(lǐng)域而言，目前多集中于臨床手術(shù)方面的應(yīng)用，基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教學(xué)則相對(duì)較少，人體解剖學(xué)作為醫(yī)學(xué)的一門重要基礎(chǔ)課程，如何將三維打印技術(shù)融入到解剖學(xué)教學(xué)中是值得關(guān)注的問題，該文正是基于這一特點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)探索與研究。

關(guān)鍵詞：三維打印技術(shù) 人體解剖學(xué) 教學(xué)與應(yīng)用

中圖分類號(hào)：G6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）02（c）-0128-02

三維打印技術(shù)（又稱3D打印技術(shù)），即快速成型技術(shù)，是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過逐層堆積打印的方式來構(gòu)造物體的一種新型技術(shù)[1]。其被業(yè)內(nèi)稱之為“第三次工業(yè)革命”，并迅速應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。作為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，其也涵蓋諸多學(xué)科，三維打印技術(shù)已應(yīng)用于其中部分學(xué)科[2]，人體解剖學(xué)作為一門基礎(chǔ)學(xué)科，具有一定的特殊性，如何將三維打印與解剖學(xué)教學(xué)有機(jī)結(jié)合起來是目前和今后所面臨的一個(gè)新任務(wù)。

1 三維打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用

三維打印技術(shù)已進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，技術(shù)越來越趨于成熟，精度越來越高，并已應(yīng)用到諸多領(lǐng)域，如工業(yè)、航空、制造、建筑、考古等領(lǐng)域均有其身影[3-5]。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域當(dāng)中，三維打印技術(shù)已直接應(yīng)用于臨床為患者服務(wù)，如在脊柱外科領(lǐng)域中，對(duì)畸形矯正、假體設(shè)計(jì)、導(dǎo)航模版制作、骨移植物、手術(shù)器械和外科實(shí)訓(xùn)等方面，并真正做到了“個(gè)體化”原則；在整形外科中，國(guó)外學(xué)者利用其對(duì)下頜骨骨組織缺損進(jìn)行修復(fù)，做到精確性高、手術(shù)時(shí)間短、口腔功能恢復(fù)良好及患者對(duì)術(shù)后外觀滿意度高等優(yōu)點(diǎn)[6]，并廣泛應(yīng)用于臨床已成為一種標(biāo)準(zhǔn)化治療手段[7-8]；在腫瘤、血管外科及器官移植方面中，國(guó)外學(xué)者[9]利用高通量的自動(dòng)化細(xì)胞打印系統(tǒng)以癌細(xì)胞和正常成纖維細(xì)胞為原料在Matrigel膠上打印出二者的3D共培養(yǎng)模型，在打印過程中它們保持細(xì)胞活性，并在接下來的過程中繼續(xù)增殖。Boland 等[10]應(yīng)用3D打印技術(shù)將牛血管內(nèi)皮細(xì)胞和藻酸鹽水凝膠同步打印，形成內(nèi)皮細(xì)胞-水凝膠三維復(fù)合物，成功打印出具有活性的微脈管結(jié)構(gòu)，為打印血管奠定了基礎(chǔ)。Mironov等[11]就提出了3D打印器官用于器官移植，他們通過干細(xì)胞在體外培養(yǎng)出自體細(xì)胞，播種于可降解的生物支架上從而生成相應(yīng)的器官，目前3D打印技術(shù)的應(yīng)用主要局限于制造結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、無需復(fù)雜供血的組織器官，如人造內(nèi)耳、皮膚等[12]。隨著三維打印技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用也會(huì)越來越重要，能不斷地為人類所服務(wù)。

2 人體解剖學(xué)教學(xué)所面臨的困境

人體解剖學(xué)教學(xué)之所以不同于其他學(xué)科，就是因?yàn)槠浣虒W(xué)手段旺旺依靠大量的骨骼標(biāo)本和尸體標(biāo)本，只有讓學(xué)生切實(shí)感受到其真實(shí)的結(jié)構(gòu)，才能起到良好的教學(xué)目的，但隨著社會(huì)的發(fā)展，殯葬業(yè)的規(guī)范和普及，傳統(tǒng)的土葬已越來越少，那么相應(yīng)的尸骨標(biāo)本的來源也就顯得非常困難，現(xiàn)有的骨性標(biāo)本結(jié)構(gòu)多是建校初期所得來的，經(jīng)過多年的實(shí)用已經(jīng)出現(xiàn)不可避免的損壞，尸體來源也面臨同樣的困境，遺體捐獻(xiàn)工作并沒有全面普及，尸體標(biāo)本數(shù)量的多少直接影響著醫(yī)學(xué)院校的發(fā)展。雖然，現(xiàn)在有許多輔助教學(xué)標(biāo)本模型，但其在真實(shí)度、器官結(jié)構(gòu)還與真實(shí)標(biāo)本有很大差距，不能完全滿足現(xiàn)有教學(xué)。因此，解剖學(xué)教學(xué)在標(biāo)本模型方面面臨亟待突破的方法。

3 三維打印技術(shù)在人體解剖學(xué)教學(xué)中的可行性探索

三維打印技術(shù)也在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用的比較廣泛了，在解剖教學(xué)方面，目前受到標(biāo)本數(shù)量、解剖名詞繁雜、缺乏立體教學(xué)等諸多因素的制約，往往只能依靠傳統(tǒng)的教學(xué)模式，即板書、教材、掛圖、少量標(biāo)本和模型相結(jié)合的模式，二維性不能全面完整展示人體器官、位置和結(jié)構(gòu)，無立體感，以至學(xué)生們常感覺這門課程抽象難以理解[13]；另一方面使用塑膠模型也難以獲得1∶1和真實(shí)感，再有尸體來源也將越來越困難，同時(shí)尸體作為教學(xué)涉及眾多倫理及防腐劑影響健康等問題。所以，三維打印打印在這方面有很大的發(fā)展空間，國(guó)外學(xué)者報(bào)道[14]已經(jīng)有醫(yī)學(xué)院校將三維打印技術(shù)引入并投入使用。目前國(guó)內(nèi)還未見報(bào)道，因?yàn)槿S打印機(jī)目前多用于科研和部分臨床應(yīng)用，一方面其設(shè)備較昂貴；另一方面打印耗材成本也較高，但隨著三維打印機(jī)的發(fā)展與普及，打印耗材成本的下降，必將對(duì)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生較大的影響，對(duì)于人體解剖學(xué)教學(xué)將起到重要的輔助作用。

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