论3D技术与医学发展

　　【中图分类号】R363.9 【文献标识码】A 【文章编号】2095-6851（2018）03--01
　　生活中我们常常看到3D技术的应用普及，比如影视动画、动漫、游戏等视觉表现类的文化艺术类产品的开发和制作，其中3D版《速度与激情7》及《泰坦尼克号》以其惊险的动作及无以伦比的真实效果，令我在观看影片过程中感到十分震撼，并且留下了十分深刻的印象。
　　3D是英文“Three Dimensions”的简称，中文是指三个维度，即有长、宽、高，我们讲的3D主要特指是基于电脑互联网的数字化的三维立体。3D技术既然如此先进，那么近年来与我们息息相关的医学是否也在应用3D技术呢？3D技术在医学领域是否也随着3D潮流有了突飞猛进的发展，为医学打开了一扇全新的大门呢？以下即3D技术在我国医学领域中应用的几个主要方面。
　　一、3D腹腔镜技术
　　20世纪70年代后由于冷光源、玻璃纤维内窥镜的发明，腹腔镜手术轰轰烈烈地发展起来。80年代以后腹腔镜手术的相关设备及器械都得到了极大的发展，虽然器械更新了，但是手术成像的清晰度一直困扰着临床医生，直到2010年6月世界第一台3D腹腔镜下胆囊切除术在英国吉尔福德开展，2012年12月3日，北京协和医院完成了中国第一例3D腹腔镜下肾盂旁囊肿切除术，标志着我国普通腹腔镜手术进入了3D时代。
　　3D高清腹腔镜系统，具有放大以及立体的视野优点，其具有更直观、清晰的视野，既可以保留腹腔镜手术的微创、精细等优点，又拥有高清的立体视野，极大地提高手术过程的精确程度。3D高清腹腔镜不仅可以还原真实视觉中三维立体视野，还能够放大视野，类似于直接进入患者体内进行手术，直接在患者各脏器间准确查找病变部位，随后实施精确切除。因此利用3D腹腔镜能够有效地避免血管、神经损伤，和规腹腔镜相比更能减少出血、缩短手术时间。
　　二、外科机器人手术中3 D技术
　　所谓机器人手术，就是利用一种自动的、位置可控的、具有可编程能力的多功能机械手臂，在医生的控制下，机械手借助计算机施行外科手术、靶点定位、药物注入等任务。目前世界上已经有超过240台手术机器人投入使用，其优点之一即三维成像系统的高分辨率立体腔镜，可以呈现光学放大10倍高清晰立体图像，能够清晰的显示手术视野，使手术变得简单，缩短了学习曲线。可以说没有3D技术的支持，机器人手术的广泛应用是不可能的事情。
　　医用机器人是目前医疗卫生发展的方向之一，能够有效推动医疗技术发展。手术机器人准确性高、精确性高、可靠性好，手术机器人的使用可以大大提高手术的成功率。随着医疗科学不断发展，各国医疗机器人及辅助医疗技术越来越深入的研究，各种新型医疗机器人机构、医学图像采集和处理技术、智能传感器、新型手术工具及其它相关技术越来越受到社会广泛的关注。
　　三、3D医学打印技术
　　1. 3 D打印“有功能”的器官和组织 3D生物打印利用干细胞为打印材料，按照3D打印技术制作，打印出的组织形成血管和内部结构。美国维克佛瑞斯特大学再生医学研究者采用3D皮肤打印机在患者伤口上直接打印细胞，有效的让患者伤口更快的愈合；此外，他们还打印了肾脏细胞。北京大学某团队于2014年8月将3D打印脊椎植入了一名12岁男孩。这种3D打印脊椎能够和现有骨骼完美的结合，从而极大地缩短患者康复时间。国内目前主要有清华、西安交大等高校业开始逐步进行生物器官制造研究。
　　2.3 D打印医学模型 目前3D打印技术可以直接打印出器官和组织的3维模型，并应用于临床教学与临床治疗辅助。目前采用这种医学模型来实施神经外科、普通外科、脊柱外科、整形外科等手术模拟。2015年8月日本筑波大学科研团队宣布，已成功研制用3D打印机制作出可观察血管的肝脏模型方法，模型依据表面线条展现肝脏形状，精细的表现出其内部血管和肿瘤。美国国家儿童医学中心首次采用3D打印机打印患者心脏模型，帮助医生在手术前深入了解患者心脏结构。南方医科大学方驰华教授通过收集22例患者资料，把3D打印模型带入手术室，手术过程中实时进行比对，利用3D打印模型位置的调整已达到关键手术部位的定位、肝离断面处理，从而减少手术时间。
　　3.3 D打印个性化医療器械 21世纪医疗发展方向之一就是医疗个体化，通过获取患者的CT或MRI影像学数据，利用三维重建技术，通过3D打印可以制作出个性化辅助器械。3D打印技术尤其适用于制造人体骨骼，3D打印过程不会被骨骼复杂程度限制，可以按照骨骼结构中微孔大小及孔隙率来改变每一层骨骼切片的填充方式，转换材料的密度，最终打印出适合细胞生长的活性骨骼，2014年10月英国苏格兰一名5岁女童利用3D打印技术装上手掌。
　　4.3 D打印技术在具体专业中的应用 3D打印技术在医学上应用领域可以说是越来越广泛，整形外科领域：烧伤治疗，面部重建，隆鼻及隆颏假体的个性化定制、颅骨缺损的个性化修复、下颌骨重建术及截骨手术等。骨科、神经外科：主要以骨骼打印为主，用于辅助病情讲解，辅助手术，定制义肢，膝关节、腰部等植入物。口腔科：个性化定制化的牙齿隐形矫正器，牙齿接种。学校、医院教学用具：制造高质量的医学用具，如人体骨骼、血管等器官模型。康复辅助设备：助听器，个性化矫形外骨骼。药物试验研究：打印的肝脏、肾脏，用于药物试验等。器官移植：打印的外耳、气管、膀胱目前已有在病人身上成功移植的病例，打印出的肾脏、皮肤、心脏有望为人类提供器官移植来源。
　　总之，3D技术在医学未来的发展与应用方面是必不可少的关键技术。3D技术在医学领域有广泛应用前景，包括结合CT或MRI进行准确精细的诊断，通过高清成像技术为手术治疗提供保障，利用打印技术实现人工植入、功能组织器官再生等。医疗行业存在大量的个性化需求，不需要进行标准化、大批量生产，而这恰是3D技术的优势所在。未来，3D技术将真正做到低成本、易操作、高精度、高融合，必将带来一场新的医疗革命。

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