1986 年，Charles Hull 开发出世界上第一台商业 3D 打印机，为充满想象、热爱探索的人类又增添了一件大玩具。3D 打印，是一种以数字模型文件为基础，通过逐层堆叠累积的方式来构造物体的技术。
经过 30 多年的发展，该项技术目前已被广泛应用于工业设计、建筑、汽车航空、医疗产业、土木工程等多个领域。今天，让我们一起来分享一下 3D 打印技术在泌尿外科领域的应用现状吧。
手术模拟
目前 3D 打印技术可根据患者的 CT 或 MRI 等影像资料进行建模，精准打印出病变模型和手术区域的解剖结构，让手术医生术前更充分的了解病变部位的解剖特点，确定肿瘤的大小、位置及毗邻关系，或是血管的变异情况等。一份体积为 41.79 mm3的手术标本，经计算机模拟重建的尺寸为 38.88 mm3，而打印出来的标本模型可精确到 38.50 mm3，可见 3D 打印机绝对是个模仿高手。
心痒痒想操练一把？来自日本的 Komai 医生利用 3D 模型进行模拟手术，并为 10 名肾 R.E.N.A.L 评分 ≥ 8 的患者顺利实施了肾部分切除术，切缘均为阴性。住院医生 Atalay 在模拟了 5 名 PNCL 手术后，对肾盂肾盏解剖认识、结石定位以及穿刺通道的选择均优于术前。
此外，有研究者通过 3D 打印技术来确定前列腺癌肿瘤侵犯有无累及神经血管束，以便决策是否合适行保留神经的前列腺癌根治术。真实直观的模型体验要远远优于传统的影像资料，能更好的进行术前风险评估，通过模拟操练降低手术风险，让术者多了一份淡定和从容。对于年轻医生及初学者而言，模拟手术的训练模式也将大大加快其技术成长的步伐。
医疗教育
3D 打印技术将为医疗教学带重大的变革，从入学的那一刻起，3D 打印机便可担当起一名优秀的「助教」，制造出逼真的解剖标本亦或是复杂难懂的蛋白质结构，医学生们再也不用担心" 僧多粥少"，书本上生硬的图谱将跃然纸上。
此外，为患者进行病情介绍、术前谈话沟通等，相比于 CT 及 MRI 等专业影像资料，模型更加真实易懂，提高患者及家属了对疾病及手术步骤的认识和了解，利于建立良好的医患关系。
医疗设备及植入耗材
3D 打印机打印出来的输尿管导管在猪身上进行试验，证实其具备可靠的「支架」及「内引流」性能。此外，Park 等研究团队打印出了抗反流的输尿管导管，这类双「J」管带有单向瓣膜，尿液反流率较传统导管下降了 28 倍，大大降低了膀胱输尿管-肾脏反流的风险。
3D 打印出来的腹腔镜 Trocar 在动物试验上同样出色，能很好的维持腹腔压力并支撑腹腔镜操作器械。3D 打印技术能满足精准打印以及个体化生产的需求。需要长期留置尿管的患者，可为其打印更加「合身」的尿管以减少尿道损伤及不适。为满足个体差异需求，3D 打印机还可定制打印人工尿道内括约肌或是阴茎假体等植入物。
由于 3D 打印的工艺特性，生产出来的医疗设备均自带「无菌光环」，能够实现「即打即用」。在军事战争及灾害现场等场景，3D 打印机将有效解决医疗资源紧缺及运输困难等问题。
打印「器官」！
3D 生物打印是最令人期待的技术变革，其在泌尿外科领域展现出巨大前景。该技术是基于组织工程及再生医学的发展，将生物材料与组织细胞作为「墨水」打印出人体器官。
过去 30 年，随着肾移植技术的不断进步，越来越多的终末期肾衰竭患者从中获益。然而各国均面临着肾源紧缺的现状。美国等待肾移植的患者超过 93000 人，在中国仅四川华西医院排队等肾源的患者就有 1700 人之多。患者一方面需要面临长期血透的经济压力，一方面肾源似乎又遥遥无期。3D 生物打印结合再生医学工程或为解决器官短缺提供新的思路。
3D 生物打印已经成为泌尿外科领域近年来的研究热点。人体组织器官可根据其复杂程度分为四类。
第一类是相对平整的器官，如皮肤、软骨等也已经被成功移植到人类身上。
第二类为管状器官如血管、尿道等器官，制作难度更高。2017 年科学家们已经利用由平滑肌细胞以及尿路上皮细胞构成的聚合物成功打印出了尿道，在 7 天后 80% 的细胞仍具有活力。
第三类是更为复杂的中空器官如膀胱、阴道等，该类器官形态不规则并且与毗邻器官关系密切，目前尚未成功打印出来。有研究者为 4 名先天阴道缺如的患者进行了「阴道移植」，研究人员在以胶原蛋白构成的支架上种植从患者身上获取的生殖细胞，并经培养后植入患者体内，随访 8 年该 4 名女性性生活及阴道功能均正常。
第四类是制作难度最高的实体器官如肾脏、肝脏等。肾脏内细胞种类更多，细胞排列致密，并且需要复杂的滋养血管维持其正常生理功能，要生产肾脏同样面临着不小的挑战。近期，一款称为整合器官组织打印机（ITOP）面世，该打印机能够同步堆砌多种细胞成分，有望实现耳朵软骨、骨骼、平滑肌组织甚至是肾脏的打印，研究仍在进行中。
图 3D 打印肾脏「支架」
总结与展望
3D 打印技术正飞速发展，英国《经济学人》报甚至将其称之为「引领下一代工业革命的新兴技术」。该技术在医疗领域被越来越多的用于制造医用材料及组织器官，并且其造价成本也在逐年下降。尽管在医学 3D 生物打印还处在研究阶段，相信随着技术的进步，3D 打印技术将大放异彩，生产出真正可移植的器官，未来有望极大缓解器官紧缺以及降低移植排斥相关并发症。
参考文献
1. Colaco M, Igel DA, Atala A. The potential of 3D printing in urological research and patient care. Nat Rev Urol. 2018
2. Kim GB, Lee S, Kim H, et al. Three-Dimensional Printing: Basic Principles and Applications in Medicine and Radiology. Korean J Radiol. 2016;17(2):182-97
3. Komai Y, Sugimoto M, Gotohda N, et al. Patient-specific 3-dimensional Printed Kidney Designed for "4D" Surgical Navigation: A Novel Aid to Facilitate Minimally Invasive Off-clamp Partial Nephrectomy in Complex Tumor Cases. Urology. 2016
4. http://med.china.com.cn/content/pid/12870/tid/5
5. Print me a Stradivarius – How a new manufacturing technology will change the world. Economist Technology. 2011-02-10
