用于脑肿瘤手术规划的患者特异性聚乙烯醇仿体制造，兼具超声与X射线对比度

模型是重要的工具，但要使其具有解剖学准确性仍具挑战性。本方案利用CT和超声成像技术，构建包含肿瘤的患者特异性模型。我们采用复杂的异质性模型结合3D打印技术，以实现高度的解剖真实感。

患者特异性脑模型具有重要价值，可用于手术规划和临床培训，使外科医生能够练习新技术以及测试新器械和硬件。在获取术前增强T1加权MRI和容积CT数据后，将图像导入3D建模软件，使用平面切割工具将脑部分割为左右两个半球。将每个半球分别保存为独立的右侧和左侧脑STL文件，并将这些文件导入合适的计算机辅助设计软件中。

在网格工作区中，使用简化功能尽可能减小每个模型的尺寸，使其能够在保留所有必要细节的同时被程序处理。在实体工作区中，使用“网格转BRep”工具将导入的网格转换为可编辑的实体。单击“创建”并选择“方盒”，在肿瘤周围绘制一个方盒，并旋转视图以确保该方盒从各个侧面完全包围肿瘤。

在操作下拉菜单中，将该方框指定为新实体。单击修改选项卡，使用合并工具将肿瘤从方框中切除，从而创建一个内部具有肿瘤空腔形状的方框。为了在模具将被切割的位置穿过方框创建平面，请单击构建和中分平面，以在方框中心创建一个平面。

右键单击中分面，选择偏移平面以更精确地定位该平面。在“修改”选项卡下，使用分割实体功能沿所创建的平面将模具分割，并单击创建草图和中心直径圆，在模具每一部分的表面添加小型圆形铆钉。右键单击，将圆柱从一个表面向外拉伸数毫米，并在对应的另一表面向内拉伸。

然后将模具的每一部分分别保存为独立的 STL 文件。为了打印三维脑组织和肿瘤模具，若需加快打印速度，可在 3D 打印软件中选择约 0.2 毫米的大层高和 20% 的低填充率。如果模具在基板上的位置适当，则无需使用支撑材料。

使用刚性材料（如聚乳酸）打印模具。在打印头骨模具之前，在软件中选择添加支撑结构，并使用PVA作为支撑材料。为准备模型用的PVA，将1,800克去离子水加入2升锥形瓶中，加热至90摄氏度，并称取200克PVA粉末。

将电子搅拌器放入烧瓶中，注意不要使其接触瓶底或瓶壁。将转速设定为每分钟1500转。在约30分钟的时间内，将PVA粉末加入烧瓶中。

当所有PVA均加入后，继续搅拌溶液90分钟。当获得黏性凝胶后，将烧瓶从水浴中取出，并用塑料薄膜覆盖瓶口，以防止材料表面形成干皮。冷却后，PVA将呈现透明状。

将其倒入烧杯中。可能会观察到微小的白色晶体，但必须轻轻刮去表面的任何气泡。然后向PVA中加入0.5%的山梨酸钾作为防腐剂，并充分搅拌溶液。

制备仿体时，先称取足量的聚乙烯醇（PVA）倒入烧杯中以填满肿瘤模具，其余部分倒入另一个烧杯中。为制备肿瘤用的PVA，在第一个烧杯中加入1%的玻璃微球以提供超声对比度，并加入5%的硫酸钡以提供X射线对比度。用手搅拌所得溶液。

超声处理烧杯，以确保添加剂均匀混合，并让溶液冷却约10分钟，必要时通过刮擦去除产生的气泡。将肿瘤模具固定好，通过模具顶部的孔倒入PVA。静置几分钟，使倾倒过程中产生的气泡从孔中逸出，然后将模具放入-20°C的冷冻机中。

6小时后，在室温下将模具解冻6小时。重复一次12小时的冻融循环，然后小心地将模具从模型上取下。按照上述方法，在相应的模具中制作小脑和大脑半球模型。

每个模型部件经过第二次冻融循环后，小心地将模型从模具中取出，并将小脑肿瘤模型放置在颅底模型底部的凸起定位柱上。将两个脑半球模型放入小脑肿瘤部件的最上部，并将四根定位销插入颅底模型上的对应孔位中，然后将颅顶模型盖在上方。

如有需要，可将模型调整至所需位置，以模拟其在手术中的术中使用情况。按照所示方案操作，可制作出包含患者特异性颅骨、脑组织和肿瘤的解剖结构逼真的模型。该模型的相关解剖结构是利用患者的 MRI 和 CT 数据进行分割获得的。

随后可为模型的每个部分创建网格，以制造如图所示的3D模具。小脑模具的设计和组装最为复杂。颅骨是最难打印的部分，因其需要支撑材料。

完成的模型提供了患者颅骨、大脑和肿瘤的真实再现。两个大脑半球分别制作，具有逼真的外观，呈现出大脑的脑回和脑沟结构。小脑可舒适地嵌入打印颅骨的底部，大脑半球则置于该结构之上。

肿瘤在小脑中清晰可见，因为为肿瘤额外添加的对比剂呈现出乳白色，使其与所附着的周围组织区分开来。该肿瘤可通过CT和超声成像在模型中显示。随后可利用患者术中获取的超声数据，将模型图像与真实患者的图像进行对比。

制作模具时，需特别注意切口的位置，以确保模体凝固后能够顺利取出。通过构建患者特异性的脑模体，我们得以测试一种新型神经导航系统，该系统还可用于培训神经外科医生在术中使用超声技术。