三维打印技术在人体解剖学教学中的应用与研究

王星 史君 张少杰 高尚 李筱贺 侯二飞 李志军

摘 要：三维打印技术（又称3D打印技术），即快速成型技术，是以数字模型文件为基础，应用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层堆积打印的方式来构造物体的一种技术，其发展势头迅猛，已应用于如航天航空、建造、汽车、地理等诸多领域，就医学领域而言，目前多集中于临床手术方面的应用，基础医学教学则相对较少，人体解剖学作为医学的一门重要基础课程，如何将三维打印技术融入到解剖学教学中是值得关注的问题，该文正是基于这一特点进行相关探索与研究。

关键词：三维打印技术 人体解剖学 教学与应用

中图分类号：G6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）02（c）-0128-02

三维打印技术（又称3D打印技术），即快速成型技术，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可黏合材料，通过逐层堆积打印的方式来构造物体的一种新型技术[1]。其被业内称之为“第三次工业革命”，并迅速应用于各个领域。作为医学领域，其也涵盖诸多学科，三维打印技术已应用于其中部分学科[2]，人体解剖学作为一门基础学科，具有一定的特殊性，如何将三维打印与解剖学教学有机结合起来是目前和今后所面临的一个新任务。

1 三维打印技术在医学领域中的应用

三维打印技术已进入快速发展时期，技术越来越趋于成熟，精度越来越高，并已应用到诸多领域，如工业、航空、制造、建筑、考古等领域均有其身影[3-5]。在医学领域当中，三维打印技术已直接应用于临床为患者服务，如在脊柱外科领域中，对畸形矫正、假体设计、导航模版制作、骨移植物、手术器械和外科实训等方面，并真正做到了“个体化”原则；在整形外科中，国外学者利用其对下颌骨骨组织缺损进行修复，做到精确性高、手术时间短、口腔功能恢复良好及患者对术后外观满意度高等优点[6]，并广泛应用于临床已成为一种标准化治疗手段[7-8]；在肿瘤、血管外科及器官移植方面中，国外学者[9]利用高通量的自动化细胞打印系统以癌细胞和正常成纤维细胞为原料在Matrigel胶上打印出二者的3D共培养模型，在打印过程中它们保持细胞活性，并在接下来的过程中继续增殖。Boland 等[10]应用3D打印技术将牛血管内皮细胞和藻酸盐水凝胶同步打印，形成内皮细胞-水凝胶三维复合物，成功打印出具有活性的微脉管结构，为打印血管奠定了基础。Mironov等[11]就提出了3D打印器官用于器官移植，他们通过干细胞在体外培养出自体细胞，播种于可降解的生物支架上从而生成相应的器官，目前3D打印技术的应用主要局限于制造结构相对简单、无需复杂供血的组织器官，如人造内耳、皮肤等[12]。随着三维打印技术的不断发展和完善，其在医学领域中的应用也会越来越重要，能不断地为人类所服务。

2 人体解剖学教学所面临的困境

人体解剖学教学之所以不同于其他学科，就是因为其教学手段旺旺依靠大量的骨骼标本和尸体标本，只有让学生切实感受到其真实的结构，才能起到良好的教学目的，但随着社会的发展，殡葬业的规范和普及，传统的土葬已越来越少，那么相应的尸骨标本的来源也就显得非常困难，现有的骨性标本结构多是建校初期所得来的，经过多年的实用已经出现不可避免的损坏，尸体来源也面临同样的困境，遗体捐献工作并没有全面普及，尸体标本数量的多少直接影响着医学院校的发展。虽然，现在有许多辅助教学标本模型，但其在真实度、器官结构还与真实标本有很大差距，不能完全满足现有教学。因此，解剖学教学在标本模型方面面临亟待突破的方法。

3 三维打印技术在人体解剖学教学中的可行性探索

三维打印技术也在医学领域中应用的比较广泛了，在解剖教学方面，目前受到标本数量、解剖名词繁杂、缺乏立体教学等诸多因素的制约，往往只能依靠传统的教学模式，即板书、教材、挂图、少量标本和模型相结合的模式，二维性不能全面完整展示人体器官、位置和结构，无立体感，以至学生们常感觉这门课程抽象难以理解[13]；另一方面使用塑胶模型也难以获得1∶1和真实感，再有尸体来源也将越来越困难，同时尸体作为教学涉及众多伦理及防腐剂影响健康等问题。所以，三维打印打印在这方面有很大的发展空间，国外学者报道[14]已经有医学院校将三维打印技术引入并投入使用。目前国内还未见报道，因为三维打印机目前多用于科研和部分临床应用，一方面其设备较昂贵；另一方面打印耗材成本也较高，但随着三维打印机的发展与普及，打印耗材成本的下降，必将对医学领域产生较大的影响，对于人体解剖学教学将起到重要的辅助作用。

参考文献

[1] 常丰田，黄矗，黄波.3D打印技术对机械工程的影响[J].中国信息化，2013（14）：33.

[2] 张冠石，翟为.三维打印技术及其在医疗领域的应用[J].中国医疗设备，2014，29（01）：66-69.

[3] 王雪莹.3D打印技术及其产业发展的前景预见[J].中国高新技术企业，2012（12）：3-5.

[4] 黄健，姜山.3D打印技术将掀起“第三次工业革命”[J].新材料产业，2013（1）：62-67.

[5] Simranpreet Singh Gill，Munish Kaplas.Efficacy of powderbased three-dimensional printing （3DP） technologies for rapid casting of light alloys[J].The International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2011，52（1）：53-64.

[6] Liu YF， Xu LW， Zhu HY， et al.Technical procedures for template-guided surgery for mandibular reconstruction based on digital design and manufacturing[J].Biomed Eng Online，2014（13）：63.

[7] Sharaf B，Levine JP，Hirsch DL，et al.Importance of computer-aided design and manufacturing technology in the multidisciplinary approach to head and neck reconstruction[J].J Craniofac Surg，2010，21（4）：1277-1280.

[8] Hirsch DL，Garfein ES， Christensen AM，et al. Use of computer-aided design and computer-aided manufacturing to produce orthognathically ideal surgical outcomes：a paradigm shift in head and neck reconstruction[J].J Oral Maxillofac Surg，2009，67（10）：2115-2122.

[9] Xu F，Celli J，Rizvi I，et al.A three-dimensional in vitro ovarian cancer coculture model using a high-throughput cell patterning platform[J].Biotechnol J，2011，6（2）：204-212.

[10] Boland T，Xu T，Damon B，et al.Application of inkjet printing to tissue engineering [J].Biotechnol J，2006，1（9）：910-917.

[11] Mironov V，Boland T， Trusk T，et al. Organ printing：computer-aided jet-based 3D tissue engineering[J].Trends Biotechnol，2003，21（4）：157-161.

[12] Lee V，Singh G，Trasatti JP，et al.Design and fabrication of human skin by three-dimensional bioprinting[J].Tissue Eng Part C Methods，2014，20（6）：473-484.

[13] 王星，史君，张少杰，等.3D多媒体技术在解剖学教学中应用探讨[J].科技创新导报，2014（1）：163，165.

[14] McMenamin PG1，Quayle MR，McHenry CR，et al. The production of anatomical teaching resources using three-dimensional （3D）printing technology[J].Anat Sci Educ， 2014，7（6）：479-486.