随着社会的进步和人类生活质量要求的提高，由疾病、外伤等原因造成的器官缺损修复极大地推动了医学3D打印(Three-Dimensional Printing)技术的发展^{[1, 2, 3]}。3D打印技术是一种以数字模型文件为基础，利用计算机软件将做好的3D模型按照某一坐标轴切片，再通过3D打印机用金属粉末或者塑料等可粘合材料，逐层叠加的方式生产产品的技术，可以实现针对特定患者、特定需求的个性化生产，是传统制造技术所不可企及的。其另一大优点是可以清楚显示人体深部结构，适用于颅脑等复杂部位模型的建立，用于术前评估、手术预演、术中指导等方面。

这是3D打印技术的第一步，也是关键的一步，只有获得了完整、准确的数据资料才能进行三维重建。目前有多种数据采集方式，在医学领域，随着CT和MRI技术的发展，放射学诊断以其创伤小、分辨率高，成像快等优点成为最理想的数据获取手段^{[4, 5]}。

将采集到的数据导入三维重建软件，现在三维重建软件有多种：Agisoft PhotoScan Professional,VisualSFM，Mimics等，其中Mimics图像处理软件在医学领域得到广泛应用，通过该软件重建三维图像，导出保存为3D打印机能识别的文件格式。

通过软件将文件转换为打印机能读取的横截面信息，利用3D打印材料通过热融等方式逐层地打印出来，冷却后即成为一个整体。这种技术的特点是对需打印的物体形状无特殊要求，且打印的精度非常高。

三维医学图像多年前即应用于临床诊断和手术计划^[6]，现已广泛应用于临床各学科。将病人的CT或者MRI图像数据通过计算机软件处理技术使二维图像转变为三维立体图像，辅助临床医师对特殊部位进行分析。在神经外科方面，由于颅脑立体结构复杂，在手术操作中仅有三维图像是不够的，如果能结合3D打印技术将三维图像通过3D打印机打印出来，应用于术中指导，将有效提高手术的精确度，降低风险。

由于中枢神经系统的结构特殊性，通过传统的图谱、标本教学，神经外科年轻医师难以在短时间内掌握，即使是通过手术观摩，由于视角问题也不能很好地看清一些细微结构。如果用3D打印机1∶1地打印出这些细微结构，具体地展现在学生面前，将提高学习效率。杨治荣等^[7]已成功构建3D真人侧脑室解剖模型，让初学者对不规则的侧脑室形态有深刻印象。

脑和脊髓质地柔软、血供丰富、功能重要，一旦损伤可能导致严重后果，因此神经外科手术对术者的技术水平要求很高。术中医师要为病人负责，不可能频繁让年轻医师进行危险操作，这限制了年轻医师的成长。通过3D打印术区模型，让青年医师直接在模型上实施关键手术技能，亲身感受主刀的视野，这也是医学生在传统手术中无法获得的宝贵经验和财富所在。该技术能让青年医师缩短训练时间，尽早掌握相关手术技巧^{[8, 9]}。

颅内动脉瘤是指颅内动脉血管壁囊性膨出性病变，其容易在血压突然升高甚至无明显诱因的情况下破裂出血，常见于Willis 环的动脉分叉处，是自发性颅内出血，特别是蛛网膜下腔出血的最常见原因^[10]。其瘤壁薄，随时可能破裂，一旦破裂出血，治疗相当棘手，预后差，而且有相当一部分还会再次破裂出血，因此早期诊断，早期治疗是必要的。目前的检查方法有多种：颅脑CTA、MRA、DSA等，各种检查方法虽可发现大部分动脉瘤，且DSA还能提供血流动力学方面的信息，但因其拍摄角度的差别，特别是对于微小动脉瘤，更容易漏诊或误诊^[11]。通过CTA建立的模型允许利用计算机软件在三维空间任意旋转，从不同角度观察动脉瘤大小、与周围血管神经的关系、瘤颈的直径及与动脉瘤的位置关系，具有更直观的效果，能把动脉瘤的属性更真实地展现出来^[12],可以确诊直径大于3mm的颅内动脉瘤，还可以协助诊断小于3 mm 的动脉瘤，因此对颅内动脉瘤诊断具有重要的应用价值^[13]。进一步将三维图像通过3D打印机打印出来，还可为动脉瘤栓塞、夹闭等高难度手术设计提供正确合理的指导。

由于颅脑解剖结构复杂而精细，手术时稍有不慎就可能损伤重要结构导致严重后果，尤其是在蝶鞍区、脑干等部位。在这些部位的手术可以充分体现3D打印的优越性。术前将病灶模型打印出来，可以让医生详细了解肿瘤的位置、形状、大小、血液供应及其与周围血管神经、重要核团的关系，还可确定手术入路、病灶切除范围等，能在达到手术效果的同时最大限度地保护正常组织，减少副损伤，有效降低并发症和后遗症的发生率。据报道，中南大学湘雅医院成功完成世界首例应用3D打印技术指导手术切除鞍区巨大脑膜瘤，患者术后恢复良好^[14]，显示了3D打印的巨大优势。

颅颈交界区畸形的常见原因是先天发育异常，它是“枕寰枢复合体”即枕骨大孔区、寰椎、枢椎骨质发育异常并伴有神经系统症状的一种先天性畸形。其表现各式各样，很难用单一手术方式达到治疗目的。若要采取合理的治疗方案，必须施行个体化治疗原则^[15]。高方友等^[16]采用3D打印技术建立了针对不同病例的个性化模型，在模型上进行模拟手术，获得符合不同病人的置钉内固定资料，辅助真实手术，可提高置钉成功率及手术安全性，更好地保护椎动脉及脊神经，也能提高评估置钉成功与否的准确性。

重度颅脑损伤、大量脑出血等手术时常常遇到需要去骨瓣外减压的情况，需二次手术行颅骨缺损修补。随着科技的发展，修补方法也经过了多次改进。自体骨组织移植术虽可以取得一定疗效，无排异反应，但需损坏其它部位的健康骨组织，可导致并发症及附加损伤^[17]，因而逐渐发展为骨水泥、有机玻璃等材料，由于后者的排异反应、皮下积液、感染等并发症以及塑形困难等缺点，已被电脑塑形钛网等其它材料所取代。根据个体颅骨缺损部位模型制作贵金属假体，耗费时间长、材料利用率低，造成生产产品的费用较高，加大了病人的经济负担。3D 打印技术直接根据计算机三维图像利用3D材料直接打印产品，能简化工序，缩短生产时间，降低成本，使得生产一件产品和批量生产的单价相同^[18]。目前已能利用3D技术重建需要修补部位的颅骨模型，用可植入材料通过打印机打印出来，直接移植到病人身上，对缺损部位进行永久性替代。据报道，2013年3 月4 日美国神经外科医师用聚合物3D打印了一名男性病人75%的颅骨并成功为该病人实施了手术，这是获得美国食品和药物管理局许可后进行的第一例3D打印颅骨修补手术^[19]。Guillemot等^[20]将细胞和生物材料通过激光3D打印系统直接打印在小鼠颅骨缺损部位获得成功,若该技术进一步发展，成功应用到神经外科临床工作，对颅骨缺损的病人将又是一大福音。

英国著名机械人工程师Lipson曾指出，3D打印将在医学领域兴起一次变革^[21]。它能改变神经外科传统教学模式，形成了以学生为主体的新教学方式^[22]，变被动为主动，极大地调动学生的学习积极性和主动性，扩展其视野，学到日常书本上难以学到的诊断思维和手术技巧，受益于广大学生。随着科学技术的发展，人体3D物理模型都将获得高保真快捷的打印^[23]，采用3D技术打印出病变模型可极大提高神经外科疾病的术前诊断水平，并辅助更好地完成手术，因而可缩短手术持续时间进而减少手术并发症^[24]，甚至完成一些既往无法完成的新手术，造福于广大病人。同时，利用模型向病人讲解病情，将更加真实具体、通俗易懂，简化医患沟通，促进医患关系和谐发展。