河北大学附属医院开发低成本,高精度的3D打印肝脏模型新方法



 随着3D打印技术的渗透普及,医疗专业人士也逐渐认识到他们的价值,3D打印的医疗模型正在进入世界各地的医院。患者特定的器官解剖模型为医生提供了接触和检查复杂的内部结构的机会,通过医疗程序了解问题的范围和准确位置。患者还可以从模型中受益,这些模型可以用来告知患者状况和治疗的具体情况。

在全球范围内进行的研究正在建立在数字医疗的基础上,而在这种情况下,越来越多的模型提到了它们逼真的质感,因此这项技术的改进一直是中国研究的焦点,河北大学附属医院程树杰教授现在正在引入精确的3D打印肝脏模型,以比以前更低的成本复制打印复杂的解剖结构。

对于外科医生来说,肝外科手术可能会比较复杂,而且对于没有预定路径和计划的1:1精确模型来说,3D打印医学模型对于肝脏手术来说已经被认定为一个可行的术前方案。

3D打印模型将整个肝脏,包括内部组织和结构完美的展现在眼前,对于医生来说3D打印肝脏模型已经显现出明显的好处,其中主要是提高了手术安全性,减少了术中出血,减少了术后并发症。但是市面上多色彩,多材料能力的工业3D打印机本身相当昂贵,甚至精确1:1比例的肝脏模型竟高达3,000美元4,500美元,而成本较为便宜的FDM桌面3D打印机则完全不能提供“复杂的嵌合型三系统肝血管网,难以应用于复杂的肝脏手术规划。“‘’

为了降低成本并获得医疗模型的高分辨率,河北大学附属医院程树杰教授领导的团队将目光转向立体光刻(光固化)。高速光敏树脂使用两台配备液体冷却系统的高速LCD-SLA 3D打印机。然后通过采用改进的传统传递模塑技术进行精确匹配,完成了高透明度树脂的患者特定医疗模型的制造过程。在整个内部结构和肝脏表面平行打印0.1mm的层厚度下,花了不到4个小时的时间,而且在模型中可以清楚地看到恶性肿瘤。与3D计算机模型的测量距离相比,打印模型及其相邻血管的测量距离误差均小于0.7mm。在大幅缩短打印时间,提高打印精度的前提下,进一步降低了型号生产成本,大大提高了手术效率和准确性。

这种方法可以创建一个大约80-90美元的详细的,实物大小的肝脏模型。 精度和分辨率来自于SLA 3D打印技术的使用,SLA 3D打印技术比工业多材料技术具有更低的资本和材料成本,同时只需要一个装配步骤,而且误差较低,不需要多个繁琐步骤。

这个方法并不完美,其有两个主要缺点:一是在于后处理,因为每个模型目前在打印作业和树脂完成之后需要大约30个小时的工作。 另一个缺点在于更复杂的模型,因为“极其复杂的外部”时间成本都有所增加,没有多喷嘴打印技术的生产优势明显。 尽管如此,根据所描述的保守估计,通过这种生产方法可以满足大约80%的复杂肝脏手术需求。

“这个方法的最大意义在于大大降低了成本,同时保持了最大的精度,并且提高了打印速度,这使得3D打印在肝外科领域的广泛应用成为可能。”

使用团队方法创建的模型包括精确复制肝脏本身,包括精确的表面和高度透明的肝实质,患者的确切肿瘤以及完整的三系统5-6层血管网,其中主血管是1级。血管末端直径“已经达到了CT切片分辨率的极限”,可提供亚毫米级精度。

“ 程教授经过反复彻底的验证,认为目前由河北大学附属医院开发的透明,全彩色,高精度手术前计划肝脏模型的制造方法,有助于一系列极其困难,准确和个性化的肝脏手术“。

除了用于肝脏外科手术外,这种方法还可能潜在地进入其他医疗领域,包括已经在加速3D打印的许多领域。河北研发小组注意到了骨科,神经外科,妇产科,整形外科和口腔科。3D打印模型允许医疗保健提供者直接和直接地了解解剖结构并为手术做准备。

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