在過去的幾年中，在教學(xué)醫(yī)院的世界里出現(xiàn)了從某種意義上可以說是一場3D打印革命的潮流，從歐美到中國，我們已經(jīng)看到3D打印的手術(shù)模型被用于大幅提升手術(shù)成功幾率。這些3D打印模型通常是根據(jù)CT或MRI掃描結(jié)果來精確復(fù)制患者體內(nèi)出問題的部分，使得醫(yī)生在進(jìn)入手術(shù)室之前就能夠認(rèn)真準(zhǔn)備手術(shù)的每一步。不過目前有一個問題就是3D建模過程相當(dāng)耗時而復(fù)雜。

為了解決這個問題，來自麻省理工學(xué)院（MIT）和波士頓兒童醫(yī)院的研究人員日前宣布開發(fā)出了一種系統(tǒng)，可以在數(shù)小時內(nèi)將MRI掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成可3D打印的醫(yī)療模型。

據(jù)了解，這個新系統(tǒng)將在幾周后舉行的醫(yī)學(xué)圖像計算與計算機(jī)輔助干預(yù)國際會議（International Conference on Medical Image Computing and Computer Assisted Intervention）上正式發(fā)布。該項目的第一作者是MIT電氣工程和計算機(jī)科學(xué)專業(yè)的研究生Danielle Pace。她領(lǐng)導(dǎo)著分析軟件的開發(fā)，而波士頓兒童醫(yī)院的物理學(xué)家Medhi Moghari也做出了不可或缺的貢獻(xiàn)。Moghari主要負(fù)責(zé)開發(fā)優(yōu)化掃描精度的程序。心臟病專家Andrew Powell則負(fù)責(zé)這項研究的臨床應(yīng)用。所有的研究資金都來自于波士頓兒童醫(yī)院和Harvard Catalyst的資助，后者主要關(guān)注臨床科學(xué)方面的創(chuàng)新。

目前，這個新系統(tǒng)仍處于開發(fā)階段——預(yù)計將在秋天由七位心臟外科醫(yī)生對其進(jìn)行評估研究——但它看起來非常已經(jīng)非常不錯。該項目負(fù)責(zé)人及MIT電氣工程和計算機(jī)科學(xué)教授Polina Golland教授在該校網(wǎng)站上解釋說，這樣可以使3D打印的手術(shù)模型變得司空見慣。

這里稍微解釋一下，MRI數(shù)據(jù)主要是由任意3D模型——甚至包括人體的部位——的一系列橫截面組成的。而這些橫截面是由諸多明暗不同的區(qū)域組成的?，F(xiàn)在，從計算機(jī)視圖上，這些區(qū)域的邊界一直難以精確查明，而一些算法通常被視為無法生成可供外科醫(yī)生使用的可靠的精確模型。雖然有一些針對通用模型的增強(qiáng)算法，比方說，人的心臟，可以讓它們更精確，但是當(dāng)醫(yī)生要對不規(guī)則的心臟做手術(shù)的時候，它毫無用處。事實上，它可能還會使情況變得更糟。

那么，在制作3D打印模型時，MRI數(shù)據(jù)有什么用？設(shè)計師們在手工制作模型時主要依靠這些橫截面，但是這往往需要長達(dá)10小時以上的時間。“他們希望對孩子們進(jìn)行掃描，花上大概一兩天計劃他們打算如何進(jìn)行手術(shù)。”Golland介紹手術(shù)的常見流程時說，“如果還需要一天時間去處理圖像，就變得很不方便。”

但是，由Pace和Golland開發(fā)的解決方案選擇了一個中間道路。對于每個3D模型，人類專家只需識別幾個截面的邊界，然后該數(shù)據(jù)被輸入一種圖象算法。獲得的結(jié)果非常好，即使專家只看了總面積九分之一，從200張截面中分辨出14個小塊，就足以獲得90％的一致率（agreement rate）。值得注意的是，這種方法只需要一個小時左右即可生成一個模型，然后3D打印可能用時會多一點。

雖然仍處于開發(fā)階段，Golland認(rèn)為，該算法的性能可能會通過增加整個橫截面上的小塊區(qū)域加以改進(jìn)。除了其他的幾個創(chuàng)新之外，這可能是實現(xiàn)準(zhǔn)確快速地3D建模和打印的關(guān)鍵。

為了測試該系統(tǒng)，科學(xué)家們已經(jīng)為其設(shè)計了一項臨床研究，這將涉及到在波士頓已經(jīng)被治療過的10名患者。他們的MRI數(shù)據(jù)將供7名外科醫(yī)生研究，這些醫(yī)生將獲得3D打印的實體模型、3D數(shù)字模型和數(shù)據(jù)，并用它來制定手術(shù)方案。這些反過來會與實際進(jìn)行的治療方法相對比，并且有希望指明這項技術(shù)會在那些方面使外科醫(yī)生受益和提高手術(shù)成功率。