3D打印医学影像模型改进足内翻外科手术培训

我们都听说过“熟能生巧”这个说法，它或许更是一种规律，在很多强调技艺的领域里都适用，包括外科手术。于事关患者的生命福祉，外科医生通常要经过漫长的学校学习、住院医生等历程才能够独立进行手术。在这段时间里，据卡内基梅隆大学CMU）生物医学工程系讲座教授Boyle Cheng说，培养的年轻外科医生的最重要途径之一就是实践。例如，在医学领域中神经外科的实习期是最长的，该长达七年的实习中间有很大一部分是花在通过持续和反复的实践来练习各种技能上了。这种实践培训通常意味着要在尸体上进行，但是这些尸体往往很少而且昂贵，难以储藏。要么，学生将不得不牺牲一些人体组织的真实感而在泡沫模型上进行练习。

“这对于任何一个医科学生来说都是很重要的。”Cheng强调说，“作为一名学生需要尽可能多地进行模拟，而这个模拟越接近现实，学生就会更加接近那种实际给病人做手术的感觉。”

这也是工程教授Kenji Shimada和他的团队的研究出发点。目前，Shimada教授和他的团队正在将机械设计、医疗设备和生物医学应用结合在一起，创造出一种针对外科医生的新型实践培训模型。Cheng和Shimada这两位教授最近正在这一研究项目上进行合作。

这些模型，被称为医学影像模型medical phantom model），是将坚硬如骨的材料与模仿人体组织的软凝胶结合在一起3D打印出来的。这两种不同材料的结合主要是针对骨科手术训练，并为学生们打造一种外科培训工具。“人体的复杂程度难以想象的：骨骼中有珊瑚状的3D内部结构，而且它们被一层层的膜、韧带、肌腱、肌肉所包围。但是要训练骨外科医生的话，我们认为关键在于那种带有内部结构的骨骼以及它周围柔软的材料。”Shimada说：“好奇心让我们想把这个模型制作得尽量准确、尽量接近真实的东西。但作为工程师，我们想要确定一个解剖组件的最小集合来将其作为一种培训工具。

为此，Shimada和他的团队使用3D打印技术来创建骨骼模型，这使他们能够直接根据病人的CT扫描结果来打造出具体模型。使用这种技术可以让他们首先在外科培训的一个特定领域中磨练，这个领域就是马蹄内翻足或足内翻）矫正手术。此项题目为《一种针对马蹄内翻足矫正手术的具体病人灵活3D打印骨科模型的训练和教学A Patient-Specific Flexible 3D Printed Orthopedic Model for Training and Teaching of Clubfoot Correction Surgery）》的研究，最近作为封面文章被发表在了《3D Printing and Additive Manufacturing》杂志上。

据天工社了解，根据美国矫形外科医生学会的数据，仅在美国，每年就会有千分之一的婴儿患有天生马蹄内翻足。而在许多发展中国家，这个数字更高。如果不进行及时治疗的话，具有此种先天缺陷的儿童将不能正常行走。

“专注于马蹄内翻足似乎范围比较小，但是对于患有这一出生缺陷的儿童来说，却是可以真正提高他们生活质量的真正需求。”参与了该项目的博士生Ying Ying Wu说，她还为马蹄内翻足开发了微创矫正医疗设备。

除此之外，Shimada和他的团队目前也正在开发3D打印医学影像模型的其它几个应用，并希望能在不久的将来与当地的一个外科住院医生项目合作。另外，研究人员也正致力于新的项目以继续优化该培训工具，包括使用不同内部结构的骨状物质，以更好地模仿在手术过程中钻骨的触感等。