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为解决脊柱肌肉萎缩症（SMA）患者脊柱穿刺训练难题，研究人员开展利用 3D 打印建模技术制作模拟模型的研究。结果显示该模型有效提升穿刺训练效果，对医学教育和培训意义重大。
在医学领域，穿刺操作是一项至关重要的技能，对于医疗工作者来说，熟练掌握穿刺技术是保障患者安全、提高医疗质量的关键。然而，对于脊柱肌肉萎缩症（Spinal Muscular Atrophy，SMA）患者，由于其脊柱存在畸形，穿刺操作面临着巨大挑战。即使是经验丰富的医生，在为这类患者进行穿刺时也可能遭遇困难。这是因为 SMA 患者数量稀少，导致医疗工作者在实际临床中积累的穿刺经验有限。而且，穿刺操作本身就较为复杂，存在一定风险，在真实的临床环境中，很难为医疗工作者提供足够的实践机会来提升相关技能。此外，现有的穿刺模拟模型也存在诸多不足，比如难以找到适合超声引导的材料、3D 打印资源有限、模拟人体皮肤和肌肉的物质不理想等，这些都限制了模拟模型的发展，无法真实地还原临床场景，也就难以满足对医疗工作者进行有效训练的需求。
为了解决这些问题，北京协和医院的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们利用 3D 打印建模技术，致力于开发一种能够精准模拟脊柱侧弯患者脊柱和皮肤轮廓的模型，以提升超声引导下穿刺训练的效果。研究最终得出结论，通过 3D 数字建模、选择性激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）3D 打印技术和明胶浇铸等方法构建的模拟模型，能够高度还原临床实际情况，有效提升医疗工作者在超声引导下穿刺的熟练度和信心，是一种非常有效的训练工具。该研究成果发表在《3D Printing in Medicine》杂志上，为医学教育和培训领域带来了新的希望和方向。
在研究过程中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先是通过高分辨率计算机断层扫描（High - Resolution Computed Tomography，HRCT）获取患者脊柱的结构数据；然后利用计算机辅助设计（Computer - Aided Design，CAD）软件进行数字建模，精确构建脊柱和皮肤的 3D 虚拟模型；接着使用立体光刻（Stereolithography，SLA）和 SLM 两种 3D 打印技术分别制作皮肤模型和脊柱模型；最后采用明胶浇铸模拟皮肤和肌肉组织，并进行模型组装。
研究结果主要通过以下几方面得出：
- 模型构建：利用 HRCT 扫描数据进行 3D 重建，获取 SMA 患者脊柱从胸椎到骶椎的结构信息，重点选取 T12到 S1段用于腰椎穿刺训练。通过 CAD 软件创建 3D 虚拟模型，精确模拟脊柱复杂几何结构和皮肤与脊柱的空间关系。采用 SLA 技术，以层厚 0.05mm、激光功率 250mW、扫描速度 3000mm/s、生物相容性透明树脂（USP Class VI 认证）打印皮肤模型；运用 SLM 技术，以层厚 30 微米、激光功率 200W、扫描速度 900mm/s、 hatch 间距 0.1mm、 build chamber 氧含量 < 0.1% 的参数，使用医疗级不锈钢（316L）打印脊柱模型，打印后进行应力消除热处理、线切割、喷砂等后处理，确保模型精度和性能。
- 模型评估：33 名麻醉科医生和神经科医生参与超声引导下腰椎穿刺训练，训练包含理论教学、案例演示和实践操作三个部分。训练前后通过问卷调查评估参与者的信心和熟练度，采用配对样本 t 检验进行统计分析。结果显示，训练后参与者在超声辅助定位和实时引导穿刺方面的熟练度和信心显著提升。例如，在对正常脊柱结构患者进行腰椎穿刺时，参与者成功进行穿刺操作的信心评分从训练前的 7.76 ± 2.15 提升到 9.33 ± 1.33，差异具有统计学意义（p<0.001）；在对 SMA 脊柱畸形患者进行穿刺相关操作的信心评分也有显著提高。
研究结论和讨论部分指出，该研究成功构建的模拟模型能逼真模拟临床场景，为医疗工作者提供了接近真实的穿刺训练体验。SLM 3D 打印技术与明胶浇铸技术的结合，使模型不仅准确反映脊柱解剖结构，还具备良好的超声成像性能和真实的触觉反馈，有助于医疗工作者更好地掌握超声引导下的穿刺技术，提升在复杂脊柱穿刺场景中的操作能力。尽管模型仍存在一些可改进之处，如优化穿刺针减少与明胶的界面阻力、融入混合现实技术提升训练效果等，但该研究充分展示了 3D 打印技术在医学模拟模型构建方面的巨大潜力，为未来医学教育和培训的发展提供了新的思路和方向，有望推动医疗行业在穿刺技术培训领域的变革，提高医疗服务质量，降低患者穿刺风险。
