梅奧診所醫學中心使用Pro2 Plus 3D列印脊柱手術模擬器
免費提供3D列印脊柱手術模擬器用於醫學培訓
COVID-19的大流行，世界各地的醫療系統做出前所未有的快速反應。為了戰勝疫情，醫學領域將更加依賴3D列印、遠端醫療、人工智慧和機器人技術。危中有機，如果這次危機能夠加速創新和合作，那麼這場“大流行”將證明，來自不同領域的創新者，齊心協力對抗疫情，將在醫學技術突破方面發揮重要作用。
分享知識一直是梅奧醫學中心的願景，梅奧醫學中心神經外科的3D列印實驗室（B.R.A.I.N，生物技術研究和創新神經科學實驗室）的專家們已經為住院醫師和醫科學生在脊柱解剖與椎弓根螺釘固定方面的教學，設計了第一個開源的3D列印模擬器。
該模擬器被稱為“SpineBox”，可以在任何桌面級3D印表機上進行列印，成本不到10美元，可以發給接受過脊柱外科手術培訓的神經外科和骨科住院醫師，以便在休術期間繼續他們的實踐，而STL檔可以在Autodesk線上圖庫免費下載，或者通過此SpineBox的設計者和B.R.A.I.N的共同創始人，威廉克利夫頓Willian Clifton，同時也是一位佛羅里達梅奧醫學中心的神經外科住院醫師，和亞倫達蒙——一位梅奧醫學中心模擬中心的研究員和實驗室專家，兩人最近在Cureus上發表了一篇論文，論文描述了他們的研發過程，以及SpineBox在脊柱腰椎椎弓根螺釘固定的解剖學教育和訓練中的應用。
該研究旨在為世界各地的醫療機構提供一種經濟可行的方法來模擬脊柱外科手術，並鼓勵其他快速原型實驗室研究創新的方法來設計教育外科手術平台。依據文章所述，與其他外科專業相比，神經外科疾病的病例較少且總體發病率相對較低，這讓受訓者難以充分接觸手術流程，給他們成為訓練有素的外科醫生帶來了挑戰。
此外，隨著新冠病毒在世界大流行，校方停止了與病人的多方接觸，醫學院學生無法再參加培訓，陷入了停頓。在美國，超過90，000名醫科學生參與到抗擊疫情，他們幫助醫院執行呼叫中心任務，甚至為前線的醫護人員提供托兒服務。即使學生可以在今年重返校園，當前的疫情形勢也證明了可攜帶且獨立於醫院相關條件的學習工具的重要性。
由於會議取消、手術室利用率降低和隔離政策，疫情減少了全世界許多神經外科學習機會。在這項研究中，克利夫頓和達蒙表示，目前還沒有面向神經外科學生的手術模擬器，面向神經外科學生的模擬器正是他們渴望與醫學界分享的東西。
該論文的五位共同作者，包括克利夫頓和達蒙，以及梅奧醫學中心的神經外科醫生馬克·皮切爾曼、埃裡克·諾特梅爾和菲德爾·瓦萊羅·莫雷諾，決定實施這個項目，為世界各地的醫療機構提供一個成本效益高的模型。
在研究過程中，團隊在Raise3D Pro2 Plus 熔融沉積成型(FDM) 3D列印機上使用ABS線材成功列印了10個SpineBox。每個SpineBox，團隊花費30個小時和價值9.68美元的線材。
該團隊首先對一名成年患者的腰椎進行CT掃描，以生成能夠充分複製正常表面解剖結構的腰椎模型。然後將CT掃描上傳到開源3D切片平台，在此平台上分別選擇五塊脊椎 (L1-L5)，手動分離小平面關節和椎間隙以產生腰椎的單獨分割模型。五個腰椎模型中的每一個都被轉換成STL檔，之後上傳到CAD平台Meshmixer，該平台也被用來為脊椎模型構建一個虛擬的盒子。切片後的SpineBoxSTL檔被轉換成G-code，最終進行3D列印。
為了增強教育體驗，團隊決定通過設計一個軟屏障來複製人體皮膚軟組織結構，這樣醫學生就不會直接看到脊椎模型，從而提供一個擬真的外科手術環境，使他們能夠在更貼近現實的條件下操作。為了實現這個目標，他們需要切割柔性室內裝飾聚氨酯泡沫片，以適應模擬器外殼盒的尺寸(17.6 x 18.6公分)。組裝完成後，受訓者用手術刀切開泡沫片，並使用手術牽開器類比切口後軟組織的分離後，可以讓學生們看到手術腔，非常逼真。
如論文所述，克利夫頓和達蒙已經開始在傑克遜維爾的梅奧診所使用CAD和3D列印技術來製作“SpineBox”模擬器，模擬器是一次性的，能夠複製用於椎弓根螺釘固定手術的皮質-松質骨介面。
模擬器的主要目標是培訓初級神經外科受訓者在腰椎椎弓根螺釘固定上的的解剖學技術。
如論文中所述，團隊已經3D列印了10個SpineBox用於訓練，用於在50個腰椎位置放置總共100個椎弓根螺釘。
3D列印已經被證明，是一種可以為解剖學和流程學習提供重建解剖學關鍵點的技術。在脊柱外科領域尤其如此，就像克利夫頓和達蒙最初的仿生人體組織模擬器一樣，這是他們開發的另一種訓練模型，旨在説明數百名駐院醫生提高技能。此外，隨著世界各地的許多機構相繼購買3D印表機，醫療人員將需要更多開源和廉價的模擬器設計。
SpineBox模擬器代表了多年來專注於醫療保健教育創新的研究成果。此外，它還能改變醫學院培養醫生應對未來需求的方式，在新冠大流行時代這尤其重要，因為醫院和醫療程式在不斷發生變化。
克利夫頓和達蒙致力於利用3D列印技術來徹底改變外科醫生的教學方式，更讓我們欽佩的是，他們不斷改進設計並免費提供給世界上任何需要模擬器的機構。
