孫誠，于長路（通信作者），賈科峰，王森，宋德釗

天津市第三中心醫(yī)院放射科 （天津 300170）

3D打印技術（three dimensional printing）也被稱作疊加制造工藝（additive manufacturing），是一種使用三維模型數(shù)據(jù)（stereolithography, STL files）通過逐層打印的方式制造3D模型的技術。3D打印技術可大規(guī)模定制、減少浪費，并且其設計不受拘束，具有制造復雜結構及快速成型的能力[1]。從20世紀80年代末該項技術誕生開始，短短數(shù)十年間3D打印技術在各個領域均取得了飛速的發(fā)展。特別是在生物科學領域，3D打印技術可以準確地制作出生物組織和器官的高保真實體模型[2]。目前，3D打印主要應用在骨科、整形外科及口腔科中[3-5]。但是，由于尚存在制作時間較長、造價過高及分辨力較差等諸多不足[4，6]，3D打印在一些相對復雜且具有精細解剖結構的系統(tǒng)中的應用尚處于起步和探索階段。現(xiàn)對3D打印在肝臟及肝臟疾病方面的應用進行綜述。

1 3D打印在制作肝臟模型中的應用

我們搜索國內外數(shù)據(jù)庫并從中獲取資料，對既往研究中肝臟3D模型的用途、制作時間、花費及3D后處理軟件、打印機、打印材料進行對比，見表1。

由表1可知，3D打印肝臟模型，特別是按照原肝1:1大小打印，需要花費50～100 h，甚至更長時間。對于急診患者來說，打印時間過長是他們無法使用3D模型進行術前規(guī)劃的主要原因[2]。如能根據(jù)臨床需要，僅打印肝臟內部血管或是某一部分肝臟，則打印時間相對較短。

3D打印的材料目前已趨于成熟，在文獻[2]和文獻[7]中均提到材料費并非肝臟3D模型費用高昂的主要原因，而Perica和Sun[18]認為3D打印的費用很大程度上取決于打印材料和打印尺寸。此外，由于肝臟3D模型的應用相對較少，制作工藝復雜，要制作出令觀察者滿意的模型需要圖形處理和3D打印方面的專業(yè)人員參與，導致人工成本較高。Javan和Zeman[19]在打印模型之前請了專業(yè)圖形設計人員對3D圖形進行修正，僅這一過程就花費了500美元。而Yao等[20]認為除去材料，3D打印軟件和硬件花費最高，發(fā)展中國家的臨床醫(yī)師很難承受3D打印的費用。

2 3D打印在肝臟及肝臟疾病中的應用

2.1 3D打印在肝臟腫瘤切除術中的應用

肝癌是最常見的肝臟原發(fā)性腫瘤[6]，在成人中發(fā)病率為4.9/10萬?；加懈斡不幕颊吒伟┌l(fā)病率較高，這類患者的肝臟儲備功能較差，行外科肝段、肝葉切除術的難度較大。因此，外科手術前進行術前規(guī)劃、明確腫瘤和周圍血管結構的關系、估算殘肝體積對于術中控制出血量、術后避免出現(xiàn)肝功能衰竭等嚴重并發(fā)癥是至關重要的。Kuroda等[6]在為2例肝癌患者行肝切除術時，術中借助3D模型確定腫瘤和血管之間的關系，最終手術順利進行。Xiang等[12]報道了在為1例肝右葉巨塊型肝癌患者進行術前規(guī)劃時，使用肝臟3D打印模型觀察血管結構，發(fā)現(xiàn)該患者存在門靜脈變異，IV段門靜脈從門靜脈右前支發(fā)出，但該變異在術前CT血管造影（CT angiography，CTA）和MRI檢查中均未注意到。因此，手術方式由右半肝切除術變?yōu)檎売野敫吻谐g，保留了患者的門靜脈右前支和IV段的門靜脈分支。黃從云等[9]在為6例肝癌、3例肝血管瘤及3例肝內外膽管結石患者行肝臟切除術前，使用3D打印制作患者肝臟模型，隨后在模型指導下順利完成手術。王峻峰等[10]報道為1例肝癌患者打印3D肝臟模型，并在3D打印肝臟腫瘤及血管模型的引導下行肝臟中葉部分切除術，手術過程順利，手術時間180 min，術中出血300 ml，手術切除肝臟中葉腫瘤及周邊2 cm 肝臟組織，保留肝臟右前葉及右后葉的重要血管和膽管。

另據(jù)統(tǒng)計，結直腸癌5年內遠端轉移率約為16%[21]，由其引發(fā)的肝轉移癌占到了所有遠端轉移的30%[22]，結直腸癌肝轉移也是肝切除術的適應證。肝臟3D打印模型可以為肝轉移癌切除術提供術前規(guī)劃。Witowski等[2]報道了在1例經(jīng)腹腔鏡結直腸癌切除術后復發(fā)肝轉移癌的患者中使用3D肝臟模型進行術前規(guī)劃，并順利行腹腔鏡右半肝切除術，術中出血150 ml，手術時間270 min，術后患者恢復良好無并發(fā)癥，組織病理學評估轉移癌R0切除，即切緣未發(fā)現(xiàn)癌細胞。Oshiro等[7]報道了在1例乙狀結腸癌術后1年復發(fā)肝轉移癌的患者中使用3D打印制作了僅有肝臟外圍輪廓、血管和腫瘤的3D模型，并在術前使用該模型制定手術計劃、模擬手術過程，術中比較實際手術過程和原先在3D模型上制定的計劃，最終手術順利完成，患者術后恢復良好，切緣組織學檢測呈陰性。Igami等[8]報道了2例結直腸癌并發(fā)肝轉移癌行肝切除術的患者，因術前給予化療，肝轉移癌灶中之一變小導致超聲未見，術前使用3D模型進行手術規(guī)劃，術中參考3D模型進行肝切除，術后經(jīng)組織學證實切緣呈陰性，術前規(guī)劃取得成功。

表1 肝臟3D模型對比

2.2 3D打印在肝臟移植中的應用

由于肝源的稀缺增加了患者對活體肝移植（living donor livert ransplantation，LDLT）的需求[23]。LDLT手術中如何確保供肝者和受者的安全是至關重要的。術前使用3D打印確認血管和膽道解剖可以提供更好的手術規(guī)劃，避免為那些不適合行LDLT 的供肝者或受者行手術，從而減少并發(fā)癥的發(fā)生。Zein等[14]為6例行活體肝移植的患者（3位供肝者，3位受者）打印了肝臟3D模型，經(jīng)過術前，術中，術后對比證實，肝臟3D模型不論從解剖學還是幾何學形態(tài)上都十分接近真實肝臟，平均尺寸誤差小于4 mm，血管直徑誤差小于1.3 mm，可以應用于術前規(guī)劃和教育教學。Soejima等[15]報道了1例11個月大的患有膽道閉鎖行肝移植術的女嬰，因供體肝（女嬰父親的肝左外葉）與受體體重（女嬰自身體重）之比(graft-to-recipient weight ratio，GRWR)過大，術前使用3D模型進行模擬修剪供體肝。Baimakhanov等[23]為1例丙肝肝硬化合并肝癌患者行肝移植術，術前3D打印供體肝臟（右半肝），同時打印用于重建肝靜脈支流的患者門靜脈Y形移植物，這不但可以幫助手術醫(yī)師制定合適的手術方案，還可以讓年輕的醫(yī)師更好的理解移植術中復雜的吻合情況。

2.3 3D打印在醫(yī)學教育中的應用

Javan等[24]認為復雜的3D模型可以用于醫(yī)學教學中展示正常的解剖和病理結構。對于正在學習肝臟解剖的醫(yī)學生或是剛剛接觸手術的外科醫(yī)師，很難從解剖學圖譜上對肝臟的分段和肝臟脈管系統(tǒng)的走行理解透徹。Kong等[16]打印了肝臟3D模型作為肝臟分段解剖學教學的輔助工具。為了證實教學效果，研究者分別打印了不含肝實質（僅血管）、含透明肝實質及有肝臟分段隔板和肝臟血管的3個3D模型，并將它們和傳統(tǒng)解剖學圖譜進行對比。最后得出結論，含分段隔板和肝臟血管的肝臟3D模型是最適合作為講解肝臟分段的輔助工具。Watson[17]制作出患者個體化的3D肝靜脈、門靜脈模型，用來在給年輕醫(yī)師和醫(yī)學生講解手術技術。

2.4 其他應用

除了上述主要應用，我們在文獻查閱中發(fā)現(xiàn)了3D打印在肝臟和肝臟疾病中還有一些特殊應用。Dhir等[25]打印3D膽道模型模擬經(jīng)皮超聲膽道穿刺引流術。Takao等[26]制作出因各種原因（肝移植或其他外科操作）所致門靜脈狹窄的空腔模型，用于門靜脈狹窄血管內治療的術前模擬并評估模型的精度和準度。Javan和Zeman[19]制作出帶肝膿腫和腫瘤的肝臟模型，并且模擬了經(jīng)頸靜脈門體分流術（TIPS）和經(jīng)皮膽囊造瘺置管術等介入操作。

3 3D打印在肝臟系統(tǒng)中應用的展望

隨著3D打印技術的不斷成熟和完善，其在肝臟領域方面的應用蓬勃發(fā)展，傳統(tǒng)的醫(yī)學診療模式正逐漸向數(shù)字化方向靠近。但就目前而言，3D打印仍然是一項需要花費大量時間和金錢的技術。尤其是在肝臟系統(tǒng)中，肝臟的不規(guī)則輪廓、復雜的內部脈管構成和肝段肝裂等解剖結構均是影響打印時間、成本和精度的重要因素。因此，在所查閱的文獻中，肝臟3D模型還主要是用于外科肝臟切除術前、肝移植術前的手術規(guī)劃，而且只見于一些個案報道[12]。目前，缺乏隨機對照試驗來確定3D打印肝臟模型在解剖教學、模擬手術、改善患者滿意度及提高臨床療效方面的效果。此外，介入放射學也是適合肝臟3D模型應用的領域之一，然而目前尚沒有這方面的報道。雖然存在諸多缺點，但肝臟3D模型作為數(shù)字化精準醫(yī)療的代表，已經(jīng)逐步應用于各個臨床領域并取得了一些進展。我們相信，隨著技術及材料的進一步發(fā)展和成熟，3D打印肝臟模型勢必將在臨床應用上取得更大的突破。