3D打印在婦科中的應用研究進展

魯春，張成

淄博市中醫醫院 科教科，山東 淄博 255000

引言

3D 打印技術又稱增材制造或快速成型技術，是在計算機輔助下以數字模型文件為基礎，利用可黏合材料通過逐層打印方式來創建實體[1]。目前3D 打印技術已運用于醫療行業的各個領域，有助于實現各種疾病的高效精準診治，為個性化治療提供了新思路。臨床應用3D 打印技術常見過程為：首先獲取CT 或MRI 薄層圖像，將圖像以DICOM 格式導出，利用Mimics 等軟件進行處理，最終通過各種類型3D 打印機進行打印。從最初的3D 打印模型，到輔助臨床具體手術操作的3D 打印導板和3D 打印內植入物，包括一直處于研究中的3D生物打印和3D 打印器官，3D 打印技術在醫學領域展現出了良好的應用前景。由于婦科解剖結構復雜，存在個體差異，如何精準了解解剖構造和病變部位，制定詳細有效的術前規劃，提高術后治療效果是臨床一大挑戰[2]。3D 打印技術應用實現了婦科疾病個性化、精準化治療，以宮頸腫瘤為例，3D 打印個體化施源器的采用，以及組織間插植的劑量補充可以解決因放療劑量分布不佳而影響療效的問題[3]。近年來，3D 打印技術在婦科中的應用報道不斷增多，在婦科疾病診治、婦科醫師技能水平提升、醫患溝通交流等方面均取得了較好的臨床應用效果，基于此，本文旨在針對3D 打印在婦科中的應用情況進行綜述，以期為相關領域的研究奠定一定的理論基礎。

1 3D打印模型在婦科中的應用

1 ∶1 等比例的3D 打印模型可以更形象地顯示婦科各組織解剖結構，是2D、3D 圖像轉變為實物的巨大飛躍。利用不同3D 打印材料可以打印出顏色、質地各不相同的具體解剖部位，有助于觀察解剖結構以及毗鄰重要軟組織，但不同影像學檢查類型、圖像厚度均會影響3D 打印模型的創建。有研究指出，1 mm 厚度的MRI 掃描圖像用于生殖器官的3D 打印取得了令人滿意的結果[4]。婦科醫師與經驗豐富的影像科醫師相互配合、密切協作能更好地處理圖像，可以完成更高質量的重建，打印的模型更能反映真實的解剖結構。3D 打印模型對于婦科手術的術前規劃、手術方案制定具有重要指導價值，此外3D 打印模型還可用于術前的醫患溝通交流和婦科低年資醫師的教育培訓，有利于改善醫患關系和提升婦科醫師的診療水平。

1.1 3D打印模型在輔助婦科手術治療中的應用

對于婦科各種腫瘤和癌癥疾病，手術治療是常用的治療方式，如何精準完整切除病變部位、減少機體損傷是臨床的一個重要挑戰。良好的術前規劃有利于降低手術時間和減少相關手術并發癥發生率，尤其是一些小的婦科病變需要進行手術切除的患者，3D 打印模型的臨床應用提高了術前規劃的效率和準確性。3D 打印模型有助于醫師與患者溝通和解釋病情[2]，在手術前使用3D 打印模型向患者及其家屬解釋病情，更加通俗易懂，可以使他們更好地了解自己的手術過程和預后。

Mackey 等[5]報道了1 例多發性子宮肌瘤的妊娠期患者，制造的3D 打印模型準確地展示了子宮肌瘤的數量、大小和位置，進一步確定子宮切口的最佳位置。術中利用3D 打印模型可以定位所有子宮肌瘤，減少殘留肌瘤的發生率，防止復發[6]。宮頸癌是最常見的婦科惡性腫瘤，近年來，該病呈年輕化發展趨勢。研究表明，結合患者的影像學資料制作的3D 打印宮頸癌模型不僅可以清楚評估腫瘤侵襲深度和周圍淋巴結轉移，還可以為晚期癌癥患者提供潛在的治療策略[7]。Baek 等[8]利用3D 打印模型對早期宮頸癌患者進行子宮切除術的研究結果表明，3D 打印模型的應用為癌癥患者帶來了更好的手術和腫瘤學結果。Luo 等[9]報道了3D 打印模型在子宮內膜癌患者手術中的應用，將40 例子宮內膜癌患者分為A 組（按1 ∶1 的比例打印出3D 模型，用于術前評估和判斷）和B 組（根據MRI 成像檢查進行術前評估和判斷），各20 例，結果表明，A 組手術時間、術后肛門排氣時間、術后住院時間、手術出血量均顯著低于B 組（P＜0.05）；A 組情緒、認知、社會和整體健康生活質量得分顯著高于B 組，差異均具有統計學意義（P＜0.05）。即在3D 打印技術的支持下，可以準確地進行復雜的手術，提高子宮內膜癌患者手術后的療效和安全性，改善了患者的預后和生活質量，子宮內膜癌病灶定位精準，減少腫瘤殘留。樂芳舒等[10]利用3D 打印模型輔助宮腔鏡治療了19 例妊娠物殘留患者，證明3D 模型能夠清晰顯示子宮的三維結構，可進行妊娠物殘留手術難易度預判和精確定位，有助于縮短手術時間，減少手術并發癥。3D 打印模型可多角度、全方位、立體地觀察病變部位與各毗鄰臟器的關系，彌補二維圖像的不足[11]。3D 打印模型展現出了良好的臨床應用結果，有利于提升婦科疾病的診治效率。

1.2 3D打印模型在婦科教育培訓中的應用

婦科體格檢查需要年輕醫師反復練習，不斷積累經驗，傳統的教學模型存在一定弊端，例如，操作過程中真實體驗較差、不能有效與臨床具體病例相結合等，降低了教學質量效果，也嚴重影響了學習積極性。3D 打印模型應用于婦科教學培訓可以使醫學生、規培生和低年資醫師等受訓人員獲益[12]。Kiesel 等[13]報道指出，3D 打印女性骨盆模型可以提高培訓人員婦科盆腔檢查的實踐水平和對相關解剖學空間的理解能力。Kiesel 等[14]的另一研究評估了3D 打印模型在醫學生婦科盆腔檢查實踐訓練中的價值，通過對結果數據分析顯示，醫學生更認可3D 打印模型的技能培訓教學方式，提高了醫學生對婦科骨盆解剖的認識和體格檢查的技能水平。劉奇英等[15]將3D 打印技術結合多元化教學方法應用于婦科臨床教學，以異位妊娠教學為例，將兩個外科班級隨機分為3 組，分別采用傳統教學方法、PBL（Problem-Based Learning，以問題為中心，圍繞某一專業問題或病案例診斷進行研究的學習過程）+LBL（Lecture-Based Learning，灌輸式的教學方法）+CBL（Case-Based Learning，以病例為中心，利用病例提出問題，給學生以懸念，然后再講解基本知識和基本理論）多元化教學方法及3D 打印技術結合PBL+LBL+CBL 多元化教學方法進行教學，結果顯示，3D 打印異位妊娠模型結合PBL+LBL+CBL 多元化教學方法不僅能提高學生的學習積極性，還能顯著提高學習效率，值得臨床推廣。3D打印模型應用于婦科臨床教學，是對傳統教學模式的一種改進，可以顯著提升教學培訓質量，體驗感更好，受訓者更易接受這種教育培訓形式，能夠激發受訓者的參與熱情，為傳統刻板的教學方式增添了活力。

2 3D打印施源器設計在婦科宮頸癌治療中的應用

婦科癌癥是一個影響全世界婦女的持續性公共衛生問題。據統計，2020 年全球宮頸癌約有60.4 萬新發病例和34.2 萬死亡病例，我國宮頸癌新發病例和死亡病例分別為11.0 萬和5.9 萬[16]。近距離治療是宮頸癌根治性放療不可缺少的部分，包括腔內和/或組織間插植，其治療作用不能被任何外照射所替代[17-18]。目前臨床上近距離治療施源器配置有宮腔管、穹窿管及陰道塞，相對固定單一，無法滿足個性化治療的需求[19]。此外腫瘤體積較大、形態不規則時還會導致放射劑量分布不均勻從而影響治療效果，有時陰道狹窄患者無法應用常規配置施源器。近年來，3D 打印技術的臨床應用，使宮頸癌患者近距離治療發生了重大變化。相比于標準化施源器，3D 打印個體化施源器能貼合病灶，有顯著劑量學優勢，且三維近距離治療的適形性更高，靶區覆蓋更全面，危及器官的保護更好[20-21]。同時根據患者陰道長短及狹窄程度，3D 打印技術可以設計出不同尺寸的個體化施源器模板來進行定位[22]。張絲雨等[23]指出，采用3D 打印圓柱形施源器引導腔內聯合組織間插植近距離治療了大體積（＞40 cm3）伴宮旁浸潤的局部晚期宮頸癌患者，結果表明，3D 打印圓柱體施源器可以實現大體積伴有宮旁浸潤的局部晚期宮頸癌劑量覆蓋目標，尤其對于宮旁外1/3 浸潤者有明顯劑量學優勢。Qin 等[24]研究評估了復發性子宮頸癌癥患者3D 打印施源器陰道近距離放射治療的療效和安全性，證實使用3D 打印施源器可以實現高質量的腔內和/或組織間近距離治療，產生了良好的治療效果，毒性反應在可接受范圍內。對于宮頸癌需要近距離治療的患者，與傳統施源器相比，3D 打印施源器在臨床應用時展現出了諸多優勢，例如，貼合度更高、治療過程中更加舒適、照射覆蓋面更廣、劑量分布更合理、能夠減少對臨近組織的損傷等，符合現代醫學發展要求，可以實現個性化、精準化治療。

3 3D打印模板在婦科宮頸癌治療中的應用

對于婦科宮頸癌近距離治療患者，組織間插植需要一定的臨床經驗積累，針道的位置、長度、方向均可能會對治療結果產生影響，為解決針道插植問題，臨床上提出了3D 打印個性化模板用于婦科宮頸癌的治療。3D打印模板應用于宮頸癌癥近距離放療具有提高效率和縮短學習曲線的潛力[25]。陳媛媛等[26]指出，3D 打印模板插植后裝放療聯合深部熱療對復發性宮頸癌有較好的近期療效，同時未增加不良反應。侯光營等[27]指出，在局部晚期宮頸癌治療中，應用3D 打印微創導向模板插植放射治療聯合深部熱療治療較傳統通用施源器三維腔內后裝放射治療的近期療效顯著提高，不良反應較輕，在靶區受照劑量及危及器官保護上也具有明顯優勢。Marar 等[28]指出，對70 例宮頸癌患者進行了302 次近距離治療，其中68 次采用3D 打印模板進行近距離治療，234 次采用非3D 打印模板的近距離治療（133 次無需插植、101 次行徒手插植），證實3D 打印模板近距離放射治療在保留正常組織的同時實現了更大的腫瘤覆蓋率，特別是對于大體積腫瘤。張婷等[29]對3D 打印模具引導與徒手插植治療宮頸癌的劑量學進行比較，發現3D 打印組的劑量分布更集中，其劑量均低于徒手插植組，劑量偏差也更小。3D 打印模板的臨床應用大大降低了徒手插植的難度，增加了年輕醫師操作的信心，在顯著提升治療療效的同時明顯減少了不良反應的反應，有利于在基層醫院推廣應用。

4 3D生物打印在婦科疾病中的應用

3D 生物打印是3D 打印技術和生物醫學技術相互交叉衍生而來的，是利用活細胞作為打印材料來創建組織或器官。3D 生物打印技術在婦科中的應用仍處于實驗研究階段，距離臨床廣泛應用尚有一定距離，仍需要大量基礎和臨床研究支持。

4.1 3D打印卵巢在婦科疾病中的應用

卵巢是女性生殖系統的內分泌器官，控制卵泡發育和性激素分泌。青春期、月經周期和更年期均與卵巢的狀態有關。然而，惡性腫瘤、原發性卵巢疾病和自身免疫性疾病等疾病會破壞激素分泌和卵泡發育。此外，化療、放療和卵巢切除術引起的醫源性損傷也會在一定程度上損害卵巢功能，導致月經提前或閉經，以及生育能力下降。模仿人類卵巢的人工卵巢作為治療這些疾病的一種手段，具有潛在的意義。近年來，3D 打印在再生醫學中展示了巨大潛力，隨著3D 打印技術和細胞生物學的發展進步，使用新型生物墨水或體外方法可以創造出更多通用的器官。如Wu 等[30]使用明膠-甲基丙烯酰基（Gelatin Methacryloyl，GelMA）研發了一種3D 打印的卵巢，這是首次使用GelMA 水凝膠構建人工3D 卵巢的研究，研究結果證明，3D 打印支架為卵泡發育創造了合適的微環境，這是實現該技術在女性生殖疾病臨床應用的重要步驟，并為體外卵泡生長提供了一種新方法。Laronda 等[31]報道了使用3D 打印微孔支架制作的生物人工卵巢恢復了小鼠的卵巢功能。現階段3D 打印卵巢尚處于實驗研究階段，不能用于臨床，因為人類卵泡遠大于小鼠卵泡，目前實驗中的支架結構和微孔大小需要大幅調整，此外，由于人類卵泡會快速變大，尚不清楚這種支架方法是否能支持移植的人類卵泡存活。雖然3D 打印卵巢還需要進行進一步的改進完善，但它的出現為卵巢功能喪失患者帶來了治療希望，提供了一種可能性，拓寬了臨床思路。相信未來3D 打印卵巢可以應用于臨床，使卵巢疾病患者獲益。

4.2 3D生物打印子宮內膜在婦科疾病中的應用

宮腔粘連的形成與子宮內膜干細胞所處的基底層損傷直接相關，因此也被認為是干細胞缺乏或功能障礙相關的疾病[32]。夏瑞琦等[32]探討了3D 生物打印的子宮內膜再生細胞生物支架用于治療宮腔粘連的可能性。子宮內膜嚴重受損會導致瘢痕形成和子宮內膜功能障礙，最終出現不孕或妊娠相關并發癥。由于子宮結構、內部環境和功能比較復雜，目前還沒有有效的方法來治療這種損傷。Nie 等[33]提出了一種基于藻酸鈉-透明質酸水凝膠的3D 生物打印雙層子宮內膜，16 只嚴重子宮內膜受損的小鼠植入后，12 只小鼠恢復了生育能力。3D 生物打印技術是子宮內膜病變治療一種新的選擇，3D 生物打印子宮內膜具有重要臨床價值和意義。

5 總結與展望

目前3D 打印技術在婦科領域中的應用尚處于探索階段，臨床應用報道有限，但其展現出了巨大應用前景，為更好地診治婦科各種疾病提供了一個新的研究思路。3D 打印技術在婦科中的應用展現出了巨大潛力，為婦科疾病診治提供了便利，具有自身獨特的優勢。3D 打印模型將復雜的婦科組織解剖關系形象地展現出來，更加真實可靠，可以為婦科手術成功實施進行良好的術前規劃，包括手術入路選擇和避免關鍵臟器組織損傷等，能夠顯著降低手術時間和術后并發癥發生率，有利于患者術后快速康復。應用3D 打印模型進行術前談話，使得復雜的病情和手術操作過程變得通俗易懂，有助于醫患間的溝通交流，改善醫患關系。此外1 ∶1 等比例的3D 打印模型為婦科教學培訓提供了巨大助力，提升了教學培訓的整體效率，使得受訓者體驗感更佳。3D 打印施源器和3D 打印模板在宮頸癌近距離治療中的應用使得3D 打印技術真正進入婦科臨床實際操作，實現了婦科疾病的個性化、精細化和精準化治療，彌補了傳統通用施源器的不足，提高了治療療效，減少了不良事件的發生，是經過臨床實踐證實了的安全、有效的治療措施。3D 生物打印技術為婦科一些疑難雜癥的治療提供了新方向，雖然許多研究尚處于實驗階段，尚未普遍應用于臨床，但均取得了不錯的階段性成果，應用市場巨大，發展前景光明。當然3D 打印技術臨床應用也存在一定不足，例如，3D 打印材料有限，3D 打印費用在國內仍較高、3D 打印行業發展尚需要針對性法律法規的正確規范引導、3D 打印計算機輔助設計程序操作比較繁瑣、宣傳力度不夠等。未來3D 打印技術在婦科中的應用推廣需要醫工密切結合，切實貼合臨床需求，制定更加規范市場準入機制，努力實現3D 打印卵巢和3D生物打印用于臨床疾病治療。在3D 打印的基礎上，4D打印技術應運而生，其可以充分模擬人體組織愈合與再生的動態系統[34]。3D 打印技術在婦科中的應用是跨時代的變革，為婦科疾病診治增添了新的活力，3D 打印在婦科中的應用值得期待。