3D打印(three-dimensional printing)技术的兴起，给传统的制造、医疗、文创、航空航天等产业带来了巨大的冲击和变革。其中，3D打印技术在医学领域中的研究更是引人瞩目，在国内外掀起了3D打印技术在该领域中的发展热潮^[1]。神经外科是医学领域中最具挑战的科室之一，由于神经系统解剖结构复杂，功能精细，神经系统疾病错综复杂，给神经外科医师带来了巨大的挑战和困难，给医疗安全亦带来巨大的隐患。近年来，3D打印技术在神经外科领域中取得了快速的发展，现将3D打印技术在神经外科领域的研究现状和应用前景综述如下。

3D打印技术兴起于20世纪80年代，最早应用于工业领域。它先通过计算机辅助建模，然后用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层堆叠累积的方式构建起来，因此又叫添加制造(Additive Manufacturing)技术。根据美国材料与试验协会ASTM2009年成立的3D打印技术子委员会的定义，3D打印技术是一种与传统的材料去除加工方法相反的，基于三维数字模型的，通常采用逐层制造方式将材料结合起来的工艺^[2]。3D打印技术的内容涵盖了产品生命周期前端的"快速原型"(rapid prototyping)到全生产周期的"快速制造"(Rrapid manufacturing)，以及其他所有相关的打印工艺、技术、设备类别和应用^[3]。目前，应用较多的3D打印技术主要包括光固化立体印刷(SLA)、熔融沉积制造(FDM)、选择性激光烧结(SLS)和三维喷印(3DP)等^[4]。随着电子设计的进步，成本的降低，该技术正日益广泛用于日常生活和消费市场，并逐渐开始用于医学领域^[5]。

随着医学个体化需求的不断扩大，3D打印技术在医学领域中的应用研究发展迅速。目前3D打印技术在医学领域的应用主要分为3类：(1)医学模型的打印：主要用于手术计划、练习和教学，还可以通过模型向患者展示疾病情况，增加患者对疾病的理解；(2)个体化医疗器械/组织工程的制造：主要用于个体化假体或辅助器械的植入；(3)通过3D生物打印，制造出人工器官和组织，用于器官的移植。

3D打印医学模型：医学模型的制造是3D打印技术在医学领域中最直接、最基本的应用，通过打印出不同的器官和病变的模型，能将器官或病变内部构造的细节逼真地、可视化地呈现出来。外科医生可以根据这些器官或病变的模型，在术前对一些复杂的手术进行手术设计和演练，以确保手术的成功，降低手术的风险，减少手术的并发症。3D打印技术所具有的优点能够满足构建3D模型的需求，在手术设计、操作演练和培训教学等方面具有广阔的应用前景和极高的应用价值。而利用这些模型，还可以对低年资的医生进行培训，从而提高低年资医生的手术熟练程度和积累经验，起到培训和教学的作用^[6]。由于缺乏医疗知识，患者及家属往往对疾病认识不足，而通过3D打印技术将患者的病变模型逼真的打印出来，可以提高患者对自己疾病的认知程度，从而有利于医生向患者及家属告知和解释病情^[7]。

3D打印医疗器械和(或)组织工程：3D打印技术在医疗器械和组织工程中的已经得到了广泛的应用，如在骨科个体化钢板、人工关节、假肢的制造，以及耳鼻喉科中个体化人工外耳道、助听器、个性化种植牙等方面已经有了初步的探索应用^[8]。Zopf等^[9]利用3D打印技术，制造出可降解人造气管，植入一例先天性气管软化症婴儿的气管，并且几年后人造气管自行降解，不会影响患儿自身气管的发育和功能，取得了良好的效果。利用3D打印技术，用3D可打印石墨(3DG)制造出来的支架，具有很好的生物相容性和术中可操作性，而且还可以根据病情的需要，打印出个体化的支架，具有很好的应用前景^[10]。利用3D打印技术，用羟磷灰石(HAP)和碳酸三钙(tricalcium phosphate，TCP)作为打印材料，可以制造的个体化陶瓷支架，也具有很好的生物相容性和应用前景^[11]。

3D打印人工器官和组织：生物打印是3D打印技术研究中最前沿的领域，是最具有价值的技术，可以直接打印出功能性的人体器官和组织。器官和组织3D打印技术指在计算机的精确控制下，将细胞与凝胶材料混合在一起，进行层层堆积成形。3D生物打印最大优势在于复杂外形与内部微细结构的一体化制造，可以根据患者的个体化需要进行个体化打印出各种器官和组织^[12]。而更为先进的是利用干细胞为打印材料，按照3D打印技术制作出来的组织，会形成自给的血管和内部结构^[13]。Gaetani等^[14]通过3D打印技术打印出心肌组织，在培养1和7 d之后，心肌细胞的活性仍能分别保持在92%和89%以上。目前已经有利用3D生物打印技术，打印出微型肝脏、微型肾脏等报道，而且这些器官具有一定的功能，但是用于移植还需要进一步的研究^[15]。利用3D打印技术，打印出皮肤组织，可以用于烧伤患者的皮肤移植^[16]。而将皮肤细胞和人间充质干细胞打印出的皮肤组织，不但可以用于皮肤的再生，还可以用于干细胞的治疗^[17]。目前，利用3D生物打印技术，已经可以打印出皮肤，骨组织，人造血管，心脏瓣膜等，均呈现出了很好的应用前景。

神经外科所涉及的神经系统解剖结构复杂，功能精细，病变更是错综复杂，给手术和教学带来很大困难。神经外科医师的工作对象是人体最复杂精密的解剖结构，尤其是形态极其不规则的颅底骨质，和其上的脑组织、血管、颅神经等，再加上众多的神经系统肿瘤和血管畸形等病变，使复杂而狭小的颅腔内结构产生了巨大的变化，一般的影像学很难直观的呈现出颅内病变的结构，处理这些病变给神经外科医师带来了极大的困难和挑战。颅内血管更是结构复杂，血管病变千变万化，即使是具备丰富的临床经验与解剖知识的医生，拥有娴熟的神经介入操作技术和高清晰的影像设备，在处理颅底血管病变时也面临巨大挑战和困惑。而利用3D打印技术，可以将影像学数据转换成3D打印数据，从而制备复杂颅底肿瘤和血管模型，利用这些模型，神经外科医师可以进行手术计划、手术演练、教学等^[18]。

血管病是3D打印技术在神经外科临床中应用最为广泛的领域之一，因为动脉瘤手术对神经外科医师的技能要求和对解剖的掌握要求非常高，手术前的培训和手术模拟训练对动脉瘤的手术医师至关重要，而3D打印技术的出现，为动脉瘤手术医师提供了必要的训练模型^[19]。利用3D打印技术可以将动脉瘤逼真、精确的复制出来，为神经外科医生在术前提供了理想的可视化模型，从而进行手术计划、模拟和训练^[20]。Mashiko等^[21]利用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(acrylonitrile-butadiene-styrene)作为原材料，利用增强CT扫描出的数据，打印出中空的有弹性的动脉瘤模型，然后在术前用这些模型进行手术计划和演练，达到了术前评估的增加手术熟练程度的效果。Anderson等^[22]利用聚乳酸(polylacticacid)和MakerBot弹性材料(MakerBot Flexible Filamentreplicas)将DSA的影像数据转换成3D打印数据，从而打印出精确的动脉瘤模型，这种可视化的逼真的动脉瘤模型，为神经外科医师进行术前评估和手术计划提供了极大的便利。这种通过3D打印技术制造出的逼真的，精确的动脉瘤模型，为神经外科医师进行教学、模拟和训练提供了非常有用且低廉的工具^[23]。Namba等^[24]也利用3D打印出动脉瘤模型，然后通过在动脉瘤模型中选择合适的微导管，可以在术前为病人选择特定的微导管，从而减少了介入手术的难度和操作风险。鉴于目前的技术和材质，虽然3D打印制造的动脉瘤模型非常精确，误差<125 μm，但是在打印直径<2 mm的血管和非常扭曲的血管时，还有一定困难^[25]。相信随着技术的不断提高和新的打印材料的开发，一定会为神经外科医生制造出更加理想的动脉瘤模型，从而为临床和教学提供一定帮助。Kim等^[26]通过体外培养鼠脑内皮细胞，利用3D打印技术，将细胞打印在圆筒状的胶原微通道上，体外培养3周后，重建出了具有通透功能的脑微血管系统，该系统具备血脑屏障功能，不但可以为血脑屏障相关的疾病的研究提供模型，还可以为中枢系统的药物研究提供理想的模型。

利用不同材质，通过3D打印技术，可以打印出不同质地的带有病变的模型，可以为低年资的神经外科医生提供非常理想的训练工具^[27]。由于捐献的标本常常已脱水干枯，且有脑室疾病的尸体非常稀缺，脑室镜的训练常常不是十分便利和令人满意。Waran等^[28]将病人的CT和MRI影像资料转换成3D打印信息，采用不同的材质，利用3D打印技术，分别打印出质地和正常人的皮肤、头骨、硬膜比较相近的模型，再将脑室系统安置上阀门，使脑室系统内的水保持一定的张力，从而为脑室镜的训练提供了理想的模型。利用功能磁共振(fMRI)影像转化的数据，利用3D打印技术可以制造出病人个体化的脑模型，通过不同的颜色和质地将肿瘤直观的展现出来，而这种模型的误差<0.5 mm，可以为手术医师提供精确的手术计划和手术模拟的模型^[29]。而通过3 d打印技术制造出的包括鼻腔、鼻旁窦、蝶窦以及蝶鞍内垂体的颅骨模型，可以为经鼻蝶内镜手术提供非常理想的模拟工具，其精确程度非常接近原始的解剖结构^[30]。

3D打印技术在神经外科领域中的得到广泛应用的另一项研究就是3D打印颅骨成型技术^[31]。Kim等^[32]利用3D打印技术，用聚甲基异丁烯酸(PMMA)，在术前将头颅CT扫描数据转化成打印数据，打印出颅骨模型，然后将这些模型植入颅骨缺损部位，达到了非常完美的效果，所以颅骨修复的病人达到了双侧对称，且颅骨的曲度也非常完美。

目前来看，3D打印技术在神经外科领域中应用最多的还是疾病模型的打印，主要用于教学和个体化精准治疗，以及打印出精细的颅骨缺损修补组织，用于颅骨的修补。国内已经有3D打印技术辅助下进行神经介入、颅骨修补等报道。但是，在3D生物打印器官和组织等方面，尚未见报道，如何利用3D生物打印技术打造出神经元或神经鞘来进行神经损伤的修复是最具挑战也最有应用前景的研究。

3D打印技术虽然技术先进，发展迅速，但是在医学领域中的应用也面临着巨大的挑战。首先，由于受多种因素的限制，打印设备的精度速度和效率还不够高，打印精度与速度之间存在严重冲突。而且打印生物材料多局限于化学聚合物，缺乏理想的打印材料，打印产品成本较高，还不能得到广泛的应用。在生物3D打印技术方面，不但需要相关的生物技术和设备来辅助，还需要多学科的合作。因此，3D打印技术，要想在医学领域中得到广泛而深入的应用，仍面临着巨大的挑战。

然而，从长远来看，3D打印技术在医学领域中的应用具有较为广阔的发展前景，但是需要有长远的规划和多方面的合作。首先，应该加强临床医生和3D打印技术人员的交流合作，根据临床的需要，设计和打印出能辅助临床工作的产品。在3D打印医疗器械和组织工程方面，一定要从基础研究开始，先开展临床前的研究，待时机成熟，再转化成临床研究，从而开发出安全有效的3D打印器械和组织。在人才培养方面，要着重培养既懂医学，又懂3D打印技术的复合型人才，为3D打印技术在医学中的应用和发展储备人才。从国家方面，应该制定一系列促进3D打印技术在医学领域中的研究计划，加强这方面的投入，鼓励3D打印技术相关的企业和产品研发。只有医、教、研、产齐头并进，才能促进3D打印技术在医学领域中的快速发展和广泛应用。

综上所述，由于3D打印无可比拟的优势，3D打印技术在医学领域中得到了迅速的发展，给医疗卫生行业技术革新提供了强劲的动力。在神经外科领域中，由于复杂的解剖结构和千变万化的疾病，给神经外科医生带来巨大挑战，而通过3D打印技术，可以打印出逼真的、精确的、可视化的病理模型，为神经外科医生在术前进行手术计划、手术演练和培训提供了便利。通过3D打印，还能快速的为颅骨缺损患者制造精确的颅骨模型，还可以根据动脉瘤患者提供良好的个体化支架。总之，3D打印技术在神经外科中的研究取得了迅速的发展，应用前景十分广泛。