文献分享 | 利用3D打印血管模型进行手术模拟
【引言】
3D打印的患者特异性血管模型能够提供更精确的解剖结构信息，用于模拟复杂的血管内手术。目前，由于缺乏对该技术的了解，其应用受到限制。本研究提供一份易于操作且成本低的指南，指导读者了解3D打印的血管解剖模型。
出处：Coles-Black J, Bolton D, Chuen J. Accessing 3D Printed Vascular Phantoms for Procedural Simulation. Front Surg. 2021 Jan 27;7:626212. doi: 10.3389/fsurg.2020.626212. PMID: 33585550; PMCID: PMC7873568.
【介绍】
3D打印血管模型
3D打印是一种制造技术，近年来在外科领域备受关注，因为它能够快速制作患者特异性的解剖模型，用于手术模拟和培训。这项便捷的技术可以将影像转化为医院内可直接使用的、患者特异性的物理模型，使外科医生和其他手术人员能够快速获得与真实比例相同的患者解剖结构模型，从而实现更佳的可视化和手术规划。
腹主动脉瘤
腹主动脉瘤（AAA）是指腹主动脉扩张至至少正常大小的1.5倍，或外径达到3厘米。作为真正的动脉瘤，扩张会影响主动脉壁的所有三层，即内膜、中膜和外膜。
肾下腹主动脉是腹主动脉瘤最常见的发生部位，也是最有利于修复的解剖结构，可通过血管内介入治疗（EVAR）或经肾下腹主动脉阻断的开放手术进行修复。现代血管内介入技术已取得长足进步，EVAR 已成为解剖结构合适的患者的标准治疗方法。
然而，当遇到超出标准肾下腹主动脉瘤（AAA）解剖结构的患者时，血管内外科医生必须调整其治疗方案。如果动脉瘤延伸至肾动脉开口但未累及肾动脉开口，则称为肾旁腹主动脉瘤。如果动脉瘤进一步向上延伸，累及肾动脉和内脏动脉，则称为肾旁或内脏旁腹主动脉瘤。对这些复杂解剖结构进行血管内修复极具挑战性，需要使用分支或开窗式支架移植物，或者以目前的技术水平可能根本无法实现。
3D打印模型在AAA模拟中的应用
随着血管外科向微创化转型，EVAR应用范围不断扩大，复杂腹主动脉瘤（AAA）修复难度显著增加。EVAR易出现内漏、移植物闭塞、移位、感染等并发症，需二次干预并增加医疗成本。通过患者特异性3D打印AAA模型可直观呈现解剖结构、精准选择移植物、预判术中难点，从而减少并发症。同时，3D打印EVAR模拟器在血管外科医师培训中价值突出，能提升受训者操作信心与实操能力，缩短手术及透视时间、减少造影剂用量。在当前临床实操机会减少、传统学徒式培训受限的背景下，基于3D打印模型的模拟培训成为高效、可行的教学方案。
【3D打印技术】
对于血管介入医师而言，最容易获得的3D打印技术包括可通过大学合作获取的技术，以及价格足够低廉且体积小巧，适合放置在医院内的技术。最常见的3D打印方式包括熔融沉积成型（FDM）、立体光刻（SLA）和喷墨打印技术。
对于有兴趣尝试这项技术的人来说，熔融沉积成型（FDM）是最容易上手的3D打印技术，其零售价低至几百美元。该技术通过挤出加热软化的聚合物来逐层构建模型。常用材料包括刚性热塑性塑料丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）、聚乳酸（PLA），以及柔性热塑性塑料热塑性塑料，例如热塑性聚氨酯（TPU）和热塑性弹性体（TPE），后者是一种柔软的橡胶状长丝。FDM已被用于3D打印手术导板、用于术前模拟的患者特异性解剖模型，甚至用于打印个体化剂量的患者定制药物。
SLA技术利用紫外激光，选择性地扫描盛有光敏聚合物的容器，固化并凝固液体表面的特定区域。随着工艺的进行，最终物体逐层构建而成。目前，SLA技术已被用于术前模拟和培训中的解剖建模，以及组织工程支架的构建。
喷墨3D打印是传统二维纸张打印技术的延伸。数百个微型喷嘴逐层选择性地沉积光敏聚合物液滴，并使用紫外灯进行快速固化。喷墨打印设备售价高达数十万美元，是目前已知的3D打印技术中最昂贵的，因此在初期阶段需要与学术机构合作，直到其成本得到合理化。该技术能够一次性3D打印多个解剖结构，从而实现对不同组织的基本区分，以用于模拟研究。
【讨论】
尽管存在材料限制，但利用多种3D打印技术3D打印的AAA模型能够成功模拟实际血管内手术中遇到的插管和植入挑战。随着尺寸和材料表征有效性的提高，这些模型有望成为复杂EVAR手术方案规划的有力辅助工具。
核心优势：
便捷高效：医院内可自主制作，数小时内就能从实验室转化为临床应用，无需依赖外部供应商，节省时间和成本；
精准个性化：完美还原患者血管解剖结构，尤其适合复杂病例的术前规划，减少手术风险；
多场景适配：可用于手术模拟、医护培训、患者教育，性价比高。
局限性：
设备与技能门槛：需要投入初始资金购买打印机，医护人员需简单学习软件操作；
材料限制：低成本打印机难以制作出完全贴合真实血管触感的模型，透视保真度还有提升空间；
误差风险：CT影像质量、分割操作、打印过程，都可能引入轻微误差，需规范操作减少偏差。
【结论】
一旦克服了开发此工作流程的挑战，3D打印解剖模型将会成为我们血管外科中心以及整个外科部门复杂手术规划中的常规工具。事实证明，实体患者特异性模型是对标准影像检查的宝贵补充，并有助于术前器械的演练和调整。在规划复杂腹主动脉瘤（AAA）的手术入路时，中空柔性模型对于经髂动脉入路进行支架植入和定位的演练，以及预测导丝和器械的轨迹尤为有用。
随着3D打印技术的日益普及，其在术前模拟中的应用必将蓬勃发展。
