論3D技術(shù)與醫(yī)學(xué)發(fā)展

劉相含

【中圖分類號(hào)】R363.9 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-6851（2018）03--01

生活中我們常?？吹?D技術(shù)的應(yīng)用普及，比如影視動(dòng)畫、動(dòng)漫、游戲等視覺表現(xiàn)類的文化藝術(shù)類產(chǎn)品的開發(fā)和制作，其中3D版《速度與激情7》及《泰坦尼克號(hào)》以其驚險(xiǎn)的動(dòng)作及無以倫比的真實(shí)效果，令我在觀看影片過程中感到十分震撼，并且留下了十分深刻的印象。

3D是英文“Three Dimensions”的簡(jiǎn)稱，中文是指三個(gè)維度，即有長(zhǎng)、寬、高，我們講的3D主要特指是基于電腦互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字化的三維立體。3D技術(shù)既然如此先進(jìn)，那么近年來與我們息息相關(guān)的醫(yī)學(xué)是否也在應(yīng)用3D技術(shù)呢？3D技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域是否也隨著3D潮流有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，為醫(yī)學(xué)打開了一扇全新的大門呢？以下即3D技術(shù)在我國(guó)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用的幾個(gè)主要方面。

一、3D腹腔鏡技術(shù)

20世紀(jì)70年代后由于冷光源、玻璃纖維內(nèi)窺鏡的發(fā)明，腹腔鏡手術(shù)轟轟烈烈地發(fā)展起來。80年代以后腹腔鏡手術(shù)的相關(guān)設(shè)備及器械都得到了極大的發(fā)展，雖然器械更新了，但是手術(shù)成像的清晰度一直困擾著臨床醫(yī)生，直到2010年6月世界第一臺(tái)3D腹腔鏡下膽囊切除術(shù)在英國(guó)吉爾福德開展，2012年12月3日，北京協(xié)和醫(yī)院完成了中國(guó)第一例3D腹腔鏡下腎盂旁囊腫切除術(shù)，標(biāo)志著我國(guó)普通腹腔鏡手術(shù)進(jìn)入了3D時(shí)代。

3D高清腹腔鏡系統(tǒng)，具有放大以及立體的視野優(yōu)點(diǎn)，其具有更直觀、清晰的視野，既可以保留腹腔鏡手術(shù)的微創(chuàng)、精細(xì)等優(yōu)點(diǎn)，又擁有高清的立體視野，極大地提高手術(shù)過程的精確程度。3D高清腹腔鏡不僅可以還原真實(shí)視覺中三維立體視野，還能夠放大視野，類似于直接進(jìn)入患者體內(nèi)進(jìn)行手術(shù)，直接在患者各臟器間準(zhǔn)確查找病變部位，隨后實(shí)施精確切除。因此利用3D腹腔鏡能夠有效地避免血管、神經(jīng)損傷，和規(guī)腹腔鏡相比更能減少出血、縮短手術(shù)時(shí)間。

二、外科機(jī)器人手術(shù)中3 D技術(shù)

所謂機(jī)器人手術(shù)，就是利用一種自動(dòng)的、位置可控的、具有可編程能力的多功能機(jī)械手臂，在醫(yī)生的控制下，機(jī)械手借助計(jì)算機(jī)施行外科手術(shù)、靶點(diǎn)定位、藥物注入等任務(wù)。目前世界上已經(jīng)有超過240臺(tái)手術(shù)機(jī)器人投入使用，其優(yōu)點(diǎn)之一即三維成像系統(tǒng)的高分辨率立體腔鏡，可以呈現(xiàn)光學(xué)放大10倍高清晰立體圖像，能夠清晰的顯示手術(shù)視野，使手術(shù)變得簡(jiǎn)單，縮短了學(xué)習(xí)曲線?？梢哉f沒有3D技術(shù)的支持，機(jī)器人手術(shù)的廣泛應(yīng)用是不可能的事情。

醫(yī)用機(jī)器人是目前醫(yī)療衛(wèi)生發(fā)展的方向之一，能夠有效推動(dòng)醫(yī)療技術(shù)發(fā)展。手術(shù)機(jī)器人準(zhǔn)確性高、精確性高、可靠性好，手術(shù)機(jī)器人的使用可以大大提高手術(shù)的成功率。隨著醫(yī)療科學(xué)不斷發(fā)展，各國(guó)醫(yī)療機(jī)器人及輔助醫(yī)療技術(shù)越來越深入的研究，各種新型醫(yī)療機(jī)器人機(jī)構(gòu)、醫(yī)學(xué)圖像采集和處理技術(shù)、智能傳感器、新型手術(shù)工具及其它相關(guān)技術(shù)越來越受到社會(huì)廣泛的關(guān)注。

三、3D醫(yī)學(xué)打印技術(shù)

1. 3 D打印“有功能”的器官和組織 3D生物打印利用干細(xì)胞為打印材料，按照3D打印技術(shù)制作，打印出的組織形成血管和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。美國(guó)維克佛瑞斯特大學(xué)再生醫(yī)學(xué)研究者采用3D皮膚打印機(jī)在患者傷口上直接打印細(xì)胞，有效的讓患者傷口更快的愈合；此外，他們還打印了腎臟細(xì)胞。北京大學(xué)某團(tuán)隊(duì)于2014年8月將3D打印脊椎植入了一名12歲男孩。這種3D打印脊椎能夠和現(xiàn)有骨骼完美的結(jié)合，從而極大地縮短患者康復(fù)時(shí)間。國(guó)內(nèi)目前主要有清華、西安交大等高校業(yè)開始逐步進(jìn)行生物器官制造研究。

2.3 D打印醫(yī)學(xué)模型 目前3D打印技術(shù)可以直接打印出器官和組織的3維模型，并應(yīng)用于臨床教學(xué)與臨床治療輔助。目前采用這種醫(yī)學(xué)模型來實(shí)施神經(jīng)外科、普通外科、脊柱外科、整形外科等手術(shù)模擬。2015年8月日本筑波大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)宣布，已成功研制用3D打印機(jī)制作出可觀察血管的肝臟模型方法，模型依據(jù)表面線條展現(xiàn)肝臟形狀，精細(xì)的表現(xiàn)出其內(nèi)部血管和腫瘤。美國(guó)國(guó)家兒童醫(yī)學(xué)中心首次采用3D打印機(jī)打印患者心臟模型，幫助醫(yī)生在手術(shù)前深入了解患者心臟結(jié)構(gòu)。南方醫(yī)科大學(xué)方馳華教授通過收集22例患者資料，把3D打印模型帶入手術(shù)室，手術(shù)過程中實(shí)時(shí)進(jìn)行比對(duì)，利用3D打印模型位置的調(diào)整已達(dá)到關(guān)鍵手術(shù)部位的定位、肝離斷面處理，從而減少手術(shù)時(shí)間。

3.3 D打印個(gè)性化醫(yī)療器械 21世紀(jì)醫(yī)療發(fā)展方向之一就是醫(yī)療個(gè)體化，通過獲取患者的CT或MRI影像學(xué)數(shù)據(jù)，利用三維重建技術(shù)，通過3D打印可以制作出個(gè)性化輔助器械。3D打印技術(shù)尤其適用于制造人體骨骼，3D打印過程不會(huì)被骨骼復(fù)雜程度限制，可以按照骨骼結(jié)構(gòu)中微孔大小及孔隙率來改變每一層骨骼切片的填充方式，轉(zhuǎn)換材料的密度，最終打印出適合細(xì)胞生長(zhǎng)的活性骨骼，2014年10月英國(guó)蘇格蘭一名5歲女童利用3D打印技術(shù)裝上手掌。

4.3 D打印技術(shù)在具體專業(yè)中的應(yīng)用 3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)上應(yīng)用領(lǐng)域可以說是越來越廣泛，整形外科領(lǐng)域：燒傷治療，面部重建，隆鼻及隆頦假體的個(gè)性化定制、顱骨缺損的個(gè)性化修復(fù)、下頜骨重建術(shù)及截骨手術(shù)等。骨科、神經(jīng)外科：主要以骨骼打印為主，用于輔助病情講解，輔助手術(shù)，定制義肢，膝關(guān)節(jié)、腰部等植入物。口腔科：個(gè)性化定制化的牙齒隱形矯正器，牙齒接種。學(xué)校、醫(yī)院教學(xué)用具：制造高質(zhì)量的醫(yī)學(xué)用具，如人體骨骼、血管等器官模型?？祻?fù)輔助設(shè)備：助聽器，個(gè)性化矯形外骨骼。藥物試驗(yàn)研究：打印的肝臟、腎臟，用于藥物試驗(yàn)等。器官移植：打印的外耳、氣管、膀胱目前已有在病人身上成功移植的病例，打印出的腎臟、皮膚、心臟有望為人類提供器官移植來源。

總之，3D技術(shù)在醫(yī)學(xué)未來的發(fā)展與應(yīng)用方面是必不可少的關(guān)鍵技術(shù)。3D技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景，包括結(jié)合CT或MRI進(jìn)行準(zhǔn)確精細(xì)的診斷，通過高清成像技術(shù)為手術(shù)治療提供保障，利用打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)人工植入、功能組織器官再生等。醫(yī)療行業(yè)存在大量的個(gè)性化需求，不需要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、大批量生產(chǎn)，而這恰是3D技術(shù)的優(yōu)勢(shì)所在。未來，3D技術(shù)將真正做到低成本、易操作、高精度、高融合，必將帶來一場(chǎng)新的醫(yī)療革命。