3D打印技術(shù)在外周血管介入治療領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)展

金昌，吳常生

內(nèi)蒙古科技大學(xué)包頭醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院介入治療科，內(nèi)蒙古包頭014010

3D打印技術(shù)在外周血管介入治療領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)展

金昌，吳常生

內(nèi)蒙古科技大學(xué)包頭醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院介入治療科，內(nèi)蒙古包頭014010

3D打印技術(shù)是將計(jì)算機(jī)三維成像技術(shù)和多層次連續(xù)打印技術(shù)結(jié)合在一起的一種新興技術(shù)，其原理就是采用分層加工的方式來(lái)生成3D實(shí)體。該技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用已取得一定進(jìn)展，尤其在臨床醫(yī)學(xué)方面，逐漸被更多的人所熟悉。該文將綜述關(guān)于在外周血管介入治療領(lǐng)域中3D打印技術(shù)的應(yīng)用最新研究進(jìn)展,分析目前3D打印技術(shù)在外周血管介入治療領(lǐng)域所面臨的問(wèn)題，展望其發(fā)展方向，為該領(lǐng)域的研究提供參考。

3D打印技術(shù)；外周血管；介入治療；進(jìn)展

3D打印技術(shù)以其便捷、個(gè)性化的優(yōu)勢(shì)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用取得了一定的成效[1-2]，不容忽視是其在外周血管介入治療領(lǐng)域的發(fā)展。目前，3D打印技術(shù)在外周血管介入治療的應(yīng)用主要涉及的方面有：血管模型、血管支架、人工血管、教學(xué)等。該文綜述關(guān)于在外周血管介入治療領(lǐng)域中3D打印技術(shù)的應(yīng)用最新研究進(jìn)展,分析目前其在外周血管介入治療領(lǐng)域所面臨的問(wèn)題，展望在外周血管介入治療領(lǐng)域的發(fā)展方向，為該領(lǐng)域的研究提供參考。

1 3D打印技術(shù)的概述及種類(lèi)

3D打印又叫快速成型，是一種新型的快速?lài)娔蛴〖夹g(shù),通過(guò)逐層噴墨,最終可以打印出具有三維形狀的物體。第一臺(tái)3D打印機(jī)是通過(guò)光固化立體造型[3]的立體光刻技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)模型的構(gòu)建，該技術(shù)通過(guò)對(duì)特定的光敏材料進(jìn)行激光分層掃描,材料會(huì)固化形成薄層，通過(guò)同樣的逐層掃描，相應(yīng)的模型就可得到[4]。其他3D打印技術(shù)包括熔融沉積成型技術(shù)、選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)、數(shù)字光處理技術(shù)、三維印刷工藝、層片疊加制造，以及一種新的Polyjet技術(shù)[5-10]。

2 3D打印技術(shù)在外周血管介入治療手術(shù)中的應(yīng)用

2.1 打印血管支架

目前血管支架種類(lèi)繁多，雖然為血管病變的治療提供了選擇空間，但其不足之處也很明顯[11]。因此，非常重要的是能夠針對(duì)不同患者的個(gè)性化支架的設(shè)計(jì)制作。而彌補(bǔ)這一缺陷的正是3D打印技術(shù)。學(xué)者Lees等[12]報(bào)告了應(yīng)用3D打印技術(shù)在體外構(gòu)建了聚乙醇酸支架。目前雖然只是臨床實(shí)驗(yàn)階段的3D打印支架，但是隨著不斷進(jìn)步的3D打印技術(shù)，3D打印血管支架一定能夠在血管介入治療領(lǐng)域有突破性進(jìn)展。

2.2 打印血管模型

3D打印技術(shù)可將影像檢查結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)檎鎸?shí)血管模型，可幫助醫(yī)生預(yù)手術(shù)模擬手術(shù)過(guò)程。Valverde等[13]報(bào)道了將1例先天性主動(dòng)脈弓發(fā)育不良病人的主動(dòng)脈弓部模型利用3D打印技術(shù)制作出，并在模型上進(jìn)行了預(yù)介入操作。Tam等[14]報(bào)道了1例利用3D打印技術(shù)制作出了腹主動(dòng)脈瘤瘤頸成角為90°的病人的瘤體的3D模型，最后選擇了Aorfix覆膜支架。采用3D打印技術(shù)，使治療更“個(gè)體化”，以保證術(shù)中支架準(zhǔn)確釋放，并且醫(yī)生可在術(shù)前進(jìn)行更為精細(xì)的規(guī)劃。

2.3 打印人造血管

在很早以前生物人工血管的制作往往需要將細(xì)胞附著在支架上進(jìn)行培養(yǎng)的方式得到三維立體的血管組織。2006年Boland等[15]應(yīng)用牛血管內(nèi)皮細(xì)胞和藻酸鹽水凝膠為3D打印材料，成功打印出具有活性的微血管結(jié)構(gòu)，為打印血管奠定了基礎(chǔ)。Lee等[16]采用開(kāi)放電極導(dǎo)管與3D技術(shù)結(jié)合僅利用細(xì)胞和生物材料制作出了一種新型的人工血管。這項(xiàng)研究為以后制作生物人工血管及血液流動(dòng)狀態(tài)下血管重塑提供了新思路。

3 3D打印技術(shù)在外周血管介入教學(xué)中的應(yīng)用

外周血管介入治療因難度大、用時(shí)長(zhǎng)、發(fā)展迅速的特點(diǎn)，3D打印技術(shù)已經(jīng)成為在手術(shù)訓(xùn)練領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。Berry等[17]利用3D打印SLS技術(shù)制作出了質(zhì)地柔軟的了涵蓋10種解剖變異的人腹主動(dòng)脈和相應(yīng)脈管系統(tǒng)模型，可用于手術(shù)及血管腔內(nèi)預(yù)操作。一些國(guó)家和地區(qū)醫(yī)學(xué)教育部分市場(chǎng)已經(jīng)被有著高精度和低成本優(yōu)勢(shì)的3D打印技術(shù)所占領(lǐng)。3D打印技術(shù)有望成為在解剖學(xué)學(xué)習(xí)和手術(shù)訓(xùn)練領(lǐng)域成為主流，為醫(yī)學(xué)教育提供標(biāo)準(zhǔn)化和可觸化的模型。

4 3D打印技術(shù)在外周血管介入治療應(yīng)用中的不足

外周血管介入治療與3D打印的結(jié)合是一種醫(yī)學(xué)技術(shù)與前沿科技完美結(jié)合。但其畢竟是一項(xiàng)新興的高新制造技術(shù)，諸多問(wèn)題必然會(huì)在其發(fā)展過(guò)程中所面對(duì)。首先，目前為止能夠應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域3D打印原材料種類(lèi)有限，因?yàn)?D打印技術(shù)對(duì)于原材料的要求比較苛刻，并且大多數(shù)醫(yī)用材料對(duì)原材料的理化特性、組織相容性都有一定要求。其次，3D打印正處于研發(fā)階段，不具有規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用，這在一定程度上限制了該領(lǐng)域的發(fā)展。再次，雖然我國(guó)目前擁有部分國(guó)際前沿水平的3D打印技術(shù)，但將其應(yīng)用于臨床實(shí)際相對(duì)滯后，對(duì)于普通醫(yī)療機(jī)構(gòu)，相關(guān)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員、設(shè)備及經(jīng)費(fèi)的缺乏，決定了將3D打印技術(shù)暫不能在臨床廣泛應(yīng)用。

5 展望

有著工業(yè)革命意義的3D打印技術(shù)是一項(xiàng)高新制造技術(shù)，代表了世界制造業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)。3D打印技術(shù)與僅僅依靠影像學(xué)圖像相比，其具有高分辨率、個(gè)體化設(shè)置、高保真度等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于血管介入治療領(lǐng)域后能起到手術(shù)時(shí)間的縮短、術(shù)中出血的減少及提高患者術(shù)后恢復(fù)的作用。當(dāng)前3D打印技術(shù)面臨諸多方面挑戰(zhàn)，如成本、材料、精度和速度等，還需要進(jìn)一步發(fā)展與完善。相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，3D打印技術(shù)逐步發(fā)展可在外周血管介入治療領(lǐng)域獲得突破性發(fā)展，必將引起生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)革命。

[1]Green DW.Tissue bionics:examples in biomimetic tissue engineering[J].Biomed Mater,2008,3（3）:034010.

[2]Wilson BS,Dorman MF.Cochlear implants:a remarkable past and a brilliant future[J].Hearing Res,2008,242（1-2）:3-21.

[3]Hull CW.Apparatus for production of three-dimensional objects by stereolithography[J].US Patent,1986，575（330）：3-11.

[4]Sachs EM,Haggerty JS,Cima MJ,et al.Three-dimensional printing techniques[J].US Patent,1993,204（55）：4-20.

[5]Anitha R,Arunachalam S,Radhakrishnan P.Critical parameters influencing the quality of prototypes in fused deposition modelling[J].J Mater Process Tech,2001,118(1-3):385-388

[6]Tay BY,Evans JRG,Edirisinghe MJ.Solid freeform fabrication of ceramics[J].Int Mater Rev,2003,48（6）:341-370.

[7]Hornbeck LJ.Digital light processing for high-brightness high-resolution applications.In:Proceeding of SPIE 3013, Projection DisplaysIII[J].Bellingham:International Society for Optics and Photonics,1997：27-40.

[8]Utela B,Storti D,Anderson R,et al.A review of process development steps for new material systems in three dimensional printing(3DP)[J].J Manuf Process,2008,10（2）:96-104.

[9]Mueller B,Kochan D.Laminated object manufacturing for rapid tooling and patternmaking in foundry industry[J].Comput Ind,1999,39（1）:47-53.

[10]Singh R.Process capability study of polyjet printing for pla stic components[J].J Mech Sci Technol,2011,25（4）:1011-1015.

[11]Vermassen F，Bouckenooghe I，Moreels N，et al.Role of biore -sorbable stents in the superficial femoral artery[J].J Cardiovasc Surg(Torino)，2013，54(2)：225-234.

[12]Lees JG，Lim SA，Croll T，et al.Transplantation of 3D scaffoldsseeded with human embryonic stem cells:biological features ofsurrogate tissue and teratoma-forming potential[J]. RegenMed，2007，2(3)：289-300.

[13]Valverde I，Gomez G，Coserria JF，et al.3D printed models forplanning endovascular stenting in transverse aortic arch hypo-plasia[J].Catheter Cardiovasc Interv，2015，85(6)：1006-1012.

[14]Tam MD，Laycock SD，Brown JR，et al.3D printing of an aorticaneurysm to facilitate decision making and device selection forendovascular aneurysm repair in complex neck anatomy[J].JEndovasc Ther，2013，20(6)：863-867.

[15]Boland T，Xu T，Damon B，et al．Application of inkjetprinting to tissue engineering[J].Biotechnol J，2006，1（9）：910－917．

[16]Lee VK，Kim DY，Ngo H，et al.Creating perfused functionalvascular channels using 3D bio-printing technology[J]. Bioma-terials，2014，35(28)：8092-8102.

[17]Berry E，Marsden A，Dalgarno KW，et al．Flexible tubular replicas of abdominal aortic aneurysms[J].Proc Inst Mech Eng H，2002，216（3）:211-214．

Application Progress of 3D Printing Technology in the Peripheral Vessel Interventional Treatment

JIN Chang,WU Chang-sheng
Interventional Treatment Department,First Affiliated Hospital of Baotou Medical College,Inner Mongolia University of Science and Technology,Baotou,Inner Mongolia,014010 China

3D printing technology is a newly technology combining the computer 3D imaging technology with multilevel continuous printing technology,and the principle is to generate 3D entity by multilevel processing,and the application of the technology in the medical field has obtained a certain progress,especially in the clinical medicine,gradually familiar to more people,and the paper elaborates the lastest research progress of 3D printing technology in the peripheral vessel interventional treatment,analyzes the issues of 3D printing technology in the peripheral vessel interventional treatment,prospects the development direction and provide reference for the research in this field.

3D printing technology;Peripheral vessel;Intervention vessel;Intervention treatment;Progress

R654.3

A

1672-5654（2017）03（b）-0187-02

10.16659/j.cnki.1672-5654.2017.08.187

2016-12-19）

金昌（1986-），男，蒙古族，內(nèi)蒙古包頭人，本科，住院醫(yī)師，研究方向：介入治療。