3D打印技术在妇科恶性肿瘤诊治中的应用研

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基金项目:广西科学研究与技术开发计划课题(桂科攻)作者单位:南宁,广西医院妇瘤科暨区域性高发肿瘤早期防治研究教育部重点室验室通信作者:李力,Email:lili

gxmu.edu.cn摘要:近年来,3D打印技术越来越多的被应用于医学领域。这种新型的快速成型技术能够通过扫描获取物体平面数据,经软件加工重建三维模型,再使用3D打印机精准快速的制作出相应的不同比例的实物模型。目前3D打印技术在骨科、口腔外科等领域的应用较为广泛,并在用于术前制作组织器官模型、协助诊断疾病、进行患者教育、指导制定手术方案、制作植入假体等方面均发挥了其个性化、精准化的优势。但在妇科领域,应用3D打印技术进行疾病的诊治仍较为局限,主要在妇科恶性肿瘤如子宫颈癌、子宫内膜癌、阴道癌等行阴道近距离放射治疗中,使用3D打印技术定位放射治疗靶区、定制个性化粒子植入导板及施源器,其有操作简便、定位准确、剂量控制佳、并发症小、患者痛苦小等优势,现就3D打印技术在妇科恶性肿瘤诊治中的应用作一综述。关键词:3D打印技术;恶性肿瘤;妇科恶性肿瘤;宫颈癌;应用。3D打印技术是通过逐层累加材料,制成立体的3D实体模型的快速成型技术,目前正在推动许多领域如工程、制造、艺术、教育和医学的重大创新[1]。21世纪,随着医疗技术水平的提高,患者对医疗质量有更高的诉求以及信息化技术的快速发展,医疗领域产生了关于个体化治疗、精准治疗的共识。在对肿瘤患者进行诊治时,传统的医学辅助检查如磁共振成像、CT等,只能从二维平面反映患者的病灶特点,而3D打印模型能够直观地反映患者的病灶及其周围主要血管、组织的位置关系。因此,3D打印的相关技术在研究、临床和外科手术中有着巨大的发展前景,特别是在制定复杂的肿瘤切除手术的手术方案时,可以对手术部位的详细解剖进行直观的观察,模拟手术流程,有效的提高了手术的精确度,降低了手术的风险[2]。目前3D打印技术以其独有的优势在医学领域得到应用,主要在骨科[3]、神经外科[4]、口腔颌面外科[5]术前诊断、手术规划、手术模拟、患者宣教、临床教学等各个阶段。但在妇科领域,3D打印技术主要应用在妇科恶性肿瘤近距离放射治疗,且应用较少。本文旨在对3D打印技术在妇科恶性肿瘤诊治中的应用及进展作一综述。一、3D打印技术的概述3D打印技术是一种快速成型技术,也可称为“增值制造”。运用该技术进行制造的主要流程是:首先进行物体三维数据收集(三维数据可以通过使用三维扫描仪、三维扫描仪+逆向设计或CAD建模等获取),然后将模型数据转化为3D打印机能解析代码文件,再导入专业的3D打印机进行打印。通常以粉末状金属、塑料、树脂等可黏合材料为原料,在设定好的成型区域内先喷涂一层黏合剂,再喷涂一层成型材料,二者黏合后迅速凝固成一个薄层,这样反复交替、层层叠加,最终把计算机设计好的模型“打印”成实物,最后经过后续的处理如固化、修整、上色等即成为一件完整3D打印产品[6]。这种制造技术可以实现传统的机器难以或无法加工的复杂结构的制造。根据3D打印所用材料的状态及成形方法,3D打印技术可以分为熔融沉积成形、光固化立体成形、分层实体制造、电子束选区熔化、激光选区熔化、金属激光熔融积、电子束熔丝沉积成形等[7]。目前在工程、制造等领域得到了广泛应用,但是,由于打印机器精度的限制,比较难打印出高分辨率的模型,一些复杂精细结构的打印需要的时间也很长,并且3D打印材料的单一性、材质本身特性等因素制约了其在医学领域上的应用与发展,许多3D打印材料的生物特性、功能性、相容性以及可降解性有待进一步研究,能够满足临床应用要求的打印材料不够丰富且成本较高,这些问题都需要得到解决[8]。二、3D打印技术在恶性肿瘤诊治的应用价值13D打印技术在恶性肿瘤手术中的应用价值外科手术是治疗恶性肿瘤患者的一个重要治疗手段,但手术切除肿瘤病灶是一个复杂的过程,需要明确术前诊断、制定手术计划、完善术前准备等一系列步骤。外科医生在进行每一台手术之前都要向患者或其家属解释手术的过程、即将获益和手术可能存在的风险及并发症后才能签署相关的手术知情同意书[9]。以往我们都是通过MRI、CT、B超、血液生化检验等技术来收集患者身体的各项数据,然后对患者病情进行评估、制订诊疗方案,但是由于医学专业的特殊性、患者文化程度的差异性、医患信息的不对称性,医生与患者或其家属进行病情沟通的时候,往往需要花费许多的时间去解释相关的知识及解剖关系,但是现在通过医学数字成像和通信(DICOM)收集数据,使用3D打印机打印与患者内部解剖结构相一致的实体模型,可以有效降低沟通的难度[10]。DayeongHong等人[11]根据甲状刷材料、颜色及纹理标识了动脉、静脉、神经和其他周围器官的复杂解剖结构,通过使用这个模型进行临床沟通时,患者表示他们对自己病情的了解程度得到了明显提高,临床医师也表示,3D模型有利于向患者解释复杂的甲状腺肿瘤切除手术,并且3D模型有助于对医学知识相对较差弱的患者进行宣教。泌尿外科医师葛宏伟等人[12]利用3D打印的肾脏模型与患者或家属沟通病情,使其了解肿瘤的性质、位置、特点以及手术方式、手术可能出现的并发症等并在谈话结束后进行满意度问卷调查,结果显示患者和家属对使用3D打印模型进行病情沟通时,对病情、手术方案的理解程度明显提高,且患者对于这种术前沟通方式均有较高的满意度。在术中测量的实际肿瘤最大径与3D模型的肿瘤最大径误差为0.2~0.6cm。术者认为模型能精确的显示肿瘤大小和周围组织、血管的情况,有利于提前规划手术范围、避免损伤重要血管、预知可能出现的手术难点。3D打印技术可以应用于肿瘤患者诊断、治疗计划、手术规划,特别是一些在CT、MRI等影像技术形成的2D图像或虚拟3D图像不能完全表现的复杂疑难病例具有重要价值。颈椎原发恶性骨肿瘤是较罕见的疾病,但其有较高的死亡率,外科手术是主要的治疗手段。但是因为颈椎周围有双侧椎动脉及颈神经根,这独特的解剖结构使得在对颈椎恶性肿瘤进行手术切除的不良预后及并发症发生率较高,确保手术成功的关键是有一个精细的术前准备及术前规划,而基于患者的影像数据3D打印能够制作出逼真的模型,它们真实地再现了颈椎和肿瘤的解剖结构关系,医生能够更好地了解肿瘤相对于邻近组织的大小和位置,这为制定手术计划和肿瘤切除后颈椎重建提供了可靠的参考信息[13][14]。陈雍君等人[15]应用3D打印技术辅助10名上颈椎哑铃型肿瘤患者进行精准手术治疗,制作出的仿真模型直观显示出肿瘤、颈脊髓、椎动脉与上颈椎的空间结构关系,通过模型在术前确定了肿瘤分型及手术入路,最后手术均成功切除肿瘤并重建颈椎的稳定性,且由于在术前、术中有仿真模型辅助,良好的规划避免以往传统手术的相对盲目性,3D打印组的手术时间、术中出血量、平均住院时间、术后并发症发生率明显少于不使用3D打印技术辅助手术的颈椎肿瘤患者,术后1年JOA评5分改善率明显增高,提高了手术效率和安全性,达到精准医疗和个性化治疗的目的。在肝肿瘤手术中应用3D打印的模型辅助超声检查看不见的小肿瘤进行部分肝切除也是有用的[16]。可以辅助设计手术入路、术中导航及确定手术范围。IgamiTsuyoshi等人[17]在结直肠癌多发肝转移的患者使用了肝脏的3D打印模型辅助进行手术,他们在术前都接受了化疗,术前、术中超声都已经看不到小肿瘤,手术医师根据患者3D打印的肝脏模型确定了切除线,术后组织学检查显示手术切缘阴性。传统的肝切除手术可能会切除过多的正常肝脏组织,发生术后肝功能失代偿。王峻峰等人[18]采用3D打印肝脏肿瘤模型引导下行肝部分切除术,术后1~6个月随访肝功能正常。3D打印的模型有助医生提供一个模拟练习的平台,让他们能更好的理解病灶部位周围的解剖关系,有助于提高医生的手术操作能力[19]。23D打印技术在肿瘤放射治疗的应用价值放射治疗是利用放射线治疗局部肿瘤的方法,放射治疗分传统的外照射和组织间照射。传统的外照射因放射野大、正常组织耐受量低,附近正常组织容易受到不可逆转的放疗副损伤,疗效也常受到一定的限制,规定合适的放射治疗剂量及适当的照射靶区是非常重要的环节。近距离照射有靶区可以接受高剂量放射治疗、减少周围组织不必要的损伤及医护人员受辐射小等优点受到越来越多的


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