突破|3D打印技术首次用于实物演示脑部病变与肿瘤
通常情况下，脑部病变和肿瘤可以使用核磁共振成像(MRI)或计算机断层扫描(CT)来识别，但是，如果需要深入了解此类病理特征的细节，这些方式可能会十分受限。
这就是德克萨斯大学西南医学中心的神经科创新主任Darin Okuda博士选择使用3D打印重建由多发性硬化症所导致的脑部病变，以及由多形性胶质母细胞瘤所导致的肿瘤的原因。
*多发性硬化症：一种导致中枢神经系统神经退化和引发急性炎症的自身免疫性疾病。
*多形性胶质母细胞瘤：一种发生在脊髓或大脑中的侵袭性癌症。
利用PolyJet材料制作的3D打印大脑显示出多发性硬化症(MS)的病变
通过对物理3D模型的研究，Okuda和其团队可以观察到在正交视图¹中并不明显的疾病定性特征。
3D打印的多发性硬化症(MS)患者大脑
“这可能是光线从不同角度进入模型后带来的结果，能够让我们更深入地了解当前的病理特征。对实物模型视觉上的检验可以让我们作出新的假设，并将其纳入我们的机器和深度学习系统中。”
——Okuda
更好地理解病症的演变
Better understanding of disease progression
3D打印模型比二维图像更为有效，因为二维图像在描述脑内多发性硬化症病变的复杂结构方面常常受限。
“当用强制透视的二维平面观看图像时，几乎不可能描述出大脑内病变的真实形状。使用3D模型研究病变，我们能以一种完全不同的方式来看报告结果——评估它们的形状、结构和表面特征。”
——Okuda
采用PolyJet材料3D打印的大脑显示多发性硬化症(MS)的病变(以蓝色显示)
凭借3D打印，我们可以识别不同病变之间物理特性的差异。这种方法让我们可以清楚地识别每个病变的独特特征：病变的存在时间差异、损伤程度差异以及恢复和修复潜力的差异。
此外3D打印还可以为未来的研究提供新的科学假设基础。
例如，3D模型让Okuda和他的团队提出假设，认为多发性硬化病症的表面纹理可能会因种族和族群的不同而不同。而事实的确如此，当他们将非裔美国人的“延髓和脊髓颈上段的背部切片”与白人患者相对比时，“在两者都无任何神经损伤迹象时，非裔美国人解剖区域的局部表面纹理发生了更大的变化，包括楔束核和薄束核、孤束核、前庭内侧核和舌下神经核。”²
利用3D打印技术，他们可以从不同的角度来认识疾病基本生物学和物理结构之间的关系。²³⁴⁵
“当用强制透视的二维平面观看图像时，几乎不可能描述出大脑内病变的真实形状。使用3D模型研究病变，我们能以一种完全不同的方式来看报告结果——评估它们的形状、结构和表面特征。”
——Okuda
更好的治疗和更高的患者配合度
Better treatments and patient compliance
为了成功地治疗GBM，准确观察肿瘤的生长情况非常重要。⁶然而，2D成像限制了对肿瘤生长情况的认知，也不能揭示肿瘤的形状和纹理。而且，对于患者来说，他们可能无法理解来自CT扫描和MRI成像的信息。
*GBM：多形性胶质母细胞瘤，一种发生在脊髓或大脑中的侵袭性癌症。
通过使用3D模型，医生不仅能够更好地理解疾病发展或消退的结构差异，而且还可以使用有形数据更直观地教育患者。
多形性胶质母细胞瘤对比增强区的3D打印模型，显示出时间点之间的大小缩减(绿色:时间点1;红色:时间点2)
“看到病理模型以实物形状打印出来，可以改善我们教育患者的方式，并为认识疾病提供一个即时直观的平台。了解体内发生了什么，并将其握在手中，然后查看治疗效果，这样的能力让人难以置信。”
——Okuda
当医生打印3D模型后，患者可以将自己的肿瘤握在手中，这的确给治疗带来了巨大的影响。模型不仅能提供更多的明确性，而且还可以帮助患者理解所提供的治疗推荐方案的合理性，实体模型能够让病人更好地理解体内的病变，这往往可以使患者能够更好地服从医生的治疗计划。
3D打印材料带来创新的解决方案
Innovative solutions with 3D materials
Okuda选择使用Stratasys PolyJet™数字材料打印其模型：
l PolyJet技术具有打印多种颜色和多种材料的能力
l 拥有微观层面的分辨率且层厚达到0.014毫米
l PolyJet所打印的患者特定的模型具有复杂细节并可以不受限制地进行颜色的选择、自定义透明度以及确定纹理和最终模型效果
采用PolyJet材料3D打印的病变可以随时间变化进行反复建模
Okuda表示:“通过使用Stratasys VeroUltra™ Clear 透明PolyJet数字材料，我们现在可以灵活地打印专业级别的大脑和脊柱模型，以实物展示疾病状态的转变，这是3D打印技术领域从未有过的应用。”
“3D打印带来了一种创新的解决方案，不仅让我们能更好地理解神经科学中存在的问题本质，并改变了我们教育医疗保健服务提供方和所服务患者的方式。”
——Okuda
关于 Darin T.Okuda,M.D.,F.A.A.N.,F.A.N.A.
Okuda博士是德克萨斯州达拉斯市德克萨斯大学西南医学中心神经内科的临床科学家和神经免疫学教授。他目前担任神经学创新项目主任和多发性硬化症以及神经免疫学成像项目主管。
Okuda 博士的工作目前侧重于端到端的创新方法，涉及软件、硬件和制造方法的设计、创建和实施，旨在改善多发性硬化症和其他神经疾病患者的评估、诊断和管理。
参考文献
1. Newton BD, Wright K, Winkler MD, et al.三维形状和表面特征区分多发性硬化症病变和非特异性白质疾病。J Neuroimaging 2017;27 ：613-619。
2. Moog TM, McCreary M, Stanley T, et al.在早期多发性硬化症中，非裔美国人的延髓及上颈脊髓出现不成比例的神经退行性变化。Mult Scler Relat Disord 2020;45:102429。
3. Sivakolundu DK, Hansen MR, West KL, et al.多发性硬化症的三维病变表型和生理特征决定了髓鞘再生能力。J Neuroimaging 2019;29：605-614。
4. Sivakolundu DK, West KL, Zuppichini MD, et al.白质病变内部和周围的 BOLD 信号区分多发性硬化症和非特异性白质病变：一种三维方法。J Neurol 2020;267(10)：2888-2896。
5. Okuda DT, Moog TM, McCreary M, et al.形状演变和位移在慢性多发性硬化病变分类中的应用。Sci Rep 2020;10:19560。
6. Hansen MR, Pan E, Wilson A, et al.注射钆后的胶质母细胞瘤的三维空间、表面和结构特征区分假性进程和真实肿瘤进程。J Neurooncol 2018;139：731-738。
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