我們都聽說過“熟能生巧”這個(gè)說法，它或許更是一種規(guī)律，在很多強(qiáng)調(diào)技藝的領(lǐng)域里都適用，包括外科手術(shù)。于事關(guān)患者的生命福祉，外科醫(yī)生通常要經(jīng)過漫長的學(xué)校學(xué)習(xí)、住院醫(yī)生等歷程才能夠獨(dú)立進(jìn)行手術(shù)。在這段時(shí)間里，據(jù)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)（CMU）生物醫(yī)學(xué)工程系講座教授Boyle Cheng說，培養(yǎng)的年輕外科醫(yī)生的最重要途徑之一就是實(shí)踐。例如，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中神經(jīng)外科的實(shí)習(xí)期是最長的，該長達(dá)七年的實(shí)習(xí)中間有很大一部分是花在通過持續(xù)和反復(fù)的實(shí)踐來練習(xí)各種技能上了。這種實(shí)踐培訓(xùn)通常意味著要在尸體上進(jìn)行，但是這些尸體往往很少而且昂貴，難以儲(chǔ)藏。要么，學(xué)生將不得不犧牲一些人體組織的真實(shí)感而在泡沫模型上進(jìn)行練習(xí)。
“這對(duì)于任何一個(gè)醫(yī)科學(xué)生來說都是很重要的。”Cheng強(qiáng)調(diào)說，“作為一名學(xué)生需要盡可能多地進(jìn)行模擬，而這個(gè)模擬越接近現(xiàn)實(shí)，學(xué)生就會(huì)更加接近那種實(shí)際給病人做手術(shù)的感覺。”
這也是工程教授Kenji Shimada和他的團(tuán)隊(duì)的研究出發(fā)點(diǎn)。目前，Shimada教授和他的團(tuán)隊(duì)正在將機(jī)械設(shè)計(jì)、醫(yī)療設(shè)備和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用結(jié)合在一起，創(chuàng)造出一種針對(duì)外科醫(yī)生的新型實(shí)踐培訓(xùn)模型。Cheng和Shimada這兩位教授最近正在這一研究項(xiàng)目上進(jìn)行合作。
這些模型，被稱為醫(yī)學(xué)影像模型（medical phantom model），是將堅(jiān)硬如骨的材料與模仿人體組織的軟凝膠結(jié)合在一起3D打印出來的。這兩種不同材料的結(jié)合主要是針對(duì)骨科手術(shù)訓(xùn)練，并為學(xué)生們打造一種外科培訓(xùn)工具。“人體的復(fù)雜程度難以想象的：骨骼中有珊瑚狀的3D內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而且它們被一層層的膜、韌帶、肌腱、肌肉所包圍。但是要訓(xùn)練骨外科醫(yī)生的話，我們認(rèn)為關(guān)鍵在于那種帶有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的骨骼以及它周圍柔軟的材料。”Shimada說：“好奇心讓我們想把這個(gè)模型制作得盡量準(zhǔn)確、盡量接近真實(shí)的東西。但作為工程師，我們想要確定一個(gè)解剖組件的最小集合來將其作為一種培訓(xùn)工具。
為此，Shimada和他的團(tuán)隊(duì)使用3D打印技術(shù)來創(chuàng)建骨骼模型，這使他們能夠直接根據(jù)病人的CT掃描結(jié)果來打造出具體模型。使用這種技術(shù)可以讓他們首先在外科培訓(xùn)的一個(gè)特定領(lǐng)域中磨練，這個(gè)領(lǐng)域就是馬蹄內(nèi)翻足（或足內(nèi)翻）矯正手術(shù)。此項(xiàng)題目為《一種針對(duì)馬蹄內(nèi)翻足矯正手術(shù)的具體病人靈活3D打印骨科模型的訓(xùn)練和教學(xué)（A Patient-Specific Flexible 3D Printed Orthopedic Model for Training and Teaching of Clubfoot Correction Surgery）》的研究，最近作為封面文章被發(fā)表在了《3D Printing and Additive Manufacturing》雜志上。
據(jù)了解，根據(jù)美國矯形外科醫(yī)生學(xué)會(huì)的數(shù)據(jù)，僅在美國，每年就會(huì)有千分之一的嬰兒患有天生馬蹄內(nèi)翻足。而在許多發(fā)展中國家，這個(gè)數(shù)字更高。如果不進(jìn)行及時(shí)治療的話，具有此種先天缺陷的兒童將不能正常行走。
“專注于馬蹄內(nèi)翻足似乎范圍比較小，但是對(duì)于患有這一出生缺陷的兒童來說，卻是可以真正提高他們生活質(zhì)量的真正需求。”參與了該項(xiàng)目的博士生Ying Ying Wu說，她還為馬蹄內(nèi)翻足開發(fā)了微創(chuàng)矯正醫(yī)療設(shè)備。
除此之外，Shimada和他的團(tuán)隊(duì)目前也正在開發(fā)3D打印醫(yī)學(xué)影像模型的其它幾個(gè)應(yīng)用，并希望能在不久的將來與當(dāng)?shù)氐囊粋€(gè)外科住院醫(yī)生項(xiàng)目合作。另外，研究人員也正致力于新的項(xiàng)目以繼續(xù)優(yōu)化該培訓(xùn)工具，包括使用不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)的骨狀物質(zhì)，以更好地模仿在手術(shù)過程中鉆骨的觸感等。
