深度：3D打印在肝癌治療中的應(yīng)用

來源：MESEA 3D打印

由于3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，人類目前已經(jīng)具備制造可復(fù)制和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的3D打印生物醫(yī)學(xué)模型的能力。這些模型能夠精確地重現(xiàn)人體解剖區(qū)域并模擬人體組織，因此被臨床醫(yī)生用來優(yōu)化手術(shù)方案，比如進(jìn)行更精確的劑量測(cè)量，從而將經(jīng)常侵入性手術(shù)對(duì)患者長(zhǎng)期康復(fù)的影響降到最低。一些3D打印生物模型解決方案商已經(jīng)與英國(guó)國(guó)家健康中心合作，進(jìn)行商業(yè)運(yùn)作。

最近，在一個(gè)叫3D LifePrints的項(xiàng)目中，我們?yōu)橐幻�即將接受放療的肝癌患者開發(fā)并制造了一款個(gè)性化3D打印肝臟。治療肝癌的方法有多種，包括切除、栓塞、靶向治療、免疫治療、化療和放療，其中放療是最有效的方法之一，但也有其自身的風(fēng)險(xiǎn)和復(fù)雜性。準(zhǔn)確的放射治療劑量測(cè)量是有效治療的關(guān)鍵。

圖1:導(dǎo)入Simpleware軟件的肝臟MRI掃描圖

常規(guī)的介入前評(píng)估和計(jì)劃依賴于臨床醫(yī)生尋找各種患者圖像數(shù)據(jù)掃描，隨后使用x射線為評(píng)定區(qū)提供目標(biāo)輻射劑量。目前，除了在2D屏幕上顯示CT/MRI掃描圖像之外，幾乎沒有其他提前做手術(shù)計(jì)劃的方法。3D打印模型使外科醫(yī)生能夠更好地了解患者的身體結(jié)構(gòu)，通過測(cè)量放射計(jì)量的使用和已知的腔體體積，可以精確估計(jì)肝臟周圍的暴露情況。

從3D醫(yī)學(xué)分割到3D打印

圖2:3D打印的聚合物材質(zhì)肝臟模型

在本例中，將MRI掃描的患者圖像數(shù)據(jù)導(dǎo)入醫(yī)療建模軟件，分割目標(biāo)區(qū)域。在對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理之后，該軟件便生成了一個(gè)肝臟模型，該模型具有較高的精度，可以使用聚合物噴射 3D打印機(jī)進(jìn)行3D打印。將疊加后的DICOM圖像數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入專用醫(yī)學(xué)分割軟件中，并在軸向和平面方向進(jìn)行適當(dāng)對(duì)齊，使用集成的閾值轉(zhuǎn)換工具，可以生成一個(gè)3D渲染圖和并實(shí)現(xiàn)可視化。進(jìn)一步的細(xì)化可以通過“paint with threshold”和自動(dòng)全局蒙版優(yōu)化工具進(jìn)行。將分割過程生成的三維網(wǎng)格模型導(dǎo)出到3D打印機(jī)切片軟件中進(jìn)行預(yù)打印處理。三維模型包含三個(gè)適合保存放射性同位素樣品的腔體，腔體大小不同(4mm、11m和40mm直徑)，可以模擬不同大小的腫瘤。

圖3:MRI掃描儀中3D打印的肝臟模型

總結(jié)
英國(guó)每年有6000多例肝癌新發(fā)病例，5年相對(duì)生存率約為31%。肝細(xì)胞對(duì)輻射非常敏感。需要高度有針對(duì)性和有計(jì)劃的干預(yù)措施，以限制對(duì)患者肝臟的長(zhǎng)期不良副作用，同時(shí)最大限度地發(fā)揮手術(shù)的影響。3D醫(yī)學(xué)建模和3D打印可用于制造特定于患者的3D肝臟模型，在這種情況下，識(shí)別肝和腫瘤之間的邊界顯得尤為重要。3D模型可以幫助臨床醫(yī)生在確定治療方案之前了解腫瘤的情況，從而降低對(duì)周圍組織的輻射暴露風(fēng)險(xiǎn)，并減少對(duì)腎臟的損害。