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應用案例cases

提高臨床準備狀態-3D打印機應用案例

提高臨床，準備狀態

雖然已經出現大量有關使用 3D 打印進行術前規劃的報道，但與學生、住院醫生和執業醫生教育相關的調查工作、試驗與研究出版物鮮為人知。與此同時，當然培訓形態的局限性加劇了教育和培訓醫療保健專業人員掌握新技術和手術的挑戰。培訓組織常常很難為學生提供足夠數量的臨床相關實際培訓。

傳統培訓方法和局限性

傳統培訓工具包括生物塑化模型；虛擬現實模型；批量生產的商業模型；尸體解剖；虛擬現實模擬裝置和實際體內手術參與。下方列出了每種工具的局限性，而這些局限性正是使用 3D 打印的動機。3D 打印的靜態生物模型和實物模擬裝置可能是極其重要的工具，但其優勢必須更好地為人所知。下文為生物塑化模型。

? 生物塑化尸體模型

- 請參見下方的“人體尸體解剖”

- 結構和組織變形

- 費用

- 硬度，缺少觸覺真實感

- 通常缺少病理健康和安全擔憂（針對內

部生物塑化實驗室）

? 虛擬現實模型

- 缺少觸覺、感官反饋

- 認知、感知方面的要求高

- 解剖體變化小

? 批量生產的商業模型

- 基礎，不適用于高級手術

- 假設或模仿的解剖體

- 局限于幾個解剖變體

- 缺少病理

- 昂貴且只可使用一次

? 人體尸體解剖

- 樣本稀缺

- 變體有限（如嬰兒）

- 使用受限，如由于爭議或宗教信仰

- 費用

- 健康和安全擔憂

- 結構變形、收縮或以其他方式發生變化

- 通常缺少病理

? 虛擬現實模擬體

- 昂貴

- 無法攜帶

- 解剖體過于粗糙

- 不真實的觸覺反饋

實踐經驗（體內培訓）

? 可用性受限，原因如下：

- 物流

- 患者風險（并發癥）

- 工作時間限制

- 效率壓力（最大限度縮短手術時間）

? 罕見手術稀缺

? 分步培訓（每節課掌握一個步驟）

? 所需的課程數量（針對復雜手術）

如何才能改變這種情況？

需要替代性醫療培訓工具，作為目前使用的這些工具的輔助。開發新培訓資源的主要推動因素包括傳統培訓方法的局限性、手術的復雜性、新手術的出現、由于年齡和病理而造成的人體解剖體的變化。工作環境的變化進一步加劇了這些挑戰，而醫學知識的擴充導致工作環境更加復雜，迫使受訓者要在更短時間內學習更多知識。由于工作時間減少、經濟壓力和患者風險最小化等各種因素，在安全環境中培養和評估學生與住院醫生技能的機會變得稀少。另一個值得注意的挑戰是適用于罕見手術、疾病和病理的教育工具或樣本稀缺。雖然論文的重點在于醫科學生和住院醫生，但經驗豐富的執業醫生通常也需要替代的培訓工具。練習全新或高級手術時，可以使用這些工具 — 而非依賴于過往經驗，第一次在真實患者身上應用 — 以鞏固操作罕見手術的技能，或在患者特定的解剖體上練習。

所有已查閱的論文評估了使用 3D 打印解剖模型作為臨床教育和模擬替代培訓工具的可行性。基于模擬幾乎任何幾何形狀的能力，以及在某些情況下，基于不同的組織和解剖體特性，研究人員假設這些解剖模型將帶來新的臨床培訓形態。

3D 打印研究和試驗Stratasys 與獨立第三方合作，對引用 3D 打印使用的近期醫療文獻進行研究。然后篩選找到的科學論文，挑選出與教育和培訓相關的論文。這些論文提到，通過 3D 打印技術，可生產適用于兩種用途的解剖復制品。第一種是研究和可視化用途（靜態生物模型），另一種是模擬醫療手術用途（實物模擬體）。

該研究查閱了 31 份科學論文，這些論文提到，通過 3D 打印制作的解剖模型被用作傳統醫療教育工具的輔助或替代選擇。27 份論文提出了有關使用 3D 打印制作靜態生物模型和實物模擬體的發現。其他論文（Rehder 等人1、Drake 等人2、Chandrasekhara3 和 Balestrini 等人4）提供了對其他 3D 打印研究的闡釋，或提出了自己對當前和未來教育工具的看法。論文呈現了豐富的經驗，包括小規模研究（未來或試點）以及第三方對采用 3D 打印的實物模型的評估。其中 7 份論文研究了 3D 打印靜態生物模型的效能，20 份論文針對使用 3D 打印模擬裝置的實物模擬體進行了相同的研究（表 1）。幾乎所有研究結果均為定性結果。對于靜態生物模型，3D 打印的培訓工具與 2D 射線成像（計算機斷層掃描 [CT]）、3D 數字模型、生物塑化模型和尸體樣本進行了比較。對于實物模擬體，則是與尸體解剖結構、虛擬現實模擬體和手術操作過程中的體內培訓進行比較。

從實際情況來看，有效的使用3D打印設備對于醫療研究等行業有著十分突出的效用，在腫瘤學、體內植入物、泌尿、耳鼻喉、胃腸、心臟等數十個學科中，3D打印技術已然積累了多年的應用經驗和案例，針對這些案例和后續的研究資料，筆者在后期也會一一整理起來，包括對于那20篇醫學論文的研究，我們也會挑出幾個比較有代表性的東西給大家闡述清楚，希望這篇文章可以幫助相關從業人員更好的了解3D打印這門新技術。