“做得太好了，真了不起”！“簡直就是一場革命”。看到質感與(yu) 實物相似且精致再現了形狀的樹脂心髒模型的心髒外科醫生們(men) 紛紛發出讚歎（圖1）。開發該模型的是核心業(ye) 務為(wei) 利用3D打印機試製產(chan) 品的日本CrossEffect公司（總部：京都市）。該公司的軟質心髒模型得到了醫生等的高度評價(jia) ，並獲得2013年度“第五屆產(chan) 品製造日本大獎內(nei) 閣總理大臣獎”。

圖1：CrossEffect的軟質心髒模型

    除了外形、心室、心房的內(nei) 部形狀之外，還以中空的方式再現了大動脈和冠狀動脈（a、b）。標準款的售價(jia) 約為(wei) 20萬(wan) 日元，完整款為(wei) 40萬(wan) 日元左右。還提供可供用戶輕鬆導入的學習(xi) 用低價(jia) 款“Cardio Model E.V”（c）。售價(jia) 隻有3.5萬(wan) 日元。標準款的模芯是一次性的，而Cardio Model E.V預先刻好了印跡，可以取出模芯再次使用。

    根據CT數據製作3D模型

    CrossEffect開發的心髒模型（該公司稱之為(wei) 生物模型）以CT掃描數據為(wei) 基礎，各個(ge) 細節部分都能逼真地再現。而且，質感也與(yu) 真實的心髒接近。如果能夠製作出心髒病患者的心髒模型，就能再現病灶的情況，這樣便可在手術前探討如何以最短距離接近病灶，在手術中減輕患者的負擔。

    而且，醫生還可以利用心髒模型進行手術模擬。可預先了解患者的心髒狀況，避免正式手術時的無用動作及失誤，以便提高手術效率。

    前來洽談的客戶中打算在開發導管*及手術機器人等醫療器械時將心髒模型應用於(yu) 實驗用途，此外，還有客戶已將其用作醫科學生的實習(xi) 工具。如果有內(nei) 部既能看到又能摸到的模型，就能直觀地掌握複雜的心髒構造。CrossEffect代表董事竹田正俊表示，“心髒模型就象是本立體(ti) 教科書(shu) ”。

    * 導管：插入血管內(nei) 的軟管。

    補充不清楚的數據

    心髒模型的製作過程如下。首先，使用軟件根據CT數據製作出3D模型的心髒數據（圖2）。除了心髒之外，CT數據還會(hui) 顯示出周圍的髒器、骨骼及脂肪等。但真正需要的隻是心髒的數據。因此，需要去除周圍的髒器、脂肪、心包膜等不需要的數據，然後再對拍得不清楚的部位進行數據補償(chang) 。

圖2：心髒模型製作流程

    先使用軟件使CT數據實現三維（3D）模型化，進行補償(chang) 和篩選之後，製作出心髒的3D數據。然後，再根據3D數據，利用3D打印機製作出母模，並製作出矽模具。最後為(wei) 矽模具注入由兩(liang) 種組分混合而成的軟質發泡聚氨酯樹脂來製作心髒模型。

    製作好心髒的3D數據之後，要用3D打印機來製作心髒模型。該模型連血管、心室、心房等內(nei) 部結構都能細致地再現出來。

    但是，用3D打印機製作出來的硬質樹脂模型，無法用於(yu) 以手術刀切開心髒的手術模擬用途。因此，CrossEffect以此為(wei) 母模，使用矽材料製作出了模具。然後向模具內(nei) 澆注了使兩(liang) 個(ge) 組分混合後會(hui) 固化的澆鑄用軟質聚胺酯樹脂，運用真空澆鑄技術製作出了心髒模型。這樣，連心室內(nei) 部及中空的冠狀動脈都能再現的心髒模型就完成了。

    竹田稱，“關(guan) 鍵在於(yu) 數據的製作和模具”。如上所述，根據CT數據製作的3D模型需要進行選擇和數據補償(chang) 。必須能夠清楚地判斷出哪些區域是心髒，哪些是不需要的數據，以及看起來有空隙的地方是心髒病造成的組織缺損還是CT數據缺失。竹田表示，“數據的篩選和補償(chang) 工作需要具有專(zhuan) 業(ye) 的醫學知識”。最初，CrossEffect與(yu) 滿口醫學術語的醫生交流起來非常吃力，花費了很長時間才做到了無障礙溝通。據該公司介紹，開發負責人捧著醫學書(shu) 籍自學了醫學知識，現在已經可以用郵件與(yu) 醫生進行專(zhuan) 業(ye) 交流了。

    一次性造型出複雜形狀

圖3：肝髒模型

    在用顏色區分開血管及膽管等部位之後，再用半透明軟質樹脂製作出整個(ge) 肝髒。內(nei) 部構造一目了然。

    此次隻用複製了外觀形狀的一對矽模具和複製了內(nei) 部構造的模芯，就一次性製作出了心髒模型，這項技術也是CrossEffect的驕傲。要再現形狀交錯複雜的心髒時，因為(wei) 從(cong) 模具中取出模芯時妨礙取出操作的形狀、即倒扣（Under Cut）部位比較多，所以無法輕鬆打開模具或取出裏麵的模芯。但是，該公司的軟質心髒模型可以一次性造型出來，無需過後再將分割成多個(ge) 部分的造型產(chan) 品連接在一起。

    心室及心房的內(nei) 部結構是尤為(wei) 複雜的“終極倒扣部位”（竹田）。雖然該公司並未公開詳細的造型方法，但估計采用的造型方法類似於(yu) 使複製了內(nei) 部形狀的模芯溶解掉的消失模型。據CrossEffect介紹，現在，該公司在收到CT數據之後，最短4～5天左右就能交貨。

    目前，CrossEffect製作的不僅(jin) 僅(jin) 隻有心髒。還可以根據訂單製作肝髒及肺等多種髒器。既有軟質的模型，也有外側(ce) 用硬質透明樹脂製作、內(nei) 部結構一目了然的模型，可按照不同用途提供多種生物模型（圖3）。

    客戶遍布多種行業(ye) ，醫療隻是其中之一

    CrossEffect開發心髒模型的契機是，有人谘詢該公司能否用樹脂再現一名患有先天性缺損心髒病（需要進行外科手術）的幼兒(er) 心髒。大阪國立循環器官疾病研究中心的一名醫生在了解到該公司從(cong) 事樹脂試製品製造業(ye) 務之後，對其提出了這樣的要求。

    這名醫生說，如果有CT數據，就能在計算機屏幕上看到三維心髒模型，但為(wei) 了加深對心髒的了解並在手術前進行練習(xi) ，很想購買(mai) 一個(ge) 可以觸摸著進行手術練習(xi) 的模型。但這種模型很難實現與(yu) 真實心髒接近的柔軟質感。

    那名醫生稱，約1％的幼兒(er) 出生時患有先天性心髒病，其中40％左右需要進行外科手術來治療。這名醫生的想法是，為(wei) 了避免對幼小的心髒造成負擔，希望能夠在手術之前驗證一下能否以最短距離到達患處。#p#分頁標題#e#

    CrossEffect原來一直以“全球最快試製速度”為(wei) 目標，承接機電廠商等的產(chan) 品試製業(ye) 務。現在客戶已廣泛遍布家電、娛樂(le) 用設備、工業(ye) 設備等多種行業(ye) 。在與(yu) 各行各業(ye) 的客戶打交道的過程中開發出來的技術，不僅(jin) 適用於(yu) 多種領域，而且因為(wei) 不依賴於(yu) 特定的企業(ye) 或行業(ye) ，所以還能降低業(ye) 務風險。

    在CrossEffect與(yu) 多種行業(ye) 的企業(ye) 打交道的過程中，此前也經常有客戶提出從(cong) 具有複雜倒扣部位的模具中順利取出造型品的要求。竹田稱，“為(wei) 滿足客戶的困難要求而積累起來的技術對心髒模型的開發起到了重要作用”。

    計劃使生物模型升級為(wei) 醫療器械

    以心髒模型為(wei) 代表的生物模型並非醫療器械，因此不受日本藥事法的約束。不過，正因為(wei) 如此，這種模型才具有患者無法使用保險、需求很難擴大的缺點。因此，CrossEffect現在的目標是使其升級為(wei) 醫療器械。

    具體(ti) 而言，目前CrossEffect正與(yu) 國立循環器官疾病研究中心聯合推進一項臨(lin) 床試驗，該試驗可定量性地評估使用心髒模型進行術前模擬可使手術效果提高多少。打算以預定實施診療報酬改革的2018年為(wei) 期限，將心髒模型注冊(ce) 為(wei) 醫療器械。為(wei) 此，該公司已開始為(wei) 獲得醫療器械製造業(ye) 許可證而行動起來。

    竹田還表示，CrossEffect打算增加材料的種類。目前主要使用澆鑄用軟質聚氨酯樹脂來造型，能夠使用的材料有限。如果能夠用注塑樹脂來造型，那麽(me) 可以使用的材料就會(hui) 大幅增加。而且，如果可以用生物相容性樹脂及生物降解性樹脂等材料來製作，將來心髒模型便可廣泛應用於(yu) 模擬以外的用途，比如可以植入人體(ti) 內(nei) 使用等。