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科学家用3D打印帮助研发乳腺癌诊断技术
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（原标题：科学家用3D打印帮助研发乳腺癌诊断技术）
借助一台改装的MakerBot 3D打印机吐出的湿软生物结构，匹兹堡大学（PITT）和卡内基·梅隆大学（CMU）的研究人员们正准备帮助医生更好地完成乳房癌诊断。据天工社了解，匹兹堡大学医疗中心（UPMC）以及卡耐基梅隆大学的研究人员得到了美国国会指导下的国防部医学研究项目的一笔为期两年的80万美元研究拨款，他们正在借助这笔资金，使3D打印机能够复制乳腺导管（即连接乳头与乳腺的管道）。在这样做的时候，他们希望能发现某种生物标志物——与疾病关联的可测量特征——以更好地诊断哪种患有癌症前期乳腺导管病变的患者将会发展为恶性的、可能危及生命的乳腺癌。
3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑等领域有所应用，而现在3D打印都能打印人脸和心脏了，一起来看看3D打印出来的各种奇葩物件吧！
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3D打印奇葩服装。
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3D打印的泳衣绝对刺激您的眼球。
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3D打印笔。
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3D打印的胎儿。
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3D打印人脸。
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3D打印鞋。
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3D打印外骨骼机械臂。
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3D打印耳朵和鼻子。
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3D打印的医药。
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3D打印的药物你敢吃吗？
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3D打印的美食。
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3D打印手机壳。
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3D打印枪。
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彩立方融合修复3D打印模型在手术中的应用。
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3D打印吉他。
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3D打印手机壳，颠覆传统手机壳定制工艺，不仅能够定制文字、图案，最主要能够对手机壳造型进行定制。
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3D打印美甲制品对于爱美的你来说，无疑是一个最好的新选择。
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3D打印建筑景观类。
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3D打印工业手板类。
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这辆3D打印汽车看上去像个果冻豆，名字叫做Urbee2,它是首个主要用3D打印部件生产出来的汽车。
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3D打印的限量版首饰，这串项链的原材料为玻璃纤维填充的染色尼龙，把材料串起来的挂绳同材料本身一样，也是3D打印出来的。
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3D打印的美食。
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3D打印时尚服装。。
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3D打印各种形状的玩具，一次成型。
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世界第一台3D 打印陀飞轮怀表，竟是业余玩家自主设计。
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3D打印假肢抓取工具。
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基于3D打印的优势，我们自己DIY一个云台只需要将每个零件模块化，分别打印后进行组装和修正，如果拥有相当的机械技术和绘图能力，完全可以随时改良自己的设备。
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这是New Balance推出的首款量产版3D打印运动鞋。
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3D打印装饰品。
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3D打印小黄人支架。
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3D打印手办初心者。
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3D打印糖果、巧克力。
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3D打印的灯。
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3D打印手链。
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3D打印手机收纳。
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这是一款3D 打印服装。
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3D打印让灭绝的恐龙复活？
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该校学生3D打印的金属零件。
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3D打印假肢。
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3D打印几何图形戒指首饰。
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3D打印机器手假肢。
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3D打印汉堡，3D打印巧克力都不是什么新闻，3D打印出如此有艺术气息的甜点，或许你会心动！
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3D打印高跟鞋。
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3D打印吊灯。
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3D打印的鸟巢模型。
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3D打印的玫瑰。
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3D打印的可活动的布鲁克林大桥机器人。
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3D 打印手机架。
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3D 打印个人耳机才够酷。
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3D打印的漂亮吊灯
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该项目的研究负责人之一，PITT外科助理教授Priscilla McAuliffe称，只有20%到50%的非浸润性肿瘤患者的肿瘤会本地化至乳腺导管——即乳腺导管内原位癌（DCIS）——从而发展为恶性乳腺癌。如果能够识别出哪些妇女需要治疗以及哪种不需要将会减少患者不必要的化疗、手术和痛苦，McAuliffe说。这些治疗手段往往会对患者的健康造成很大的伤害。该项目的另外一位共同研究负责人，CMU的材料科学及生物医学工程教授Adam Feinberg在2015年的时候曾经在《Science Advances》杂志上发表过一篇论文，显示使用一台3D打印机来复制复杂软组织结构是可能的。而这次研究项目的目的之一就是通过3D打印机复制患者的乳腺导管，来独立判断其发展为浸润性肿瘤的可能性。根据McAuliffe的说法，这种对每位患者进行风险评估的能力将带来革命性的后果。她说：“这已经不是秘密，我们对DCIS患者进行了太多的手术。”“基于这项研究的结果，我们希望能够找到生物标志物，然后用它来为患者进行风险分级。”McAuliffe说。但是在将这些生物标记物用于手术决策之前，还需要进行随机临床试验，McAuliffe说，这将是一个长期的目标。当然，所有这一切的基础是发现生物标志物，这就要求具有完全可控的现实模型系统，Feinberg说。而这正是3D打印技术可以大显身手的地方，即3D打印出一个独立的乳腺导管组织。但是，Feinberg称，要3D打印乳腺导管，需要跨越的一个很大的障碍,就是这种组织经常会在自身的重量之下崩溃。“这些材料的最大挑战是它们非常柔软。”Feinberg说：“这导致它们很容易在自身的重量下崩溃。它们有点像果冻。一块简单的果冻放在那里是没问题的，比如正方体，但是一旦你试图用它制造复杂的3D结构，结果就是四分五裂。”为了解决这个问题，Feinberg的团队开发出一种方法可以在可溶解的凝胶里打印软组织。据天工社了解额，Feinberg使用的设备包括一台消费级的MakerBot 3D打印机。普通的MakerBot主要通过挤出机层积熔融的塑料来构建对象，而Feinberg则精心设计了一个定制的挤出机，这个挤出机层积的却是我们通常会在生物组织中看到的蛋白质和其它分子。值得一提的是，研究人员们还开源了他们设计的这款挤出机，任何人都可以通过美国国立卫生研究院（NIH）的网站下载并使用它。.
研究人员称，如果最初的实验揭示了浸润性DCIS的生物标记物的可能性，那么他们下一步就准备将这些生物标记物与患者的治疗结果关联起来。为此，研究人员可以充分利用Magee-Womens医院丰富的乳房组织库。这个组织库中包含有关肿瘤遗传学和导管结构方面的信息，以及患者的结果。除了发现更好的方法来诊断浸润性DCIS之外，Feinberg兴奋的是生物打印将成为在实验室里构建现实模型系统的标准手段。“在不太遥远的将来，这些生物3D打印机将成为标准的实验室设备。”Feinberg说。“最终，我认为我们将能够用这些东西3D打印器官和进行组织修复。尽管这还很遥远，但是它正在露出曙光。”
本文来源：cnbeta网站
责任编辑：郜雪丹_NT5097
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作者：[1]&[2]&单位：北京天坛普华医院[1]&科易华医疗科技有限公司[2]&&
文章号：W<font color=#3448&&
23:28:07&&
文字大小：
&&& 3D打印技术（(three dimensional printing)）又称为“快速原型制造”，是指通过连续的物理层叠加，逐层增加材料以生成三维实体的技术，也是近年来迅猛发展的一项新技术。3D打印技术的兴起，给传统的制造、医疗、文创、航空航天等产业带来了巨大的冲击和变革[1 ]。随着医学影像技术和材料工程的不断发展，3D打印技术开始应用到医疗实践中。
&&& 3D打印技术（(three dimensional printing)）又称为“快速原型制造”，是指通过连续的物理层叠加，逐层增加材料以生成三维实体的技术，也是近年来迅猛发展的一项新技术。3D打印技术的兴起，给传统的制造、医疗、文创、航空航天等产业带来了巨大的冲击和变革[1 ]。随着医学影像技术和材料工程的不断发展，3D打印技术开始应用到医疗实践中。365医学网 转载请注明一、3D打印技术在医学领域中的应用365医学网 转载请注明&&& 随着医学个体化需求的不断扩大，3D打印技术在医学领域中的应用研究发展迅速。目前3D打印技术在医学领域的应用主要分为3类：(1)医学模型的打印：主要用于手术计划、练习和教学，还可以通过模型向患者展示疾病情况，增加患者对疾病的理解；(2)个体化医疗器械／组织工程的制造：主要用于个体化假体或辅助器械的植入；(3)通过3D生物打印，制造出人工器官和组织，用于器官的移植。3D打印技术所具有的优点能够满足构建3D模型的需求，在手术设计、操作演练和培训教学等方面具有广阔的应用前景和极高的应用价值。3D打印技术在医学上的应用，除了上述几种外还包括；医学研究、新药研制以及药物剂型、药物配送 [2]。365医学网 转载请注明&&& 1、3D打印医学模型：医学模型的制造是3D打印技术在医学领域中最直接、最基本的应用，通过打印出不同的器官和病变的模型，能将器官或病变内部构造的细节逼真地、可视化地呈现出来。外科医生可以根据这些器官或病变的模型，在术前对一些复杂的手术进行手术设计和演练，以确保手术的成功，降低手术的风险，减少手术的并发症。365医学网 转载请注明&&& 同样利用这些模型，还可以对低年资的医生进行培训，从而提高低年资医生的手术熟练程度和积累经验，起到培训和教学的作用。由于缺乏医疗知识，患者及家属往往对疾病认识不足，而通过3D打印技术将患者的病变模型逼真的打印出来，可以提高患者对自己疾病的认知程度，从而有利于医生向患者及家属告知和解释病情。365医学网 转载请注明&&& 2、个体化医疗器械／组织工程的制造：3D打印技术在医疗器械和组织工程中的已经得到了广泛的应用，如在骨科个体化钢板、人工关节、假肢的制造，以及耳鼻喉科中个体化人工外耳道、助听器、个性化种植牙等方面已经有了初步的探索应用。365医学网 转载请注明&&& 3、3D生物打印： 3D生物打印可以直接打印出器官与组织，直接用于替代治疗，目前这一类应用仍旧在探索中。365医学网 转载请注明二、3D打印技术在颅内动脉瘤治疗中的应用365医学网 转载请注明&&& 神经外科所涉及的神经系统解剖结构复杂，功能精细，病变更是错综复杂，给手术和教学带来很大困难，给医疗安全亦带来巨大的隐患。神经外科医师的工作对象是人体最复杂精密的解剖结构，尤其是形态极其不规则的颅底骨质，和其上的脑组织、血管、颅神经等，再加上众多的神经系统肿瘤和血管畸形等病变，使复杂而狭小的颅腔内结构产生了巨大的变化，一般的影像学很难直观的呈现出颅内病变的结构，处理这些病变给神经外科医师带来了极大的困难和挑战。365医学网 转载请注明&&& 1、颅内动脉瘤的治疗现状& 颅内动脉瘤多为发生在颅内动脉管壁上的异常膨出，是造成蛛网膜下腔出血的首位病因，在脑血管意外中，仅次于脑血栓和高血压脑出血，位居第三。颅内动脉瘤好发于脑底动脉环（Willis环）上，其中80％发生于脑底动脉环前半部。颅内动脉瘤是一种良性疾病，大多数需要手术治疗。颅内动脉瘤显微外科手术有较高的致残、致死风险，手术治疗对术者技术的要求较高。目前颅内动脉瘤手术治疗主要有显微手术夹闭和血管内栓塞。而显微外科手术最大的难点在于手术夹闭材料的选择，动脉瘤解剖位置的准确把握和手术并发症的预防，特别是对复杂、宽颈的囊状动脉瘤，术前计划对减少术中操作损伤及减少手术时程尤为重要。因为这些因素与动脉瘤破裂、术后感染、致残率和病死率有密切关系。而神经介入手术，也需要医生具有良好的手术技巧与熟练的血管解剖经验。颅内血管结构复杂，即使是具备丰富的临床经验与解剖知识的医生，拥有娴熟的神经外科手术技术、介入操作技术和高清晰的影像设备，在处理脑血管病变时也面临巨大挑战和困惑。而利用3D打印技术，可以将影像学数据转换成3D打印数据，从而制备复杂颅底肿瘤和血管模型，利用这些模型，神经外科医师和神经介入医生可以进行手术计划、手术演练、教学和个体化精准治疗。对颅内动脉瘤而言，最大的价值或许在于对显微外科术中的解剖关系显露及模拟手术入路；对AVM而言，帮助了解畸形团内结构及血流动力学改变，指导治疗策略制定；相信对其他脑血管病，如硬脊膜动静脉瘘等亦有积极的作用[3]。365医学网 转载请注明&&& 2、3D打印技术在颅内动脉瘤中的应用365医学网 转载请注明&&& 2.1 术前手术模拟操作：3D打印模型有助于手术方式的选择，如血管内介入治疗还是开颅手术，并能确定显微外科手术时手术入路。动脉瘤开颅手术的难点在于难以明确动脉瘤颈与载瘤动脉的关系、是否与周围的血管有粘连，辨认被瘤体遮挡的细小血管分支等。3D打印模型与动脉瘤及其周围结构形态一致，可以增强术者对动脉瘤形态结构学的理解，并据此决定动脉瘤夹的长度、形状以及动脉瘤夹的放置角度和位置等，以避免术中动脉瘤破裂和损伤周围血管。全方位视角了解动脉瘤的解剖结构及其与周围血管组织的关系，可以使术者更好地明确动脉瘤夹闭时的策略，尤其是对缺乏手术经验的神经外科医师，可以从3D打印模型获益，包括对动脉瘤解剖结构的认识、手术入路的选择及对动脉瘤夹闭操作的模拟演练[4 ]。有学者制作了13个颅内动脉瘤3D打印模型用于诊断、手术计划、术前模拟、训练低年资医师及患者宣教，结果显示，3D打印模型和术中所见解剖结构一致；5名神经外科医师均认为模型有助于理解脑血管的解剖结构、明确动脉瘤方向及动脉瘤与载瘤动脉的关系，且可用于训练缺乏经验的神经外科医师及为患者宣教；其中3名医师认为模型可使手术计划、动脉瘤颈评估、手术方式选择(夹闭或栓塞)及动脉瘤夹的放置位置的选择等工作简化[ 5]。365医学网 转载请注明&&& 相比于影像学资料，3D打印模型提供的不仅是视觉感受，还有触觉，让术者更加真实地模拟实际手术情景，更好地理解动脉瘤的解剖，给予术者立体全方位的感受。值得一提的是，当医师触碰到柔软的动脉瘤模型时，手指对模型施加的压力使血管模型发生形变和移位，这样的感受可使术者更深地理解在手术过程中，由于脑组织移位和手术操作所致的血管位置及形状改变；另外，若要观察位于动脉瘤后方的血管，在传统的电脑操作的3D影像学资料上，需要旋转整个大脑以改变视角，而在模型上只需要将动脉瘤稍微移开，便可观察位于其后方的血管，给予术者非常真实的手术情景体验[6 ]。借助动脉瘤模型，术者可以从各个角度近距离地研究复杂的脑血管解剖结构，进而增强术者的理解，特别是当医学影像资料的显示不甚清晰时。365医学网 转载请注明&&& 2.2教学模型：在神经外科领域，对动脉瘤手术操作的培训相对困难。年轻的神经外科医师很少有机会独立开颅进行动脉瘤手术，因为相对简单或未破裂的动脉瘤手术大部分通过血管内介入治疗完成，需要手术夹闭的动脉瘤大多较复杂，需要较高的手术技能心。而3D打印动脉瘤模型较好地解决了这一难题，借助该模型，年轻的神经外科医师可以在一个安全可控的操作环境，全方位观摩复杂颅内动脉瘤的解剖模型，进行术中模拟操作及手术风险评估，增加年轻医师实际操作的实践和机会，可使他们在短时间内获取复杂的手术技能，并可以此建立客观的手术技能培训和考核系统，使动脉瘤手术技术的培训规范化和流程化[ 7]。365医学网 转载请注明&&& 2.3 神经介入手术中的应用& 有3D打印技术辅助下进行神经介入的报告。尽管血管内治疗颅内动脉瘤对患者来说非常微创，但是对手术医师而言，术前需要考虑和关注的因素很多，如动脉瘤的位置，瘤颈的长度、大小、角度，瘤腔的大小、有无狭窄，是否累及远端动脉，支架远端到达的位置，是否保留载瘤动脉等，这些因素都决定了手术的成功与否。复杂的颅内动脉瘤，更需要术前精确测量计算支架的大小、形态、长度，设计手术的入路及锚定点，以及考虑术中如何准确释放。目前临床一般采用术前CTA检查及术中造影的方法，来选择支架释放位置及以及决定手术的方式。但是CTA及造影提供的为2D的平面图像，常常存在计算误差较大、术中情况考虑不足的情况。3D打印在颅内动脉瘤的血管内治疗方面具有以下优势：(1)与CTA比较，诊断更加直观，测量更加精准；(2)便于术者设计手术方案；(3)便于术者选择、订制手术器材；(4)便于与患者及其家属沟通病情，方便告知患者及家属手术的必要性、手术发生并发症的可能性；(5)有利于规避手术风险及制定风险预案；(6)对于复杂的分支支架设计与弹簧圈填塞更有意义。365医学网 转载请注明&&& Namba K应用3D打印来指导颅内动脉瘤的术前微导管预塑形指导介入治疗10例，结果显示与实际血管和动脉瘤解剖相匹配，70％病例无需微导丝的辅助而直接将微导管准确送入动脉瘤腔内，所有的微导管均精确与动脉瘤长轴相匹配，同时通过3D打印来进行预塑形的微导管可表现出极高的稳定。相关研究表明当使用3D打印技术时，颅内动脉瘤患者的特异性和最佳微导管形状可以在术前确定，保证了微导管的稳定性，以及治疗的最佳效果[8 ]。365医学网 转载请注明&&& 2.4& 3D生物打印在颅内动脉瘤的应用& 3D打印个性化的永久植入物，3D打印个性化的细胞与组织在颅内动脉瘤的应用也存在一定的空间，如个性化的血管支架对动脉瘤进行个体化的修复。同样可以3D打印出可塑性可降解的血管支架，这样就能起到很好的支撑作用，又具有极佳的生物相容性，可以提高颅内动脉瘤腔内治疗的长期有效性，如Ovsianikov[ 9]等运用喷墨激光3D打印技术，打印出适合细胞生存的3D水凝胶支架，这种支架的细胞毒性非常小，支架本身呈蜂窝状，可以为细胞的植入提供支撑。事实上，可吸收的冠脉支架已经在国外开始用于人体，而脑血管可吸收支架亦开始在欧盟和美国进行临床试验[ 10]。365医学网 转载请注明三、3D打印技术在颅内动脉瘤治疗中的缺陷365医学网 转载请注明&&& 3D打印技术在颅内动脉瘤治疗的应用仍有一些不足。主要存在以下方面：365医学网 转载请注明&&& 1.血管内部情况尚未明确：尚不能真实了解血管壁的钙化及斑块、动脉瘤内栓子的情况，以及血流动力学的变化。动脉瘤的成功夹闭不仅需要明确动脉瘤的形状大小，也需要了解其厚度、硬度和血管壁的其他特性，通过展示血管壁的钙化情况、动脉瘤内部的栓子等可以使得术前模拟训练更加真实。365医学网 转载请注明&&& 2.时间及经济成本高：制造模型的时间相对较长，花费较高。往往动脉瘤破裂发病较急，需立刻进行手术，而3D打印技术耗时较长则限制了该技术在动脉瘤破裂急诊手术中的应用。365医学网 转载请注明&&& 3.缺乏病变周围组织相关信息：在实际手术过程中，为了预防术后脑缺血，需要保留动脉瘤附近的穿支动脉，但这种动脉的模型制作非常困难；一个原因是该类动脉过于细小，在技术上难以重建，目前的模型仍无法提供关于动脉瘤附近相关组织的信息，如桥静脉及大脑侧裂的方向。因此通过使用与大脑实质材质相似的材料制作大脑模型，以便术前了解动脉瘤与各部脑组织的空间位置关系是将来需要解决的问题。365医学网 转载请注明&&& 4、图像失真问题：目前的技术和材质，虽然3D打印制造的动脉瘤模型非常精确，误差&1mm，但是在打印直径&2 mm的血管和非常扭曲的血管时，还有一定困难。3D打印脑血管模型的精确度受到目前图像分辨率及后期图像处理技术的影响。受图像分辨率的限制，直径较小的血管及沿水平方向走行的细小血管(如穿支动脉)难以重建。365医学网 转载请注明展望365医学网 转载请注明&&& 3D打印技术虽然技术先进，发展迅速，但是在医学领域中的应用也面临着巨大的挑战。首先，由于受多种因素的限制，打印设备的精度速度和效率还不够高，打印精度与速度之间存在严重冲突。而且打印生物材料多局限于化学聚合物，缺乏理想的打印材料，打印产品成本较高，还不能得到广泛的应用。在生物3D打印技术方面，不但需要相关的生物技术和设备来辅助，还需要多学科的合作。因此，3D打印技术，要想在医学领域中得到广泛而深入的应用，仍面临着巨大的挑战。在神经外科领域中，由于复杂的解剖结构和千变万化的疾病，给神经外科医生带来巨大挑战，而通过3D打印技术，可以打印出逼真的、精确的、可视化的病理模型，为神经外科医生在术前进行手术计划、手术演练和培训提供了便利。通过3D打印，还能快速的为颅骨缺损患者制造精确的颅骨模型，还可以根据动脉瘤患者提供良好的个体化支架。总之，3D打印技术在神经外科中的研究取得了迅速的发展，应用前景十分广泛。365医学网 转载请注明365医学网 转载请注明参考文献：365医学网 转载请注明& 1 李小丽,马剑雄,李萍等.3D打印技术及应用趋势[J].自动化仪表,):1-5.365医学网 转载请注明& 2 Klein GT, Lu Y, Wang MY. 3D printing and neurosurgery--ready for prime time? World Neurosurg. -4):233-235.365医学网 转载请注明& 3 李鉴轶,孔祥雪,王张林,彭鹏,陈光忠.CT与与3 D-DSA数据源在颅内动静脉畸形3D打印中的初步应用.中国脑血管病杂志,-81.365医学网 转载请注明& 4 Wurm G, Lehner M, Tomancok B, Kleiser R, Nussbaumer K.Cerebrovascular biomodeling for aneurysm surgery: simulation-based training by means of rapid prototyping technologies.Surg Innov. ):294-306.365医学网 转载请注明& 5 D&Urso PS, Thompson RG, Atkinson RL, Weidmann MJ, Redmond MJ, Hall BI, Jeavons SJ, Benson MD, Earwaker WJ.Cerebrovascular biomodelling: a technical note.Surg Neurol,):490-500.365医学网 转载请注明& 6 Mashiko T, Otani K, Kawano R, Konno T, Kaneko N, Ito Y, Watanabe E.Development of three-dimensional hollow elastic model for cerebral aneurysm clipping simulation enabling rapid and low cost& prototyping.World Neurosurg. ):351-361.365医学网 转载请注明& 7 Kimura T, Morita A, Nishimura K, Aiyama H, Itoh H, Fukaya S, Sora S, Ochiai C.Simulation of and training for cerebral aneurysm clipping with 3-dimensional models.Neurosurgery. ):719-25; discussion 725-6.365医学网 转载请注明& 8 Namba K, Higaki A, Kaneko N, Mashiko T, Nemoto S, Watanabe E.Microcatheter Shaping for Intracranial Aneurysm Coiling Using the 3-Dimensional Printing Rapid Prototyping Technology: Preliminary Result in the First 10 Consecutive Cases.World Neurosurg. ):178-86.365医学网 转载请注明& 9 Ovsianikov A1, Gruene M, Pflaum M, Koch L, Maiorana F, Wilhelmi M, Haverich A, Chichkov B.Laser printing of cells into 3D scaffolds.Biofabrication. ):014104.& 365医学网 转载请注明&10 &Miao S, Zhu W, Castro NJ, Nowicki M, Zhou X, Cui H, Fisher JP, Zhang LG.4D printing smart biomedical scaffolds with novel soybean oil epoxidized acrylate.Sci Rep. 26.365医学网 转载请注明
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作者简介单位：北京天坛普华医院简介：卢旺盛，男，副教授，副主任医师，生于湖北省荆州洪湖市，医学博士。先后就读于第三军医大学、第二军医大学
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