3D打印技術在肝臟腫瘤手術治療中的應用進展

溫 健，林 滔

（廣西壯族自治區(qū)桂林市人民醫(yī)院，廣西 桂林 541002）

【關鍵字】肝臟；腫瘤；3D打印技術；手術

人體肝臟的生理解剖結(jié)構非常復雜，多合并脈管變異，病灶與脈管之間的關系和結(jié)構非常復雜，如膽管、內(nèi)部血管等，加大了手術治療難度。現(xiàn)臨床倡導采用精準肝臟手術切除治療，但需在術前準確定位肝臟脈管與病灶兩者間的關系，確保術前手術規(guī)劃和評估的精密性，此為順利實施手術治療的基礎和前提[1]。隨著醫(yī)學技術改進，三維可視化技術解決了此點，可多角度、清晰、直觀地顯示出肝內(nèi)脈管變異和走行及肝臟生理解剖狀況，精準定位病灶，估算手術切緣和肝臟體積，為醫(yī)生術前制定手術方案提供信息[2]?，F(xiàn)就3D打印技術在肝臟腫瘤手術中的應用做出綜述：

2 3D打印技術應用于肝臟腫瘤手術中的狀況

1 3D打印技術的原理和發(fā)展

1.1 3D打印技術的原理

3D打印技術的原理為把打印材料和數(shù)據(jù)放入到3D機器中，機器則可按照生產(chǎn)時設定的程序把產(chǎn)品制造堆疊出。與傳統(tǒng)打印機比較，3D打印機使用的是原材料，并非普通墨水，并可將其用于打印多種多樣的介質(zhì)，如生物材料、高分子材料、橡膠類物質(zhì)、陶瓷、金屬、塑料等，堆疊薄層的方式也較多，部分打印機還可按照其介質(zhì)選擇不同程序，打印不同質(zhì)地和位置的物體。3D打印技術類型包含電子流熔化、激光燒結(jié)、熔積成型、激光噴墨等，在打印中無需模具和機械加工，可直接根據(jù)計算機內(nèi)數(shù)據(jù)和圖形生成物體，達到個性化需求。首先利用計算機做建模處理，再分區(qū)處理三維模型，機器橫截面讀取文件信息，用片狀材料、粉狀材料、液體狀等原料，逐層打印所讀取的截面，再用相應方式把各截面堆疊粘合，進而制造為立體實物。

1.2 3D打印技術應用于醫(yī)學領域的狀況

我國醫(yī)學領域在80年代時就引入了3D打印技術，21例世紀初時得到廣泛應用。因其可在計算機設計下，把人體結(jié)構復雜的器官用具有特殊性的材料制作打印出，已在臨床醫(yī)學得到快速發(fā)展，多用于制造體外醫(yī)療器械和醫(yī)療模型[3]。此技術無需應用到人體中，所以在應用方面則可忽略與人體之間的相容性，作用于制備教學模型，讓復雜性醫(yī)學知識更為直觀、具體。也可將其用于術前手術方案的制定和討論，讓醫(yī)療團隊各成員均可明確了解手術方案和患者病灶狀況。人體肝臟為軟組織器官，包含較多細微結(jié)構，如脈管、血管等，因此，應用3D打印技術則對打印原料的需求性較高，為滿足效果逼真的要求，則需使用高分子生物材料。另外，還可打印出人體功能性組織和器官，此也為目前3D打印技術應用和研究的主要方向之一。

2.1 有利于術前制定手術方案

為保證肝臟腫瘤手術順利實施，術前必須進行術前討論和制定相關手術風險預案，其包含手術方案、手術步驟的制定，殘余肝體積的測定，處理可能發(fā)生的意外情況等。而目前肝腫瘤手術中手術方案、手術步驟的確定，殘余肝體積的測定及可能出現(xiàn)的意外情況都需要依靠影像學檢查和術者的經(jīng)驗、技術來判斷，但目前CT、MRI等影像學檢查所獲得的圖像仍為二維平面圖像，不能直觀反應腫瘤與周邊脈管及血管的解剖關系，且不能進行三維重建，具有不可操作性，術前無法演練手術方法和流程，限制臨床應用，無法確保肝切除的精準性。

而目前精準肝切除手術，操作者需在術前明確掌握患者肝臟脈管、血管解剖狀況，以及是否存在變異狀況，并根據(jù)實際狀況制定有針對性的手術計劃，確保各渠道通暢。而3D打印技術則可將肝臟實體模型制作出，包含腫瘤在內(nèi)，有利于手術醫(yī)生術前評估病灶狀況，確定并模擬手術流程，預估手術結(jié)構。

2.2 促進術前與患者和其家屬之間的交流

隨著人們生活水平的提升，人們對醫(yī)療服務的質(zhì)量要求逐步增高，日益凸顯出醫(yī)療服務的供需矛盾。醫(yī)院醫(yī)療糾紛和醫(yī)患矛盾出現(xiàn)的原因非常復雜，但大部分均與與患者缺乏有效交流有關。現(xiàn)醫(yī)療工作中普遍存在各醫(yī)護人員工作強度大、工作時間長、醫(yī)師緊缺的狀況，加之臨床治療肝臟腫瘤疾病，手術方案較為抽象和復雜，易導致術前溝通不全面，進一步惡化醫(yī)患矛盾。而將3D打印技術應用到肝臟腫瘤手術中，將人體肝臟腫瘤和肝臟內(nèi)部結(jié)構的細節(jié)更為清晰、逼真的呈現(xiàn)在患者眼前，讓醫(yī)護人員在與患者溝通時，更為直觀明了的體現(xiàn)出疾病知識和手術方案，更形象、具體的告知其手術操作危險性和復雜性，提升患者配合度。

2.3 提升術中肝臟腫瘤精確切除效果

3D打印技術真正的做到了將虛擬圖像轉(zhuǎn)變?yōu)榱Ⅲw實物，在實施肝臟腫瘤手術前，醫(yī)師可利用計算機成像功能，把3D模型制作好，再將其打印出來，并將打印出的模型帶至手術室，以便幫助醫(yī)生快速準確地識別和判定出病灶位置，并可以將術中實際狀況與3D打印模型做比較，讓肝臟解剖更為清晰，在術中操作時，可避開肝臟膽管系統(tǒng)和血管系統(tǒng)。利用3D打印技術確定手術切除最佳平面，利于快速定位和識別關鍵位置，如更為有效的保護肝IV段中門靜脈分支，確保手術準確性，達到根治切除病灶的目的，減小手術危險性。有報告稱，小肝細胞癌手術中應用3D打印技術，可精確切除B超未顯示出的直腸轉(zhuǎn)移瘤，提升手術效果。

3 3D打印技術在肝臟手術中的應用前景

目前，醫(yī)學界各學者正致力于研討3D打印技術制備出存在生物活性的肝臟。美國學者[4]，將3D打印機中裝有細胞，進而可打印出迷你肝臟，即寬4mm、深0.5mm，其功能與人體真實肝臟功能一致。但所打印出的迷你肝臟存活時間非常短，僅5d，此公司正致力于研討可打印出與人體實際肝臟大小相同的且具備生物活性的模型肝臟，為解決肝臟移植供需問題。3D打印技術術語數(shù)字化技術之一，已在生物材料、生物工程、影像學等學科中興起，且逐步廣泛應用到醫(yī)學領域中，如肝臟手術，利于精確治療肝臟腫瘤，降低手術危險性，提高手術成功率，利于醫(yī)護雙方術前交流溝通，應用前景廣泛。此外，目前3D打印計劃在軟件、設備、材料等方面存在一定制約性，需持續(xù)探索和研究。