在過去的幾年中，在教學醫院的世界里出現了從某種意義上可以說是一場3D打印革命的潮流，從歐美到中國，我們已經看到3D打印的手術模型被用于大幅提升手術成功幾率。這些3D打印模型通常是根據CT或MRI掃描結果來精確復制患者體內出問題的部分，使得醫生在進入手術室之前就能夠認真準備手術的每一步。不過目前有一個問題就是3D建模過程相當耗時而復雜。

為了解決這個問題，來自麻省理工學院（MIT）和波士頓兒童醫院的研究人員日前宣布開發出了一種系統，可以在數小時內將MRI掃描數據轉化成可3D打印的醫療模型。

據了解，這個新系統將在幾周后舉行的醫學圖像計算與計算機輔助干預國際會議（International Conference on Medical Image Computing and Computer Assisted Intervention）上正式發布。該項目的第一作者是MIT電氣工程和計算機科學專業的研究生Danielle Pace。她領導著分析軟件的開發，而波士頓兒童醫院的物理學家Medhi Moghari也做出了不可或缺的貢獻。Moghari主要負責開發優化掃描精度的程序。心臟病專家Andrew Powell則負責這項研究的臨床應用。所有的研究資金都來自于波士頓兒童醫院和Harvard Catalyst的資助，后者主要關注臨床科學方面的創新。

目前，這個新系統仍處于開發階段——預計將在秋天由七位心臟外科醫生對其進行評估研究——但它看起來非常已經非常不錯。該項目負責人及MIT電氣工程和計算機科學教授Polina Golland教授在該校網站上解釋說，這樣可以使3D打印的手術模型變得司空見慣。

這里稍微解釋一下，MRI數據主要是由任意3D模型——甚至包括人體的部位——的一系列橫截面組成的。而這些橫截面是由諸多明暗不同的區域組成的。現在，從計算機視圖上，這些區域的邊界一直難以精確查明，而一些算法通常被視為無法生成可供外科醫生使用的可靠的精確模型。雖然有一些針對通用模型的增強算法，比方說，人的心臟，可以讓它們更精確，但是當醫生要對不規則的心臟做手術的時候，它毫無用處。事實上，它可能還會使情況變得更糟。

那么，在制作3D打印模型時，MRI數據有什么用？設計師們在手工制作模型時主要依靠這些橫截面，但是這往往需要長達10小時以上的時間。“他們希望對孩子們進行掃描，花上大概一兩天計劃他們打算如何進行手術。”Golland介紹手術的常見流程時說，“如果還需要一天時間去處理圖像，就變得很不方便。”

但是，由Pace和Golland開發的解決方案選擇了一個中間道路。對于每個3D模型，人類專家只需識別幾個截面的邊界，然后該數據被輸入一種圖象算法。獲得的結果非常好，即使專家只看了總面積九分之一，從200張截面中分辨出14個小塊，就足以獲得90％的一致率（agreement rate）。值得注意的是，這種方法只需要一個小時左右即可生成一個模型，然后3D打印可能用時會多一點。

雖然仍處于開發階段，Golland認為，該算法的性能可能會通過增加整個橫截面上的小塊區域加以改進。除了其他的幾個創新之外，這可能是實現準確快速地3D建模和打印的關鍵。

為了測試該系統，科學家們已經為其設計了一項臨床研究，這將涉及到在波士頓已經被治療過的10名患者。他們的MRI數據將供7名外科醫生研究，這些醫生將獲得3D打印的實體模型、3D數字模型和數據，并用它來制定手術方案。這些反過來會與實際進行的治療方法相對比，并且有希望指明這項技術會在那些方面使外科醫生受益和提高手術成功率。