作者：秦霈，杨丽芳，西安市儿童医院麻醉与围术期医学科；左明章，北京医院麻醉科
3D打印技术诞生于20世纪80年代，是一种新型的快速成型技术，该技术利用可粘合材料，通过分层加工、叠加成型的方式来构建三维实体模型。目前的文献报道，3D打印技术在临床医学、医学模拟教学以及困难气道等方面发挥着重要作用。完成医学3D打印一般需要5个步骤：①选择目标区域；②收集相关影像学资料；③3D打印软件进行数字优化、建模；④选择适合机器材料；⑤打印产品。3D打印技术涉及不同种类，其中激光烧结、光聚合物喷射、熔融沉积建模在医疗领域应用最多。
随着精准医学的发展，临床中对更符合人体工程学和气道疾病特征的气道工具需求不断增加，3D打印技术因其个性化打印、精确成型、快速便捷等特点在气道工具领域中的应用越来越受到重视。因此，本文将从3D打印技术在定制气道管理相关工具、气道修复工具、气道教学工具以及气道3D打印技术目前存在的局限和未来展望四个方面做综述分析。
1. 3D打印定制气道管理相关工具
1.1 3D打印定制鼻罩和面部假体
新生儿因其特殊的面部特征，使用常规的鼻罩或面罩吸氧存在严重的漏气问题。来自西班牙巴塞罗那的BORRÀS-NOVELL等通过3D打印技术设计打印出新生儿个体化无创通气鼻罩，该鼻罩更贴合新生儿的面部特征，减少了漏气的发生率，保证了有效的氧供。香港中文大学的FAN等针对可预料困难气道中获得性颅面部畸形患者，通过移动三维扫描、计算机辅助设计和高分辨率3D打印技术，设计并打印出精确贴合患者面部的假体，该假体有效解决了麻醉诱导期的面罩通气问题，并保障了良好的氧合效果。
1.2 3D打印定制口咽通气道和新型胃镜咬口
目前临床上的口咽通气道存在型号有限、功能单一、不能完全满足特殊患者和特殊操作的需求。为解决这一问题，GÁLVEZ等采集了口咽部解剖数据，通过3D打印技术设计打印出个性化、可进行气管插管的口咽通气道，不仅能够满足通气的需求，还可在纤支镜的引导下直接进行气管插管，简化插管步骤，有效缩短插管时间。
1.3 3D打印定制牙齿保护套和新型口腔矫治器
口咽部手术通常需要开口器辅助打开口腔进行操作，但该操作有损伤牙齿和软组织的风险，尤其是处于换牙期的儿童，还存在牙齿脱落误入食道或气道的风险。通过3D打印技术设计打印出的个性化牙齿保护套，可以对牙齿起到很好的保护作用。该牙齿保护套也可用于气管插管或者硬质
1.4 3D打印定制喉罩
喉罩是声门上气道工具和困难气道管理工具。其与咽喉部周围组织的贴合程度决定了它的密闭性和通气效果。来自日本的KIMIJIMA等通过监测发现，3号I-gel喉罩对于亚洲女性偏大。随后通过扫描构建出I-gel喉罩的三维模型，将模型进一步改良后，通过3D打印机打印出产品。结果表明，改良型喉罩在较小的气道压力下就可获得更大的潮气量和更好的气道密闭性。
1.5 3D打印定制喉镜
来自耶鲁大学医学院麻醉科的WALKER等发明了能够辅助双腔气管导管插管的金属3D打印喉镜。为了节约能源绿色发展，DINSMORE等利用3D打印技术制造出一种可将麻醉医生手部的热量转换为电能，从而为喉镜供电的新型喉镜。LAMBERT等设计出一种可以连接手机或平板的低成本3D打印视频喉镜。与传统直接喉镜相比，该喉镜使声门更容易显露，并能实时获取插管过程中的视频和图片资料。3D打印的模拟教学视频喉镜，因其制作成本低廉，未来有可能会成为一种临床通用的气道工具。
2. 3D打印定制气道修复相关工具
气道支架是针对先天或后天原因导致气道狭窄或塌陷的患者所设计的一类气道内部或外部的环形网状支撑物。面对生长发育期的婴幼儿，目前临床上批量生产的气道支架不能满足患者生长发育的需求和不同疾病的病情需求。随着材料科学的进步以及3D打印技术的不断发展，新型3D打印支架不仅可以满足患者个体化的需求，还可用于评估气道支架的质量。
2013年，来自密歇根大学的ZOPF等报道了世界首例生物3D打印气管支架管被植入气管支气管软化症患儿体内。术后患儿恢复良好，生物材料与人体组织相容性良好，气管外夹板将在3年内被完全吸收。2016年来自空军军医大学唐都医院的黄立军教授及其团队报道了1例因气管结核导致主气道软化长达6 cm的病例。团队为患者量身定制了4D打印气管外支架。
4D打印比3D打印多了一个时间维度，是在3D打印的基础上，通过调控生物材料的种类和分子量，调控支架的降解周期，使支架逐渐被人体吸收，避免了再次手术的痛苦。2018年空军军医大学西京医院顾春虎教授团队报道了通过3D打印可降解夹板治疗肺动脉吊带伴严重双侧支气管狭窄病例。团队联合多学科共同为5月龄患儿研制了一种个体化、可降解、喇叭形的3D打印夹板，患儿术后8 h拔除气管导管，10 d后顺利出院。
3D打印技术结合生物可降解材料生产的气道修复产品既能有效解决患者气管狭窄的难题，又能避免气管内支架植入后的不良反应，同时避免二次手术带来的伤害，是未来气管支气管软化症的一种新型、有效且安全的治疗方法。随着材料科学的发展，形状记忆聚合物（shape memory polymer，SMP）的出现极大地促进了3D打印技术向4D打印的转变。SMP是一种刺激响应型材料，具有质量轻、恢复性能强、恢复条件温和、生物降解性、生物毒性低甚至无毒等特点。
这种“智能材料”与3D打印技术结合的4D打印技术可通过预先设定好其形变的方案，实现自我形变、自我组装、自我修复等多种功能，充分满足个体化的需求。2018年冷劲松院士团队申请了《一种4D打印形状记忆聚合物复合材料气管支架及其制备方法》的专利。该专利为气管支架的生产和应用提供了更加安全和精确的制作方案，也为气道修补物的设计和生产提供了可借鉴的思路。
未来的3D打印气道支架和气道修复物将是组织工程学、材料学和3D技术的完美结合，打印出来的产品不仅能够精确贴合解剖结构，还能够提供长效的支撑，可随人体的生长而发生变化，具有良好的组织相容性，并具有预防肉芽组织增生，促进新血管形成等特点。
3. 3D打印定制气道教学相关工具
因为尸源和动物标本的有限性和保存问题，以及涉及的伦理问题和生物危害等问题，高仿真的模拟教学已成为医学教育的一个重要组成部分。3D打印技术因其打印的模型更接近真实的人体组织且教具材料成本较低，同时既能实现批量化生产又可满足个性化打印需求，在临床上的应用越来越广泛。
目前，已有用于儿童气管插管操作训练的3D打印模型和困难气道插管模型。这些模型为学员提供了高仿真、可循环使用、低成本的儿童普通气管插管和困难气管插管练习平台。通过在模型上的练习熟悉插管流程，掌握插管方法，在以后的临床实践中可以提高一次插管的成功率，减少插管所致的组织损伤。这在医疗教育和培训领域有着巨大的潜力。西安市儿童医院麻醉与围术期医学科杨丽芳团队已成功建立正常成人上气道气管插管模型、小下颌综合征插管模型、气管狭窄插管模型和食管气管瘘插管模型。
纤支镜可以准确定位气管导管位置、检查气道结构并能吸引气道深部分泌物，在麻醉和相关手术中具有重要意义。但要熟练掌握其运用需要多次练习，在目前的临床实践中较难实现。因此，通过3D打印仿真模拟器进行相关的技能培训是一种成熟的训练方法。有研究首次将3D打印的支气管镜检模拟器与市售的支气管镜模拟器进行比较，结果证实3D打印模拟器在解剖学上的真实性明显高于商业模拟器，能够让学员更快地识别右上肺叶入口，更短时间将支气管封堵器放置于左主支气管，且成本更低。
硬质支气管镜检查在治疗
3D打印的气道模型通过还原真实的气道结构，让学员更直观地理解气道解剖，快速掌握气管插管、支气管插管和纤支镜等的操作方法，缩短气道用具的学习曲线，降低操作者所致的损伤，提高教学成效和学员的满意度。相信在不久的将来，各类插管工具和可视工具的3D模拟教学将会得到广泛应用，使越来越多的临床医生和患者受益，通过模拟培训也促进了不同地域医疗水平的同质化。
4. 气道3D打印技术目前的局限和未来展望
在气道工具领域，3D打印技术的应用实现了气道工具的个性化定制、精细化打印和科学化应用，满足了精准化医疗和个体化医疗的需要。但也存在一定的局限性：在气道管理工具方面，为了满足个性化需求并达到更好的临床效果，打印产品的精确度还有待进一步提高；在气道修复工具方面，现有的打印材料比较单一，还不能满足不同组织器官的打印需求，且生物3D打印材料的可靠性和安全性还有待大样本和长时间的随访数据和更多的临床研究来验证；在气道教学工具领域，因打印材料的限制，目前的教具从外观到触感还无法模拟真正的人体组织，还缺乏实时的反馈系统。
但是，我们相信，随着材料科学和组织工程学的不断发展进步，以及3D打印技术的不断迭代更新，以上问题都将迎刃而解，未来的3D打印技术将会给我们的临床、教学、科研和转化带来更多的创新和突破，为我们提供更精准、高效和安全的服务。
来源：秦霈,左明章,杨丽芳.3D打印技术在气道工具领域中的应用进展[J/OL].空军军医大学学报:1-10
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