人工智能和3D打印如何幫助患者？(2)
筷子從鼻插進腦數字醫學救幼童
姜彥——青大附院耳鼻咽喉頭頸外科主任
2月19日晚，萊西一兩歲男童在吃飯玩鬧時不慎摔倒，手中的兩根筷子插入鼻腔，一根從鼻腔刺入眼窩，另一個刺入顱內，被送往青大附院。青大附院耳鼻喉科主任姜彥連夜接診，發現右側的筷子頂端靠近顱腦的前額葉和血管，左側筷子離眼球有兩到三毫米的距離，微創取筷子一旦刺破血管將萬分兇險。
此時，三維重建影像和3D打印派上了用場，醫院最新引進了半島地區第一臺電磁導航先進設備，剛剛投入使用，與顱腦三維重建技術相配合，在手術中可以精準定位筷子的位置，為這次醫生能順利完成手術立了大功。首先利用三維重建影像立體顯示筷子插入大腦中的位置，小到一根血管與筷子位置的分布都清清楚楚，隨后使用3D打印技術打印的患者頭部模式，讓醫生更加清晰地觀察手術部位，并按照顯示導航，順利取出了兩根筷子。隨后醫生清除了碎骨片，使用人工組織和鼻腔粘膜瓣給患者修補了顱底缺損的骨質，孩子最終脫離危險。
在姜彥看來，數字三維重建給顱底外科帶來重大突破，可以幫助初學者克服二維瓶頸、構建三維立體空間構像；醫生術前分層次模擬，多角度觀察，便于手術方案設計和與患者交流；縮短內鏡下顱底手術訓練曲線；3D打印技術還將實現顱底重建。
沒了肋骨，3D打印能重建
矯文捷——青島大學附屬醫院胸外科主任博士生導師
“3D打印技術將傳統醫療帶入了個性化、精準化、微創化、快速化的時代。”矯文捷說。
2016年4月，唐都醫院胸外科成功開展首例3D打印鈦合金肋骨假體植入胸壁重建術。患者入院后檢查確診為右肺上葉鱗癌侵犯局部胸壁，傳統手術方法要切除肺腫瘤組織、被侵犯的肋骨等，術后胸壁缺損過大會造成胸廓塌陷、反常呼吸等并發癥。如何量身定做肋骨假體并重建胸壁是亟需解決的問題。后來，醫院使用3D打印鈦合金肋骨假體進行了胸壁重建。術前首先根據患者三維CT重建數據及腫瘤的位置，確定手術切除的范圍，并且以樹脂材料打印出胸廓模型及肋骨假體，進行了手術模擬，確認可行后打印出鈦合金肋骨假體，在詳細制定了精確、有針對性的手術方案后，2016年4月成功進行了手術，由于術前已進行了3D打印樹脂模型的手術模擬，手術方案量身定制，手術過程中出血量僅50毫升。
目前，青大附院胸外科3D打印實踐也收獲頗豐，在胸腔鏡右肺上葉雙袖式切除術、達芬奇機器人右肺上葉袖式切除術、達芬奇機器人左全肺切除及隆凸成型術中都已應用。自2015年1月，矯文捷團隊完成國內首例經典式機器人單袖式肺葉切除手術，至今在氣管支氣管重建領域積累了較為豐富的經驗，2016年3月再次成功完成一例高難度的達芬奇機器人雙袖式肺癌根治術。手術團隊給予機器人左肺上葉支氣管肺動脈雙袖式切除術，在最大限度根治腫瘤的同時，成功保全左肺下葉，術后第六天患者順利康復出院。據悉，這是繼上海市胸科醫院之后的全國／世界第二例機器人雙袖式肺癌根治術。
脊柱手術，刀尖上跳舞
馬學曉——青島大學附屬醫院脊柱外科主任山東省創傷骨科研究所所長
脊柱牽連著骨髓，手術稍有偏差，就可能導致患者出現偏癱等重大危險。因此，每一次脊柱外科手術，醫生都要反復研究和模擬手術過程，CAS計算機輔助系統和3D打印的應用，為脊柱外科手術提供有力的武器。馬學曉曾應用該技術為一位脊柱骨折患者成功進行手術。該患者車禍傷后胸背部疼痛5天，查體時脊柱前屈后伸活動受限，受損嚴重。手術稍有不慎就可能導致高位截癱，因此對手術精準度要求非常高，很多醫院不建議手術，但馬學曉不能容忍一個畸形的脊柱留在患者的體內。為了360度全方位觀察脊柱受損情況，醫生建立了患者的3D打印模型，“手術時將模型往旁邊一擺，我們心里就更清楚了。”馬學曉說，參考打印的脊柱模型，最后手術十分成功。
22歲的患者脊柱錐體及錐旁發現巨大腫物，急需完成胸腰椎巨大腫瘤切除，而傳統二維圖像影像學資料可提供的信息非常有限。為了全方位立體觀察腫瘤與錐體之間的關系，進行手術規劃，醫護人員利用CAS計算機輔助手術系統對患者脊柱進行了三維重建和術前手術模擬，醫生得以準確把握患者病況，順利完成手術。馬學曉說，脊柱解剖結構更為復雜、個體差異大且毗鄰重要組織、器官，關系錯綜復雜。手術操作精準化、個體化要求程度高，因此3D打印和計算機輔助手術系統對推動脊柱外科新技術的發展意義重大。在展望技術發展進步時，馬學曉認為3D模型打印將推動骨科手術機器人的應用，進一步提高手術精度。另外，導板打印、體內植入物打印、可吸收材料打印等打印新技術的應用也越來越廣泛。
下巴不好看？數字醫療幫你變美
袁榮濤——青島大學附屬醫院口腔頜面外科副主任
一名下頜骨發育不完全的女青年，嘴部看起來像“鳥嘴”，非常苦惱。青大附院使用數字醫療技術和3D打印技術，為患者實施口腔頜面手術，讓患者變漂亮了。袁榮濤說，這就是數字醫學帶來的變革。數字三維重建聯合3D打印能全方位、直觀、精確地顯示頜面骨的三維解剖結構以及與病灶的空間關系，清晰顯示下牙槽神經、上頜竇底等重要解剖結構，因此在口腔頜面外科中的應用十分廣泛。以目前較為廣泛的種植牙技術應用為例，數字三維重建可清晰顯示患者的下牙槽神經，這樣可以有效避免手術過程中種植體破壞該神經導致的下唇麻痹，能做到精準手術。另外，3D技術還可應用于下頜骨鈦板打印、上頜骨鈦網打印、種植體打印。
數字三維重建聯合3D打印在手術實踐中也有諸多應用。另一名女患者左側下頜骨成釉細胞瘤在該技術指導下成功被切除。手術過程中，病人發病部位部分被切除，需要將自體腓骨移植到下頜缺損部位。借助打印的下頜骨模型，醫生成功進行了雙層腓骨修復下頜骨缺損手術。袁榮濤說，數字三維重建聯合3D打印在口腔頜面外科中的應用將愈加廣泛。如修復科可用于義齒打印，正畸科可用于個性化托槽及無托槽隱形矯治技術。“以后還有4D打印、5D打印。”他介紹，4D打印比3D打印多了一個時間緯度，通過軟件設定模型和時間，變形材料在設定的時間內變形為所需的形狀。最關鍵是記憶合金，5D打印則是將產生生物的材料作為打印材料，比如基因打印，可以長出人體的器官，不但會變形，還會變功能。
微血管超微結構預測疾病
于綦悅——青島大學數字醫學與計算機輔助手術研究院博士
痛風、高血壓、糖尿病、外周血管病變…社會老齡化帶來各類疾病的急劇增加，致病因素導致微血管超微結構發生病變。那么，能否研發一種測量微血管三維超微結構的設備來進行疾病早期預測？
青島大學數字醫學與計算機輔助手術研究院博士于綦悅介紹了目前微血管三維超微結構測量系統的研發情況。他們致力于研發無創動態微血管三維超微結構測量設備，研究微血管超微結構與疾病的關系，并建立人類微血管超微結構與疾病的大數據庫。通過無創便捷地預測疾病、治療監測、臨床評估等，促進數字醫療產業的發展。微血管三維超微結構測量設備未來將廣泛應用于疾病早期預測、病情嚴重程度分析、診療過程檢測、醫學美容領域等。
3D打印精度可達0．05毫米
夏楠——青島大學數字醫學與計算機輔助手術研究院博士
醫學三維重建及3D打印優勢有三個。第一是更為直觀，與傳統二維醫學影像相比，三維圖像可以更直觀地展示各組織器官、血管與病變組織之間的空間位置關系，讓醫生和患者對病情一目了然。第二是更精準，醫生可以根據患者的三維圖像或者三維打印模型，設計個性化的手術方案、手術導板或者設計特定的手術器具、植入體等。第三是更高效，利用3D打印模型進行術前準備以及手術導板制作可以節省手術時長，降低手術風險。
海信CAS醫學影像三維重建軟件可進行肝臟、腎臟等組織器官，以及周邊動、靜脈血管三維重建，腫瘤、異物等病變區域與正常組織分離重建，骨折、骨缺損等骨骼三維重建，也可結合Maya、Autodesk等三維建模軟件設計導板、支架等個性化手術輔助器械。
目前3D打印技術有兩種成型技術，一個是熔融沉積成型（FDM）3D打印技術，成型實物強度更高，可以彩色成型，材料成本較低。另一種是立體光刻造型技術，該技術精度更高，可以表現準確的表面和平滑的效果，精度可以達到每層厚度0．05毫米到0．15毫米。目前，青島大學附屬醫院臨床3D打印中心配備的打印機最高達2．7米，可以打印大型人體器官，用于手術輔助治療。而最精細的打印機則可以將打印精度精確到血管。
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未來，3D打印將為供應鏈帶
選區激光熔化SLM過程中打
3D打印熱潮已過，下步將如
干貨：3D打印在一汽大眾汽
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