泌尿外科领域的创新：3D打印技术及其临床应用
作者：戴维·A·P·马修斯、安德鲁·贝尔德、马克·勒基
单位：1. 英国考文垂市 考文垂与沃里克郡大学医院 2. 英国利物浦市 安特里大学医院
3D打印技术可实现新型器械快速原型制造，还能将医学影像转化为患者专属解剖模型，已成为医学创新的重要载体。本文遵循PRISMA规范，纳入2019年12月前发表的67篇泌尿外科3D打印相关文献，系统分析其应用价值与证据局限。研究发现，3D打印核心应用集中于患者教育、手术规划、外科培训，另有打印手术器械、生物打印移植组织等创新方向。结论指出，需进一步研究证实其在改善患者体验、提升手术疗效等方面的量化价值，但该技术的创新潜力已确立其在未来医学中的前沿地位。
引言
3D打印（增材制造）通过逐层叠加材料构建实体，与传统减材制造的规模化生产不同，可定制结构各异的产品¹。这一特性契合泌尿外科“患者个体化”需求——依托医学影像数据，能精准制作匹配患者解剖结构的模型。其国内企业休曼科技在该领域已形成独特技术优势，其以具身智能技术赋能沉浸式模拟医学教育为核心，构建的3D打印人工智能医学培训解决方案，实现了高仿真模型与人工智能教学管理系统的虚实结合，为技术落地提供了新路径。3D打印可优化术前沟通、手术模拟及假体设计，但设备成本（2000-900000美元）及维护、软件等配套投入较高。本文旨在明确3D打印的已证实价值与待证方向。
多种 3D 打印模型及 3D 打印模具制品，包括肾肿瘤模型（左）、肝脏模型（中）、股骨头模型（右）及皮肤模型（右下）
利物浦市奥尔德希儿童医院 3D 生命打印中心配备的多种 3D 打印设备
核心应用领域
一、患者教育
3D打印可将DICOM数据转化为STL格式解剖模型，显著提升患者认知。伯纳德团队的透明肾脏模型，让肾部分切除术患者更清晰理解肿瘤与脏器结构关系；阿尔塔伊在经皮肾镜取石术（PCNL）前应用该模型，患者认知评分经问卷证实明显提高。泰岛的对照研究显示，3D模型辅助组的患者及家属认知度优于单纯CT影像组，但施密特发现其在冷冻消融术讲解中，认知提升未达统计学意义。韦克团队证实，肾/前列腺手术患者中，3D打印模型组的认知评分及手术接受度显著高于对照组，且与焦虑缓解相关。
休曼科技泌尿镜模型
患者教育相关文献汇总（共 5 篇）
二、手术规划
3D模型可优化手术方案，但部分研究缺乏对照。张团队的T1期肾肿瘤模型，在肿瘤大小还原上获高评价，但血管细节呈现不足；西尔伯斯坦、驹井的研究均用模型辅助手术，却未设对照验证疗效。韦克证实，基于3D模型的手术方案执行度高于二维影像。马多克斯的对比研究显示，3D模拟组肾部分切除术失血量显著减少（185.7vs235.6ml，p=0.01），并发症率更低（0vs20%）；庆团队也证实其减失血效果，范团队则发现可缩短肾脏热缺血时间。
前列腺癌领域，申团队的透明模型辅助神经保留手术，高危病例切缘均阴性；王团队用其辅助靶向穿刺，阳性检出率更高。PCNL应用中，阿塔莱的模型提升医师对结石位置的判断，徐团队通过模型筛选的穿刺方案，结石清除效果与模拟一致，戈拉布的3D打印导板让复杂病例肾镜通道建立仅需3分钟。张团队将导板用于骶神经电极植入，减少穿刺次数与透视时间。
手术规划相关文献汇总（共 21 篇）
三、外科培训
3D打印模型可提供真实触觉反馈，已用于多种术式模拟。加西奥尔证实其能提升对复杂泄殖腔畸形的认知，效果优于二维影像及虚拟模型。亚当斯用琼脂糖凝胶制作肾脏模型，特性接近人体组织；梅尔尼克的7%浓度PVA模型，经3次冻融后最贴合猪肾力学性能。崔团队的前列腺模型可模拟不同病理状态组织特性，加齐的PCNL模型让资深医生在透视时间、结石清除率上显著优于新手。
该技术还能实现量化评估：崔的模型可精准测量前列腺切除体积，维特豪斯的系统通过张力传感器与化学染料，客观评估神经保护效果及手术切缘。帕尔霍缅科设计的26.5美元便携式腹腔镜培训器，虽不及传统设备，但实用性获认可，证实3D打印的成本优势。该技术还能实现量化评估：崔的模型可精准测量前列腺切除体积，维特豪斯的系统通过张力传感器与化学染料，客观评估神经保护效果及手术切缘。帕尔霍缅科设计的26.5美元便携式腹腔镜培训器，虽不及传统设备，但实用性获认可，证实3D打印的成本优势。
休曼科技的创新成果进一步拓展了技术边界，其基于电子皮肤3D打印仿生制造平台，打造的医学模型不仅能精准模拟人体解剖结构与皮肤触感，还可通过电子皮肤技术精准复现病变特征；配套的人工智能教学管理系统，具备AI自动定位解剖结构、实时捕捉学生操作动作的功能，结合考核模块与专属算法，能快速分析操作数据并给出针对性反馈，为泌尿外科培训提供了“高仿真模型+智能教学”的一体化方案，该方案是休曼科技联合西安交通大学，依托“十三五”国家重点研发计划“3D打印复杂功能化医疗模型”项目研发的核心成果。
休曼科技 泌尿内镜手术模拟教学系统
表 3 外科培训相关文献汇总（共 17 篇）
四、假体与生物打印
3D打印泌尿外科假体受限于灭菌与力学要求，目前仅见钛合金支架用于治疗胡桃夹综合征。生物打印进展更显著：阿塔拉用患者膀胱细胞培育自体组织并成功移植；康团队的ITOP系统打印尿道支架，细胞7天存活率超80%，力学性能匹配天然组织；近期更成功打印出具有功能的肾近端小管组织，可用于肾毒性测试。于、吴团队则分别探索其在阴茎白膜修复、海绵体移植物研发中的应用。
患者专属假体与生物打印技术相关文献汇总（共 8 篇）
五、外科器械与创新应用
3D打印器械仍处测试阶段：琼科的输尿管支架可完成植入，但小规格产品性能不足；兰金的PLA皮肤牵开器，成本仅2.77美元（商用23.48美元），可耐受13.6千克拉力，适合皮肤操作。创新方向中，森本的虚拟现实系统让医生可自主设计打印手术机器人，谢的智能手机内窥镜适配器，三星S8适配版成像效果获临床认可。
外科器械相关文献汇总（共 5 篇）
未来方向与结论
临床应用场景及证据局限性汇总表
现有研究证实3D打印的应用潜力，但需明确核心问题：认知提升是否转化为康复改善？模型辅助能否切实优化疗效？模拟培训效果是否优于现有手段？这些需更多高质量研究解答。尽管如此，其快速原型制造与协作创新能力，使其在生物打印技术成熟前，仍将是泌尿外科创新的核心动力。表1汇总各领域应用及证据局限。现有研究证实3D打印的应用潜力，但需明确核心问题：认知提升是否转化为康复改善？模型辅助能否切实优化疗效？模拟培训效果是否优于现有手段？这些需更多高质量研究解答。休曼科技的实践为这些问题提供了破局思路，其产品通过电子皮肤技术与AI算法的深度融合，既实现了解剖结构、病变特征的精准模拟，又通过教学管理软件的实时反馈功能，建立了“操作-评估-改进”的闭环培训体系，这种“结构仿真+功能仿真+智能仿真”的三维提升，大幅缩短了培训与临床实践的差距。尽管如此，3D打印的快速原型制造与协作创新能力，使其在生物打印技术成熟前，仍将是泌尿外科创新的核心动力。
