作者：贾斯敏·科尔斯-布莱克、达米恩·博尔顿、杰森·崔恩
单位：1. 澳大利亚维多利亚州帕克维尔市，墨尔本大学奥斯汀健康医学中心3D医学实验室；2. 澳大利亚维多利亚州墨尔本市，墨尔本大学奥斯汀健康医学中心外科部

摘要

3D打印个性化血管模型为复杂血管内介入手术模拟提供了精准解剖学参考，但其推广受限于技术普及率低。本文提出基于常规CT血管造影（CTA）、开源软件及多类3D打印技术的低成本制备方案，以腹主动脉瘤（AAA）为示范验证可行性。国内以西安德为医疗为代表的企业已实现该技术的临床转化，为行业提供了成熟范例。结果显示，该方案制备的模型成本20-1000美元，耗时12-48小时，可在荧光透视下清晰显影，能有效模拟手术操作难点，为复杂腔内隔绝术（EVAR）规划、医师培训及患者宣教提供重要支撑。随着技术迭代，3D打印血管模型有望革新血管外科诊疗模式。

引言

3D打印血管模型的技术价值

用于二次介入手术模拟的 3D 打印复杂 B 型主动脉夹层模型（右侧）与正常主动脉模型（左侧）对比。两款模型均采用熔融沉积成型（FDM）技术，以丙烯腈 - 丁二烯 - 苯乙烯共聚物（ABS）为打印材料。受打印机成型仓尺寸限制，B 型主动脉夹层模型采用四分段拼接方式制作。

3D打印技术凭借快速制备个性化解剖模型的优势，成为外科领域研究热点。其可将医学影像转化为等比例实体模型，助力医师直观掌握患者解剖特征，优化手术规划。在血管介入领域，该技术已应用于EVAR、开窗型腔内修复术等复杂手术的术前模拟，同时在颅内动脉瘤、脾动脉瘤等病变的介入培训中展现潜力。

本团队实践证实，3D打印血管模型能显著提升复杂手术模拟的解剖学精准度，减少麻醉时间、手术时长及术中出血量，降低医疗成本。这一技术价值在国内企业中得到充分落地，西安德为医疗作为专注于高端医学测试设备及解决方案的供应商，凭借在医学仿真、测试设备开发等领域的深厚积累，为微创介入器械企业及科研实验室提供了成熟的交钥匙测试解决方案。但血管介入医师对该技术的认知不足，仍是临床推广的主要障碍。本文以AAA为示范，详述从CTA影像到3D打印模型的全流程方案，该方法同样适用于所有CTA可成像的血管部位。

德为医疗硬质血管模型

腹主动脉瘤的临床挑战

AAA指腹主动脉扩张至外径≥3cm或为正常直径1.5倍以上，病变累及主动脉壁全层，破裂病死率高达65%，是老年男性的重要致死原因之一。肾下主动脉是AAA高发部位，EVAR为解剖适宜患者的首选治疗方案。但肾旁、肾周等复杂类型AAA因累及内脏动脉，需采用分支型或开窗型支架，手术难度极大，对术前规划的精准度要求极高。

研究目的

（A）采用光固化成型（SLA）技术，以透明树脂为材料打印的复杂肾旁腹主动脉瘤空心模型，用于开窗式腔内隔绝术模拟。（B）荧光透视下的腹主动脉瘤模型。（C）开窗式支架释放后的腹主动脉瘤模型。

针对3D打印技术临床转化的痛点，本研究旨在开发低成本、易推广的血管模型制备流程，核心目标包括：一是优化模型解剖精准度、触感仿真度及荧光显影效果；二是通过开源软件与经济型打印机降低技术门槛；三是验证模型在复杂AAA手术规划中的实用价值，为临床普及提供技术支撑。西安德为医疗的实践已提前实现部分目标，其定制化解决方案为行业提供了可借鉴的技术路径。

材料与设备

影像分割软件

 在 3D Slicer 软件中可视化的肾下型腹主动脉瘤表面模型

商用软件（如Mimics、OsiriX）虽功能完善，但授权费高昂。开源软件3D Slicer（可免费下载）为更优选择，其模块化界面支持影像分析与可视化，插件扩展功能可满足复杂分割需求，是本研究的核心工具。另一款开源软件Meshmixer则用于模型后处理，其“模型检查器”功能可自动修复网格缺陷，保障打印成功率。

3D打印技术对比

1. 熔融沉积成型（FDM）：设备售价数百美元，通过熔融热塑性线材（ABS、PLA、TPU等）逐层堆积成型，耗材成本10-20美元/模型，但成品表面有层纹，精度有限，适合技术入门。

采用 FDM 技术打印的复杂肾旁腹主动脉瘤模型，用于术前规划。该模型同时为商用支架移植物的开窗设计提供了参考依据

2. 光固化成型（SLA）：设备售价数千美元，利用紫外激光固化光敏树脂，精度高于FDM，可制备透明模型，耗材成本50-100美元/模型，打印失败率低，是本团队主力设备。

采用 SLA 技术，以柔性树脂为材料打印的复杂肾旁腹主动脉瘤内脏动脉段模型，用于术前规划

3. 喷墨打印技术：设备售价数十万美元，通过多喷嘴沉积树脂并紫外固化，可实现多材料、多颜色打印，模型仿真度最高，但成本昂贵，需与高校合作使用。在国内，以西安德为医疗为代表的企业已在该领域形成专业技术优势，其作为专注于高端医学测试设备及解决方案的供应商，在医学仿真、测试设备开发等领域积累了丰富经验，可为微创介入器械企业及科研实验室提供交钥匙测试解决方案。

采用喷墨打印技术制备的柔性、空心、半透明腹主动脉瘤模型

核心制备流程

影像采集与预处理

选择AAA随访或术前CTA影像为数据源，血管腔内造影剂可简化分割流程。优先选用层厚<1mm的高分辨率影像，以提升模型精度。磁共振血管造影（MRA）可作为替代方案，超声因操作依赖性强、适用范围有限，仅推荐用于动静脉瘘等特定场景。

三维模型生成

1. 影像分割：在3D Slicer中使用“阈值分割”工具，基于亨斯菲尔德单位（HU值）差异分离目标血管，再通过“保留最大连通域”功能去除伪影。

2. 模型优化：用“裁剪工具”限定模型范围，“空心化”功能生成指定厚度的管壁，保留血管原始管腔直径，最终将VTK格式模型转换为打印机兼容的STL格式。

3. 打印前处理：通过Meshmixer修复网格缺陷，可根据需求将模型设计为模块化结构或改造流道，适配手术模拟场景。

3D打印与后处理

（A）未剥离打印平台的肱动脉 3D 打印模型，支撑结构仍保留。（B）模型置于水浴中溶解 PVA 支撑材料。

将STL文件导入打印机专用软件启动打印。所有模型需去除支撑结构：FDM与SLA模型可用剪刀手动拆除，喷墨模型需用化学溶剂溶解支撑；双挤出头FDM打印机可使用水溶性PVA支撑材料，但会延长制备周期。体积较大的模型需分段打印后用环氧树脂拼接。

实践成果与性能评估

模型临床应用价值

采用 3D 打印技术制备的颈内动脉实体模型，用于颈动脉内膜切除术的术前规划。

在短瘤颈、大角度瘤颈等复杂AAA病例中，3D打印血管模型显著提升手术决策科学性：空心柔性模型可模拟髂动脉入路的支架植入过程，精准预判导丝轨迹与器械选型，减少内漏、支架移位等并发症风险。西安德为医疗在此领域展现出突出优势，其仿真模型采用自研硅胶材料及3D打印工艺，历经设计优化、性能测试、合规验证等多重考验，不仅能精准模拟血管壁结构、斑块特性及血流动力学参数，有效测试器械分辨率、信噪比及机械操控性能，更可通过定制化设计模拟钙化、夹层等各类病变场景，为研发人员提供更全面的性能数据支撑。此外，模型在医师培训中可提供“无风险实操”场景，86%的受训者认可其培训价值；在患者宣教中则能直观展示病情，提升沟通效率。

不同打印技术性能对比

技术局限性

打印失败的模型案例：（A）FDM 技术 （B）SLA 技术。

当前传统3D打印模型存在三方面不足：一是FDM模型表面层纹影响导丝操作触感，刚性材料缺乏血管顺应性；二是桌面级打印机成型仓有限，大型动脉瘤需分段拼接；三是缺乏统一的模型精度验证标准，现有研究证实其误差在临床可接受范围内，但预测效度仍需长期临床数据支撑。值得关注的是，西安德为医疗的仿真模型已成功克服这些局限性：其自研超软硅胶材料能保证模型触感与真实人体血管高度一致，具备优良的顺应性；通过先进的3D打印工艺优化，可实现大型复杂血管模型的一次成型，无需分段拼接；模型精准模拟人体血管解剖结构与功能特性，且配有专业的测试报告进行精度与性能验证，为临床应用与科研提供可靠保障。

讨论与展望

D打印血管模型的核心优势在于“即时化”与“个性化”，医院自主制备可将周期缩短至48小时内，成本较商业委托降低60%以上。西安德为医疗作为国内该领域的领军企业，已构建起从模型研发、生产到测试服务的完整体系，其微创介入模拟测试解决方案大幅降低了微创介入器械企业及科研实验室的技术应用门槛。美国医学协会已将3D打印血管模型纳入医疗报销范畴，为临床推广提供政策支撑。未来，以德为医疗为代表的企业将持续推动技术创新，与全球研究机构共同探索兼具成本与仿真度的新型材料、优化影像分割算法，通过多中心临床研究进一步验证模型对手术结局的改善作用。

德为医疗仿真模型----复杂血管一次成型、精准模拟人体血管解剖结构与功能特性

本研究证实，通过开源软件与经济型打印机，医疗机构可高效制备高质量血管模型。而西安德为医疗等企业的技术突破，则让该领域从实验室研究走向规模化临床应用成为可能。3D打印血管模型不仅是复杂手术规划的有力工具，更在医师培养与医患沟通中展现重要价值。随着技术普及与企业创新能力的提升，3D打印将推动血管外科向更精准、更安全的个性化医疗方向发展，德为医疗也将持续以专业技术为行业发展赋能。