3D打印技術(shù)在腫瘤整形外科中的應(yīng)用*

張海林，周曉

410013 長沙，湖南省腫瘤醫(yī)院 腫瘤整形外科

3D 打印是通過具有三維制造能力的打印機(jī)實(shí)現(xiàn)快速成型的一種技術(shù)，屬于增材制造的范疇。自上世紀(jì)90年代開始應(yīng)用于醫(yī)學(xué)臨床領(lǐng)域，以CT、MRI、超聲等醫(yī)學(xué)影像的原始數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，經(jīng)過數(shù)字化軟件設(shè)計(jì)，運(yùn)用可粘合材料，通過增材制造法逐層疊加的方式來構(gòu)造物理實(shí)體。在醫(yī)學(xué)臨床領(lǐng)域方面，其最大的優(yōu)點(diǎn)是滿足個(gè)性化設(shè)計(jì)需求。為病患提供個(gè)性化的診斷、治療，特別是外科手術(shù)治療方案，從而達(dá)到個(gè)性化和精準(zhǔn)治療的目的。腫瘤整形外科學(xué)是一個(gè)融合腫瘤外科、整形外科、顯微外科的理論和技術(shù)，以有計(jì)劃地進(jìn)行根治性腫瘤切除加一期修復(fù)重建為特征的外科交叉和邊緣科學(xué)，除了腫瘤切除之外，其治療范圍還包括腫瘤切除后缺損的修復(fù)和重建[1]。腫瘤整形外科是一門年輕的學(xué)科，隨著近年來不斷壯大發(fā)展，也不斷吸收、消化新的技術(shù)手段更新內(nèi)容，充實(shí)內(nèi)涵。醫(yī)學(xué)3D打印技術(shù)以其個(gè)性化、定制化的特點(diǎn)，在腫瘤整形外科腫瘤根治和缺損修復(fù)重建方面發(fā)揮了不容忽視的作用[2]。本文就3D打印技術(shù)在腫瘤整形外科目前的應(yīng)用狀況和應(yīng)用前景進(jìn)行系統(tǒng)的闡述分析，主要包括下列3個(gè)方面：1)3D打印技術(shù)在腫瘤整形外科的應(yīng)用流程和技術(shù)要求；2)3D打印技術(shù)在腫瘤整形外科的應(yīng)用范圍；3)生物3D打印在腫瘤整形外科應(yīng)用前景等。

1 3D打印技術(shù)在腫瘤整形外科的應(yīng)用流程和技術(shù)要求

3D打印技術(shù)在臨床外科領(lǐng)域的應(yīng)用流程包括3個(gè)步驟：1)數(shù)據(jù)的采集。數(shù)據(jù)來源于影像學(xué)的原始數(shù)據(jù)，包括CT、MRI、三維超聲影像等。這些數(shù)據(jù)并不是各個(gè)層面圖像的簡單疊加，而是圖像的原始數(shù)據(jù)，通常以DICOM格式存在；2)后期軟件設(shè)計(jì)處理。原始數(shù)據(jù)需要導(dǎo)入三維圖像設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行重建。設(shè)計(jì)軟件種類繁多，目前應(yīng)用最為廣泛的設(shè)計(jì)軟件是比利時(shí)Materialise公司的mimics，該軟件操作簡便，能進(jìn)行骨骼、軟組織、血管、神經(jīng)描繪。根據(jù)使用側(cè)重點(diǎn)不同，也可選用其他一些自帶設(shè)計(jì)功能專業(yè)軟件，如對(duì)于顱頜面骨的修復(fù)重建，CMFproplan軟件是較好的選擇，其中頜骨的腓骨修復(fù)設(shè)計(jì)模塊能非常方便地進(jìn)行設(shè)計(jì)，有利于提高工作效率；3)打印成型。經(jīng)設(shè)計(jì)完成的STL格式文件導(dǎo)入3D打印機(jī)就能進(jìn)行實(shí)物模型的打印。

腫瘤整形外科融合了腫瘤外科、整形外科、顯微外科理念及技術(shù)，包括腫瘤病灶切除和術(shù)后缺損的修復(fù)重建兩方面的內(nèi)容。3D打印技術(shù)目前在腫瘤切除和缺損的修復(fù)重建中均可應(yīng)用，其應(yīng)用流程在腫瘤整形外科與其他臨床領(lǐng)域并無不同，但是對(duì)于技術(shù)要求有其特殊性。

1.1 數(shù)據(jù)采集是3D打印在腫瘤整形外科的應(yīng)用基礎(chǔ)

3D打印的影像數(shù)據(jù)采集有時(shí)限要求。由于腫瘤無限生長，當(dāng)進(jìn)行3D打印輔助腫瘤整形外科手術(shù)時(shí)，影像掃描數(shù)據(jù)采集應(yīng)在手術(shù)前1周采集。如果采集的數(shù)據(jù)與進(jìn)行手術(shù)時(shí)間間隔太長，手術(shù)時(shí)腫瘤可能已經(jīng)生長，之前3D打印設(shè)計(jì)可能已經(jīng)不適合此時(shí)的手術(shù)實(shí)際情況。除此之外，腫瘤的治療為綜合序貫治療，腫瘤整形外科手術(shù)是治療的重要環(huán)節(jié)，放、化療等其他治療可能位于手術(shù)治療之前，手術(shù)時(shí)腫瘤大小可能與首診治療時(shí)不一致，需要重新掃描影像進(jìn)行手術(shù)前設(shè)計(jì)處理。另外，術(shù)前病理診斷如切開活檢，粗針穿刺會(huì)產(chǎn)生組織局部炎性反應(yīng)，對(duì)影像檢查結(jié)果產(chǎn)生干擾，影響真實(shí)腫瘤影像的判斷，應(yīng)盡量避免。

3D打印原始影像數(shù)據(jù)亦有掃描要求。3D打印的實(shí)物模型建立在詳實(shí)、豐富的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，換言之，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)越豐富，打印實(shí)物精度和準(zhǔn)確度越高。腫瘤整形外科手術(shù)特殊性在于涉及全身各處腫瘤切除，涉及解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，腫瘤空間位置多變。應(yīng)用CT或MRI時(shí)，應(yīng)使用薄層掃描，例如涉及骨骼CT掃描時(shí)，層距可調(diào)整為0.8 mm，如此重建打印的實(shí)物能提供更多解剖細(xì)微結(jié)構(gòu)及其與腫瘤相關(guān)關(guān)系，避免因厚層距帶來的空間容積效應(yīng)，從而導(dǎo)致打印實(shí)物的解剖細(xì)微結(jié)構(gòu)模糊，造成對(duì)手術(shù)預(yù)判不足。MRI具有很好的軟組織分辨能力，在腫瘤外科領(lǐng)域，MRI成像應(yīng)用廣泛，通過不同的掃描序列可以很好顯示全身各處腫瘤及其毗鄰關(guān)系。常規(guī)臨床應(yīng)用MRI主要是腫瘤定性診斷，腫瘤定位分析，層厚和層距較大。將其原始數(shù)據(jù)進(jìn)行3D打印設(shè)計(jì)可能遺漏重要的解剖定位信息，勢必造成打印精度和準(zhǔn)確度不足，降低3D打印的可信度。因此，對(duì)于應(yīng)用3D打印進(jìn)行腫瘤整形外科設(shè)計(jì)輔助手術(shù)時(shí)，應(yīng)選用高分辨、薄層的掃描序列。已有研究表明3D-SPACE、3D-Cube、3D-LAVA序列適合體表腫瘤成像及三維重建[3-4]?？傊?，不同部位的腫瘤可能需要使用不同的掃描序列，進(jìn)行腫瘤整形外科3D打印手術(shù)輔助前，外科醫(yī)師應(yīng)與放射診斷技師有充分溝通，這樣才能獲得較為實(shí)用、豐富的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建設(shè)計(jì)。

1.2 3D打印在腫瘤整形外科軟件設(shè)計(jì)處理

目前3D打印技術(shù)在臨床應(yīng)用最為成熟的是骨科。骨組織密度高，軟件可直接讀取數(shù)據(jù)，自動(dòng)重建骨骼，便于進(jìn)行截骨、修復(fù)設(shè)計(jì)。腫瘤整形外科領(lǐng)域涉及軟組織腫瘤更為常見，大部分軟件不能自動(dòng)重建，需要描繪設(shè)計(jì)。在軟件上準(zhǔn)確地描繪出實(shí)體腫瘤模型是設(shè)計(jì)的第一步，描繪腫瘤實(shí)際是逐層閱片的步驟。3D打印設(shè)計(jì)工程師大多不具備臨床醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)，沒有影像閱片能力，這一步需要臨床醫(yī)師來完成，確保腫瘤及其毗鄰結(jié)構(gòu)描繪設(shè)計(jì)準(zhǔn)確無誤。當(dāng)決定進(jìn)行3D打印輔助腫瘤整形外科手術(shù)時(shí)，外科醫(yī)師應(yīng)積極參與，應(yīng)熟悉掌握設(shè)計(jì)軟件的模塊功能，對(duì)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)有全局把握，才能保證打印模型或打印植入物適合手術(shù)應(yīng)用，簡化縮短手術(shù)時(shí)間，保證手術(shù)切除徹底及修復(fù)重建的精確。如圖1為利用軟件的鏡像技術(shù)，設(shè)計(jì)獲得正常對(duì)稱上頜骨3D打印模型，并在3D打印模型上進(jìn)行植入物鈦網(wǎng)的預(yù)成型，從而獲得滿足對(duì)稱外形的鈦網(wǎng)術(shù)中植入。

圖1 鏡像技術(shù)在上頜骨重建中的應(yīng)用

腫瘤的切除涉及切緣，不同的腫瘤類型切緣不一，缺損、創(chuàng)面范圍亦不一，在重建設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮到這一點(diǎn)。如下頜骨的惡性腫瘤截骨切緣至少保證2個(gè)牙位，某些惡性程度高的腫瘤甚至要求“孔到孔”的切除。而良性下頜骨腫瘤預(yù)留0.5 cm切緣就能保證腫瘤切除安全。因此，當(dāng)應(yīng)用3D打印輔助手術(shù)時(shí)，切緣的設(shè)定就涉及到接下來進(jìn)行缺損修復(fù)重建游離骨瓣的長短，這一點(diǎn)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮。腫瘤切除后缺損的修復(fù)重建設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮到放療、化療、腫瘤復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移等相關(guān)因素，實(shí)施修復(fù)的目的是在保證腫瘤病灶徹底切除干凈的前提下，解決腫瘤病灶切除后組織、器官缺損的創(chuàng)面修復(fù)和功能重建。

1.3 腫瘤整形外科的3D實(shí)物模型或植入物打印

3D打印機(jī)主要成型技術(shù)原理包括光固化快速成型、選擇性激光燒結(jié)、熔融沉積、電子束融化、分層實(shí)體制造、立體光刻等等[5]。主要根據(jù)打印不同材料的實(shí)物選擇不同的技術(shù)進(jìn)行成型，主要的打印材料包括光敏樹脂材料、金屬粉末材料、低熔點(diǎn)絲材等。腫瘤整形外科手術(shù)中輔助使用的手術(shù)切除導(dǎo)板，重建模板，腫瘤實(shí)體模型，對(duì)成型技術(shù)及材料并無特殊要求。腫瘤整形外科3D打印植入物材料主要為鈦金屬、聚醚醚酮等，主要用于涉及全身各部位骨骼缺損的修復(fù)重建。目前已有應(yīng)用生物材料的3D打印在腫瘤切除后植入人體的研究及初步的臨床應(yīng)用，本文將在第3章節(jié)詳細(xì)論述。腫瘤整形外科中3D打印的實(shí)體腫瘤模型雖然技術(shù)較為成熟，但均為單一材料打印，因此不能很好區(qū)分腫瘤與周圍毗鄰重要神經(jīng)、血管、肌肉的關(guān)系，在臨床應(yīng)用中實(shí)際價(jià)值受限。盡管目前有多種材料混合打印技術(shù)，但由于成本控制，臨床應(yīng)用并不廣泛。因此腫瘤整形外科中腫瘤實(shí)體模型打印完成后，還需進(jìn)行進(jìn)一步的打磨、修整、上色等工藝用以區(qū)分不同解剖毗鄰結(jié)構(gòu)，提升臨床應(yīng)用價(jià)值。另外，對(duì)于一些腫瘤位于深在部位的情況，如顱、腹腔內(nèi)、胸腔內(nèi)的腫瘤，應(yīng)用透明材料和半透明材料混合打印可以較好進(jìn)行視差區(qū)分，有利于輔助手術(shù)價(jià)值提升。對(duì)于腫瘤術(shù)后缺損重建修復(fù)導(dǎo)板的打印，可選擇彈性較好的材料打印實(shí)物，這樣有利于解剖固位，提升應(yīng)用價(jià)值。

2 3D打印技術(shù)在腫瘤整形外科的應(yīng)用范圍

2.1 3D打印技術(shù)在腫瘤整形外科臨床教學(xué)中的應(yīng)用

腫瘤整形外科作為一門新興的交叉學(xué)科、邊緣學(xué)科，目前已經(jīng)建立了初步的教學(xué)培訓(xùn)體系，已初步形成頭頸、乳腺、四肢軀干、泌尿生殖器等相關(guān)腫瘤整形外科分支學(xué)科。盡管如此，腫瘤整形外科對(duì)從業(yè)醫(yī)生要求較高，要求具備腫瘤外科、整形外科、顯微外科等多學(xué)科理論基礎(chǔ)，培養(yǎng)周期長。腫瘤的大小、侵入深度、所在位置、毗鄰關(guān)系這些信息往往通過查體以及影像閱片獲得，其中影像閱片是腫瘤整形外科手術(shù)前重要內(nèi)容，有利于評(píng)估可切除性、切除后缺損范圍估計(jì)、修復(fù)創(chuàng)面大小預(yù)估。影像資料為2D的圖片資料，而3D打印技術(shù)可將影像學(xué)上抽象的二維圖片轉(zhuǎn)化成為實(shí)體化腫瘤模型，3D打印實(shí)物具有形象、生動(dòng)、真實(shí)可見的特點(diǎn)[6](圖2)。利用軟件，術(shù)者可對(duì)腫瘤切除和修復(fù)重建進(jìn)行虛擬的手術(shù)預(yù)演，有利于提高年輕腫瘤整形外科醫(yī)生空間想象及分析實(shí)踐能力。3D打印技術(shù)大大縮短年輕醫(yī)生的學(xué)習(xí)曲線，縮短培養(yǎng)周期。腫瘤整形外科手術(shù)復(fù)雜，進(jìn)行虛擬手術(shù)預(yù)演的目的在于：1)術(shù)前充分了解腫瘤毗鄰的最重要血管神經(jīng)結(jié)構(gòu)，避免非腫瘤侵犯時(shí)誤傷，有利于避免實(shí)際手術(shù)的嚴(yán)重并發(fā)癥發(fā)生；2)術(shù)前熟悉缺損后重建流程，對(duì)缺損范圍預(yù)估，術(shù)前心中有數(shù)，術(shù)中有所依據(jù)，能大大提高手術(shù)的流暢性。然而，腫瘤整形外科手術(shù)涉及切除和缺損修復(fù)重建，要求醫(yī)師具有多學(xué)科手術(shù)實(shí)踐能力，經(jīng)驗(yàn)的累積仍然十分重要，只有具備良好的傳統(tǒng)手術(shù)實(shí)踐基礎(chǔ)，才能有效應(yīng)用3D打印技術(shù)提高腫瘤整形外科手術(shù)的精度，優(yōu)化手術(shù)療效。

圖2 顱內(nèi)外溝通性腫瘤的透明3D打印

2.2 3D打印在腫瘤整形外科手術(shù)中的輔助作用

2.2.1 腫瘤切除 根據(jù)不同腫瘤的特點(diǎn)，選擇適宜的病例實(shí)施外科手術(shù)，最大限度地切除腫瘤，最大限度地保留器官和機(jī)體的正常功能是腫瘤整形外科手術(shù)的基本原則。但是如果切除過度的組織影響重要器官功能時(shí)，要考慮減小手術(shù)范圍。因此腫瘤整形外科強(qiáng)調(diào)術(shù)前評(píng)估的重要性，但是現(xiàn)有的術(shù)前評(píng)估主要依靠影像學(xué)閱片，其評(píng)估依靠二維平面信息判斷，缺乏立體，直觀的分析判斷，因此是相對(duì)的，大部分腫瘤外科手術(shù)要根據(jù)術(shù)中探查情況決定具體的手術(shù)方式。腫瘤的位置、大小、形狀、空間毗鄰、侵潤深度等特點(diǎn)是決定能否切除以及切除方式的重要依據(jù)。通過3D打印技術(shù)構(gòu)建實(shí)體腫瘤模型及毗鄰的結(jié)構(gòu)能直觀地反映這些特點(diǎn)[7]，為外科醫(yī)師評(píng)估腫瘤的可切除性，設(shè)計(jì)可行的切除方案提供幫助。

3D打印技術(shù)已廣泛應(yīng)用于軟組織和骨組織相關(guān)腫瘤整形外科手術(shù)切除。軟組織腫瘤切除方面：頭頸腫瘤整形外科涉及顱底的腫瘤位置較深，且有頸內(nèi)動(dòng)脈、后組顱神經(jīng)等重要的解剖結(jié)構(gòu)，因此手術(shù)切除難度大，風(fēng)險(xiǎn)高。通過構(gòu)建腫瘤與臨近頸內(nèi)動(dòng)、靜脈，后組顱神經(jīng)的實(shí)體模型，可以幫助手術(shù)醫(yī)生評(píng)估是否腫瘤侵犯頸內(nèi)動(dòng)脈，是否可切除，是否需要預(yù)備頸內(nèi)動(dòng)脈重建，術(shù)后是否出現(xiàn)后組顱神經(jīng)癥狀等等相關(guān)問題。根據(jù)實(shí)體腫瘤模型大小、位置，可以設(shè)計(jì)切口、手術(shù)入路、暴露腫瘤方案等等手術(shù)實(shí)施的細(xì)節(jié)問題。在體表腫瘤整形外科，有學(xué)者通過分析體表腫瘤“觸手樣”形態(tài)特點(diǎn)，不對(duì)稱性生長特性，利用薄層3D的磁共振掃描的原始數(shù)據(jù)，導(dǎo)入設(shè)計(jì)軟件構(gòu)建體表腫瘤“生長地圖”。設(shè)計(jì)出體表腫瘤切除導(dǎo)板，將可視轉(zhuǎn)化為可用，精準(zhǔn)控制切緣，縮短手術(shù)時(shí)間，優(yōu)化了手術(shù)療效[3]。在骨相關(guān)腫瘤整形外科手術(shù)切除方面，3D打印技術(shù)應(yīng)用非常成熟[8]。在下頜骨腫瘤切除過程中，可以設(shè)計(jì)截骨導(dǎo)板，引導(dǎo)動(dòng)力系統(tǒng)準(zhǔn)備截除腫瘤侵犯骨段，有利于安全緣控制以及保留正常骨段，避免人為因素或動(dòng)力系統(tǒng)器械造成的偏差。在脊柱相關(guān)腫瘤切除過程中，脊柱形態(tài)不規(guī)則，切除過程中人為控制往往對(duì)切緣控制不精確，利用截骨板能將這一技術(shù)簡化，縮短手術(shù)時(shí)間[9]。

2.2.2 缺損修復(fù)重建 腫瘤整形外科設(shè)計(jì)腫瘤切除術(shù)后缺損的修復(fù)重建，修復(fù)重建手術(shù)原則要求能用簡單的手術(shù)收到同樣效果，就不采用復(fù)雜的整形手術(shù)方案。用次要部位的組織作為供區(qū)，移植修復(fù)重要的受區(qū)部位。既要考慮受區(qū)的功能與外觀形態(tài)的良好修復(fù)，又要盡可能減少供區(qū)功能與外觀形態(tài)的損失。腫瘤術(shù)后缺損創(chuàng)面涉及重要神經(jīng)、血管暴露，常用游離或帶蒂的皮瓣、肌皮瓣、骨瓣進(jìn)行創(chuàng)面的修復(fù)。在頭頸腫瘤整形外科領(lǐng)域，腫瘤術(shù)后頜骨的區(qū)段缺損，最常使用游離腓骨瓣或游離髂骨瓣進(jìn)行頜骨的重建。腓骨必須要依據(jù)頜骨的缺損長度及成角進(jìn)行塑形，傳統(tǒng)手術(shù)往往依靠術(shù)者經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行術(shù)中比對(duì)，反復(fù)調(diào)整，耗時(shí)長。利用3D打印技術(shù)，可以在術(shù)前設(shè)計(jì)塑形導(dǎo)板，按照導(dǎo)板截骨既能保證塑形精準(zhǔn)又能大大縮短手術(shù)時(shí)間[10]。頜骨的重建前需要固定上、下頜咬合關(guān)系，傳統(tǒng)手術(shù)需要手工進(jìn)行頜間結(jié)扎，不僅耗時(shí)，而且手工對(duì)位偏差不可避免。利用3D打印技術(shù)術(shù)前設(shè)計(jì)的咬合對(duì)位導(dǎo)板，可以簡單固定咬合，便于腓骨就位修復(fù)，方便快捷，大大體現(xiàn)了3D打印技術(shù)的優(yōu)勢[11](圖3)。穿支皮瓣目前是腫瘤整形外科創(chuàng)面修復(fù)中較為主流的皮瓣移植方式。穿支的準(zhǔn)確定位是皮瓣切取移植成功的關(guān)鍵。通過獲取術(shù)前供區(qū)的CT血管成像或MRI血管成像數(shù)據(jù)，可以描繪出供區(qū)的“穿支分布地圖”，進(jìn)一步獲取供區(qū)體表數(shù)據(jù)適用于3D打印技術(shù)，設(shè)計(jì)出穿支定位導(dǎo)板，簡單快捷地獲取血供可靠，厚薄適中的穿支皮瓣，提高手術(shù)效率，縮短手術(shù)時(shí)間。

圖3 3D打印導(dǎo)板在下頜骨重建的應(yīng)用

2.2.3 3D打印植入物 隨著材料的不斷改進(jìn)以及3D技術(shù)不斷完善，3D打印植入物在臨床外科應(yīng)用非常廣泛。目前應(yīng)用的3D打印植入物主要為人體相容性較好的鈦金屬，高分子材料如聚醚醚酮等[12-13]。腫瘤整形外科常常涉及全身各處骨組織缺損的修復(fù)重建。一些特殊骨性解剖結(jié)構(gòu)如顱骨、下頜骨髁狀突[14]、胸壁胸骨與肋骨的復(fù)合缺損，不能找到自體骨組織進(jìn)行替代，3D打印植入物能為這些骨缺損修復(fù)提供很好的解決方案[15-16]。3D打印植入物作為個(gè)性化產(chǎn)品，有其嚴(yán)格、復(fù)雜的醫(yī)療認(rèn)證流程，加之價(jià)格昂貴，經(jīng)濟(jì)成本較高，從一定程度上限制了其臨床普及應(yīng)用。在我國3D打印骨科醫(yī)療植入物屬于三類醫(yī)療器械，國家食品藥品監(jiān)督管理局規(guī)定對(duì)其實(shí)行生產(chǎn)許可證和產(chǎn)品注冊(cè)制度，此類產(chǎn)品需經(jīng)過嚴(yán)格的臨床試驗(yàn)過程和審批流程，取得產(chǎn)品注冊(cè)證需要較長的周期。本研究團(tuán)隊(duì)在前期臨床實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用了一批3D打印鈦金屬植入物病例，如圖4病例，涉及胸壁腫瘤切除后，利用3D打印的鈦金屬肋骨植入物，進(jìn)行個(gè)性化的解剖修復(fù)，在獲得良好的功能同時(shí)，達(dá)到外觀同期恢復(fù)。盡管如此，3D打印植入物應(yīng)用也有不足的一面，主要表現(xiàn)在3D打印植入物已經(jīng)成型，在術(shù)中無法調(diào)整形狀、尺寸。另外，3D打印植入材料在患者術(shù)后影像學(xué)復(fù)查過程中可能對(duì)成像產(chǎn)生干擾，對(duì)監(jiān)測腫瘤術(shù)后的隨診復(fù)查判斷造成影響。因此，應(yīng)用3D打印植入物時(shí)應(yīng)充分考慮到不足的方面，避免術(shù)后產(chǎn)生不良影響。

圖4 3D打印肋骨鈦支架植入

2.3 3D打印聯(lián)合其他數(shù)字化外科技術(shù)在腫瘤整形外科中的應(yīng)用

2.3.1 3D打印技術(shù)聯(lián)合術(shù)中導(dǎo)航技術(shù) 雖然3D打印技術(shù)在腫瘤整形外科應(yīng)用已日趨成熟和完善，能夠滿足個(gè)性化腫瘤切除與缺損修復(fù)重加需求，但仍存在有一些缺陷。3D打印實(shí)物是建立在術(shù)前設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上的，一經(jīng)打印成型，不能修改。這要求腫瘤整形外科手術(shù)切除與修復(fù)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)進(jìn)行，其打印的切除導(dǎo)板，重建模板、導(dǎo)板，仍需要人為固定放置，如何保證置放的準(zhǔn)確性，使手術(shù)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案施行值得重視。一旦出現(xiàn)偏差，就喪失3D打印指導(dǎo)手術(shù)的意義，甚至拖累手術(shù)進(jìn)程。通過聯(lián)合術(shù)中導(dǎo)航技術(shù)，能解決這一矛盾。通過導(dǎo)航指引，能將3D打印導(dǎo)板放置到正確設(shè)計(jì)位置，當(dāng)修復(fù)重建完成時(shí)，導(dǎo)航能進(jìn)行即時(shí)驗(yàn)證，確保手術(shù)精度及準(zhǔn)確[17-18]。

2.3.2 3D打印技術(shù)聯(lián)合混合現(xiàn)實(shí)技術(shù) 利用3D打印技術(shù)構(gòu)建腫瘤實(shí)體模型進(jìn)行腫瘤切除，雖然能有效進(jìn)行術(shù)前手術(shù)評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)控制，但在術(shù)中指導(dǎo)時(shí)不能進(jìn)行真實(shí)環(huán)境下的實(shí)時(shí)比對(duì)[19]。利用混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將3D打印構(gòu)建的實(shí)體腫瘤3D模型文件導(dǎo)入具有虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)功能的眼鏡設(shè)備，術(shù)中能將虛擬的模型呈現(xiàn)在實(shí)時(shí)的手術(shù)野中[20-21]。從3D打印的“可視”到"可用”再到“術(shù)中可視”，能更好地指導(dǎo)術(shù)中腫瘤切除方案實(shí)施，確保腫瘤安全、徹底切除[22-23]。盡管這一技術(shù)目前仍在研究階段，實(shí)際操作、實(shí)施存在技術(shù)難點(diǎn)，但是值得進(jìn)一步突破和研究，提高臨床實(shí)用性。

3 生物3D打印在腫瘤整形外科的應(yīng)用前景

生物3D打印技術(shù)是指通過特殊打印裝置，以生物材料、活細(xì)胞為原料，打印成型具有三維立體結(jié)構(gòu)的類組織體，用于制造醫(yī)療器械、組織工程支架，甚至是構(gòu)建組織器官[24-25]。生物3D打印是3D打印重點(diǎn)研究方向，也是醫(yī)療及科研領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前3D打印產(chǎn)品仍停留在的手術(shù)導(dǎo)板、硬組織植入物和一些無生物活性的醫(yī)療器械。生物3D打印技術(shù)的出現(xiàn)改變了這一局面，在復(fù)雜組織工程支架制造、組織再生與修復(fù)、個(gè)性化腫瘤精準(zhǔn)醫(yī)療模型構(gòu)建方面，生物3D打印顯示了其明顯的技術(shù)優(yōu)勢(圖5)。

圖5 混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)在下頜骨重建中的應(yīng)用

3.1 生物3D打印在組織工程技術(shù)中的應(yīng)用

組織工程技術(shù)為組織創(chuàng)面修復(fù)和器官移植提供了無限的自體組織供應(yīng)。技術(shù)要點(diǎn)是其主要思路是在生物降解支架上植入預(yù)先收集的宿主干細(xì)胞，在生物反應(yīng)器中或植入人體后，宿主干細(xì)胞分化為成熟細(xì)胞，重新填充可降解支架，并最終通過沉積新的細(xì)胞外基質(zhì)取代支架。種子細(xì)胞可以通過釋放各種細(xì)胞因子和化學(xué)物質(zhì)來誘導(dǎo)宿主細(xì)胞，從而促進(jìn)細(xì)胞在支架上的生長、增殖和分化[26]。得益于相關(guān)材料學(xué)進(jìn)步，如使用聚己內(nèi)酯、聚乙醇酸等生物相容性和生物降解性較好的材料，利用生物3D打印的組織工程支架，能構(gòu)建有利于干細(xì)胞進(jìn)入支架及轉(zhuǎn)化成熟的三維結(jié)構(gòu)，特定條件下能夠促使干細(xì)胞定向轉(zhuǎn)化，提高了使得組織工程支架植入宿主后的穩(wěn)定性和成功率[27-28]。目前生物3D打印的組織工程支架聯(lián)合干細(xì)胞技術(shù)在長骨、長段氣管重建的研究已很成熟[29-30]。

3.2 生物3D打印技術(shù)在器官組織再生與修復(fù)中的應(yīng)用

3D打印活細(xì)胞構(gòu)建類生物組織體，是組織再生與修復(fù)的重要研究內(nèi)容。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究表明，生物3D打印的軟骨組織植入動(dòng)物體內(nèi)后具有組織學(xué)和力學(xué)性能，但在生長因子、機(jī)械性能和干細(xì)胞梯度打印方面仍需突破以獲得更好的軟骨組織生理功能[31]。利用生物3D打印目前在體外已成功打印心臟[32]、神經(jīng)[33]等復(fù)雜器官組織。利用生物3D打印技術(shù)，通過精確控制，在動(dòng)物體內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)皮膚損傷[34]、脊髓損傷[35]的修復(fù)。

3.3 腫瘤整形外科相關(guān)生物3D打印研究思路

盡管生物3D打印活細(xì)胞產(chǎn)品已取得重大突破，但要向臨床轉(zhuǎn)化仍然面對(duì)重大挑戰(zhàn)[36-37]。腫瘤整形外科腫瘤切除術(shù)后缺損部位的修復(fù)對(duì)生物材料有嚴(yán)格要求，特別是惡性腫瘤切除術(shù)后，組織缺損范圍大，一些病灶周圍組織合并有炎癥、感染、組織變性甚至潛在腫瘤細(xì)胞侵潤，手術(shù)后需要進(jìn)行放化療等綜合治療，植入材料可能導(dǎo)致局部傷口炎癥、感染加重，影響術(shù)后治療，增加手術(shù)并發(fā)癥導(dǎo)致手術(shù)失敗。目前腫瘤整形外科首選的修復(fù)材料是自體組織修復(fù)術(shù)后軟組織或骨組織缺損，但自體組織取材有限，往往會(huì)造成供區(qū)的繼發(fā)殘損，還存在組織形狀不匹配、術(shù)后恢復(fù)時(shí)間長，美學(xué)效果欠佳的問題。生物3D打印技術(shù)的出現(xiàn)為解決這些問題提供了思路。在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，通過生物3D打印預(yù)構(gòu)組織工程皮瓣具有一定的可行性[38]。多種缺損區(qū)域需要的皮瓣的關(guān)鍵功能組織如神經(jīng)、骨組織，都可使用組織工程材料和干細(xì)胞，通過生物3D打印在體外定向轉(zhuǎn)化得以實(shí)現(xiàn)，再植入供瓣區(qū)血管化取出用于缺損的重建，從而恢復(fù)受區(qū)的形態(tài)，功能，并兼顧美觀[39-40]。

4 總結(jié)與展望

3D打印技術(shù)已在腫瘤整形外科領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，推動(dòng)了腫瘤整形外科在腫瘤切除和缺損修復(fù)重建手術(shù)技術(shù)方面取得了巨大進(jìn)步，使得腫瘤整形外科向個(gè)性化、精準(zhǔn)化方向大步邁進(jìn)。生物3D打印技術(shù)在腫瘤整形外科修復(fù)重建顯示了良好的前景，將會(huì)給組織修復(fù)和器官重建帶來革命性的變化，是進(jìn)一步研究和探索的方向。