【广度好文】药理学3D列印中的核心技术

一、序言

3D 列印被普遍认可为是大力推进第二次产业革命的控制技术众所周知。虽然它源于轻工业锻造，但一已经开始就受科学界的高度关注。他们在上世纪90 二十世纪积极开展概念化眼科水晶体CAD/CAM控制技术科学研究中及时处理导入3D列印控制技术，并在2004 年赢得国家发明奖一等奖。

和轻工业3D列印不同，药理学3D列印有其自身的控制技术体系。随着今天这项控制技术在药理学领域广泛应用，很多关键控制技术被赋予了新的内容，并处于进一步发展之中。

二、药理学影像生成、处理与三维重建控制技术

药理学影像是药理学3D列印的数据源。

上世纪90 二十世纪，各著名品牌药理学影像设备输出的数据格式很不统一，这给他们积极开展3D列印带来很多困难，当时不得不科学研究与各种设备的接口软件，以获取影像设备输出的数据。今天，所有影像设备都统一为DICOM格式，为3D列印的推广应用带来了很大的便利。

随着3D 列印在药理学中的推广应用，很多涉及软组织的外科领域也已经开始运用3D列印控制技术，这对图像处理和建模控制技术提出了新的要求。如果骨骼周围的血管在造影时添加了对比剂 ( Contrast Agent )，可赢得边界清晰的图像，它的建模工作和骨骼几乎一样方便。但是，软组织的影像主要来自于MRI，它的处理比CT 数据困难。更重要的是，为了将有些软组织在影像中清晰地显现，必须对MRI设备进行专门的参数调整，这给临床使用带来很多麻烦。此外，有些软组织的影像必须通过各种其他影像设备来获取，这就涉及到多模图像配准与融合控制技术，对于软组织目前还是一个科学研究项目。因此，为满足软组织3D列印，他们须要和影像学专家合作积极开展如下控制技术攻关工作：

1. 清晰的影像数据获取控制技术。首先须要将涉及肝、胆、脾、胰、肾，心脏和肺的影像生成控制技术进行系统地科学研究，针对不同的影像设备，提出最佳的调整参数，形成一套标准规范，使得后续工作赢得很好的影像数据条件。

3. 多模图像配准和融合控制技术。由于软组织药理学影像常常来自多种影像设备，这是绕不过去的科学研究课题。

软组织外科3D 列印要做到像眼科那样快速方便尚有待时日。

三、人体目标组织3D模型列印与临床应用控制技术

继X 光、CT/MRI 发明后，3D列印模型是在临床药理学中具有第三个里程碑意义的控制技术。当前两者提供的影像数据不能满足医生手术规划需求时，今天可通过1:1 精准的列印模型直观地观察人体目标组织，从而做出诊断和手术规划。

图13D列印模型支撑小儿下肢严重畸形矫形手术案例

图2 是上海复旦大学附属儿科医院2016 年连体婴儿手术案例。通过3D 列印模型可以观察到会阴部骨骼长合的状态，从而做出精准的手术规划和术前准备工作。

图2 3D列印模型支撑连体婴儿分离手术案例

中华药理学会数字药理学分会数字眼科学组将发表一个专家共识，列出建议用模型来指导手术规划的适应症，医生可以参照积极开展有关工作。这里须要高度关注如下问题：

1. 模型的精度。根据他们用牛骨通过CT 拍摄和建模列印，最后得出结论：只要设备调整到位，模型和实物之间的误差可以控制在0.2mm以下，完全满足临床需求。

2. 列印速度。他们坚信列印模型将成为医院的常规控制技术，医生让患者去影像科列印模型，就像让患者拍X 光或CT一样，成为常态。这就需要列印的速度尽量快，做到医生当天就能赢得模型和患者进行沟通。

3. 列印件的强度。如眼科，其框底骨组织厚度很薄，尺寸微小，有些列印工艺的模型强度不够，造成局部缺失，影响医生的诊断和手术规划。一般来说选择性激光烧结(SLS)、和光固化(SLA) 等控制技术列印的模型强度和细微度较高。

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