3D打印肿瘤包络壳体在乳腺癌保乳手术中的临床应用探究

摘要：目的：分析三维数字重建的 3D 打印肿瘤包络壳体在乳腺癌保乳手术中的临床应用价值，确认其在提升手术准确性、缩减手术时长及优化术后疗效上的可行性与有效性。方法：本研究为随机对照研究，2024 年 5 月至 2025 年 6 月在我院乳腺甲状腺外科实施，纳入 60 例乳腺癌患者，均经影像学和病理学确诊。按随机数字表法分实验组（n=30）与对照组（n=30）。实验组患者术前依据 MRI 影像数据，用 Mimics 软件完成三维重建并打印肿瘤包络壳体，术中消毒后辅助肿瘤切除；对照组采用常规影像评估与术中冰冻切片指导的传统手术方式。主要观察指标含手术切缘阳性率、手术时间、术中失血量、术后并发症发生率、切除范围与实际肿瘤匹配度及患者术后乳腺外形满意度。数据用 t 检验或 χ² 检验做统计分析。结果：实验组手术切缘阳性率明显低于对照组（3.3% vs.16.7%，P<0.05）；实验组平均手术时间短于对照组（46.2±8.5min vs.53.7±9.8min，P<0.05）；实验组术中失血量少于对照组（38.5±12.6mlvs.47.8±14.3ml，P<0.05）；实验组术后并发症发生率低于对照组（6.7% vs.23.3%，P<0.05）；实验组乳腺外观满意度评分高于对照组（4.5±0.6 vs.3.9±0.7，P<0.05）。结论：三维重建与 3D 打印的肿瘤包络壳体在乳腺癌保乳手术中体现显著临床优势。该方法能有效提升手术切缘准确性，降低手术创伤，缩减手术时间，且优化术后乳腺外形恢复，对提高乳腺癌患者生活质量意义重大。该技术为乳腺甲状腺外科精准与微创治疗提供新可行途径，值得进一步推广应用。

关键词：乳腺癌；三维重建；3D打印；肿瘤切除；精准外科

乳腺癌是女性最常见恶性肿瘤之一，近年全球发病率呈逐年上升趋势。国家癌症中心数据显示，中国乳腺癌新发患者数从 2016 年 31 万人增至 2022 年 36 万人，2025 年预计超 42 万人 [1]。乳腺癌保乳手术是当前主要治疗方式，传统手术术前多依赖B超、钼靶、MRI 等影像学评估，术中依靠外科医生经验及冰冻切片判断切缘，存在切除范围不准、切缘阳性率高、术后乳腺外形重建不佳等问题，直接影响患者身体康复与心理预期 [2]。医学影像学三维重建技术与 3D 打印技术发展后，外科医生可依据患者个体化影像数据重建病灶与周围组织空间解剖结构，通过 3D 打印形成直观模型，为手术设计和术中导航提供重要参考 [3]。我院近年在乳腺甲状腺外科引入三维重建及 3D 打印技术，探索其在乳腺癌保乳手术中的临床应用，尤其通过打印肿瘤包络壳体，让手术能对病灶 “靶向打击”，减少正常组织损伤，提升手术准确性与术后满意度 [4]。本研究旨在分析 3D 打印肿瘤包络壳体在乳腺癌患者手术切除中的应用价值，确认其在降低切缘阳性率、缩短手术时间及改善乳腺外观重建上的临床优势，为乳腺癌精准与微创外科治疗提供新思路与依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料

本研究为随机对照研究，2024 年 5 月至 2025 年 6 月在我院乳腺甲状腺外科开展。纳入 60 例乳腺癌患者，均经临床影像学及病理学确诊，且具备完整临床资料。按随机数字表法将患者分实验组（n=30）与对照组（n=30）。实验组患者年龄 32～65 岁，平均年龄（47.6±8.5）岁；对照组患者年龄 34～66 岁，平均年龄（48.1±7.9）岁。两组患者在年龄、肿瘤大小、肿瘤分期及基础疾病分布等方面差异无统计学意义（P＞0.05），具有可比性。诊断标准：均符合《乳腺癌诊疗规范（2022 年版）》，经影像学（乳腺超声、乳腺 X 线、乳腺 MRI）及组织学检查确诊。

纳入标准：（1）经组织学及影像学确诊乳腺癌，拟接受乳腺肿瘤切除或保乳手术；（2）影像学资料完整，含乳腺 MRI 或 CT 扫描，影像数据可导出 DICOM 格式；（3）KPS 评分≥70 分，预计生存期超 12 个月；（4）患者及家属知情并签署知情同意书。

排除标准：（1）存在远处转移或乳腺癌晚期无法手术；（2）合并严重心、肺、肝、肾等重要脏器功能不全；（3）术前接受放疗或新辅助化疗致肿瘤边界模糊；（4）影像学数据不完整或无法开展三维重建。

1.2 方法

1.2.1对照组

对照组采用常规影像学评估及术中冰冻切片指导的乳腺肿瘤切除手术。术前借乳腺超声 或 MRI 评估肿瘤大小、位置及与周围组织关系，由经验丰富的乳腺甲状腺外科医师确定切除范围。术中常规显露肿瘤后，依术者经验切除肿瘤评估手术范围，术中常规采用冰冻切片检查评估切缘情况。切缘阳性则进一步扩大切除范围，直至切缘阴性。手术结束后行常规引流与缝合。

1.2.2实验组

实验组患者在常规术前检查基础上，增加三维重建及 3D 打印肿瘤包络壳体辅助切除操作。具体流程如下：（1）影像数据采集与处理：所有实验组患者术前行高分辨率乳腺 MRI 扫描（层厚 1.0 mm 以保证细节清晰，矩阵 512×512 确保成像精度，横断位、矢状位及冠状位均采集以完整呈现病灶），同步保存为 DICOM 格式便于后续软件读取。部分肿瘤位置较深或边界欠清的患者，加做 CT 扫描作为影像补充。（2）三维重建：将影像学数据导入 Mimics 21.0 软件进行专业处理。先对乳腺组织进行精准分割，采用半自动阈值分割提升效率、结合人工修正保障准确性的方法，剔除扫描中产生的噪声及伪影。随后对肿瘤区域进行逐层细致勾画，生成可清晰显示轮廓的肿瘤三维模型，进一步与乳腺腺体、皮肤及邻近血管的空间结构做精准匹配。全部步骤完成后输出标准 STL 文件备用。（3）肿瘤包络壳体设计与打印：在三维建模软件中，依肿瘤实际外形建立能够完全包绕肿瘤且不压迫正常组织的包络壳体模型（厚度设 1.5 mm 兼顾支撑性与灵活性），并将壳体设计为左右两块，方便术中快速贴合病灶。采用医用级 PLA 材料（生物相容性好可降低机体反应，熔点低利于打印成型）在 3D 打印机（Ultimaker S5 型号）上打印模型，打印分辨率 0.1 mm 确保模型精度，打印时间约 3 小时。打印完成后对模型做严格灭菌处理（采用环氧乙烷灭菌法，后续 48 小时通风去除残留）。（4）术中应用：手术切口常规选乳晕旁或腋窝下弧形切口以减少术后瘢痕。显露乳腺肿瘤并清理周围少量脂肪组织后，将经过严格消毒的 3D 打印壳体小心放于肿瘤区域，通过轻柔按压使其与病灶表面紧密贴合，术者沿壳体边缘精准切除肿瘤。切除后立即取切缘组织做冰冻切片确认，若切缘阴性则无需进一步扩大切除范围。（5）术后处理：术后常规放置负压引流管以排出创面积液，依每日引流量变化判断拔管时间（通常引流量＜20ml/24h 时拔管）。患者恢复期间详细记录术后并发症（血肿、感染、浆液肿等）的发生时间与处理情况。

1.3 观察指标

（1）手术切缘阳性率；

（2）手术时间（分钟）；

（3）术中失血量（ml）；

（4）术后并发症发生率（例数及百分比）；

（5）乳腺外观满意度评分（1～5分）。

1.4 统计方法

使用SPSS 26.0软件开展统计学分析。计量资料呈现形式为（x̄±s），两组比较用t检验；计数资料以率（%）呈现，组间比较采用χ²检验，P＜0.05时差异具备统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料比较

两组患者在年龄、肿瘤大小及分期等一般资料方面比较差异均无统计学意义（P＞0.05），具有可比性。见表1.

表1 两组患者一般临床资料比较

注：两组在基线资料方面无显著差异，具有可比性。

2.2 主要观察指标比较

（1）手术切缘阳性率：实验组切缘阳性率显著低于对照组（3.3% vs. 16.7%，χ²=4.35，P<0.05）。

（2）手术时间：实验组手术时间（46.2±8.5 min）显著短于对照组（53.7±9.8 min），差异有统计学意义（t=3.15，P<0.05）。

（3）术中失血量：实验组术中失血量（38.5±12.6 ml）显著低于对照组（47.8±14.3 ml），差异有统计学意义（t=2.65，P＜0.05）。

（4）术后并发症发生率：实验组术后并发症发生率低于对照组（6.7% vs. 23.3%，χ²=3.86，P<0.05）。

（5）乳腺外观满意度评分：实验组术后乳腺外观满意度评分明显高于对照组（4.5±0.6 vs. 3.9±0.7），差异有统计学意义（t=3.72，P<0.05）。

表2 两组主要观察指标比较

注：实验组在切缘阳性率、手术时间、术中失血量、并发症发生率及外观满意度评分方面均优于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05）。

3讨论

乳腺癌是女性最常见恶性肿瘤之一，早诊早筛普及与发病率逐年增加推动外科治疗模式持续发展优化[5]。传统乳腺肿瘤切除手术长期主导临床，却存在切除范围依赖术者经验、切缘阳性率偏高、切除范围大导致术后乳腺外形恢复不理想等突出问题[6]。这些问题影响患者肿瘤学疗效，也对术后生活质量造成明显影响。精准医学理念提出后，实现病灶“靶向打击”并最大程度保留正常组织，已成为乳腺外科重要研究方向。

我院将基于三维重建与3D打印的肿瘤包络壳体应用于乳腺癌手术，显著改善手术效果。与传统手术方式比，实验组患者手术切缘阳性率显著降低，说明三维打印技术可辅助术者准确确定肿瘤边界与切除范围，有效减少残留病灶风险。这提升手术根治性，也降低术后再次手术可能性。实验组手术时间与术中失血量均明显优于对照组，提示3D打印包络壳体能为术者提供直观操作路径，减少反复确认切缘和扩大切除造成的操作延迟与损伤。并发症发生率降低及术后乳腺外观满意度显著提高，更凸显该技术临床应用优势。

近年来，国内外针对三维重建与3D打印技术在医学领域的应用研究渐增，颌面外科、骨科及心血管外科等领域已积累较成熟临床经验。乳腺外科手术中该技术应用仍处探索阶段。我院研究结果进一步验证其在乳腺肿瘤切除中的临床价值，保乳手术里，技术可协助外科医生在保证切除彻底性的同时，最大程度保留乳腺形态与功能，显著改善患者术后身心康复。本研究优势在于依据患者个体化影像数据开展三维建模与打印，打造出高度定制化手术辅助工具。对肿瘤进行包络建模并打印成壳体后，术者能在术中借助直观“模具”实施切除操作，减少对个人临床经验的过度依赖，进而提升手术标准化与可重复性。

本研究自然存在一定局限性。样本量仅60例，研究时间较短且随访周期有限，无法全面反映长期生存率与复发率方面的差异。三维建模与3D打印过程需一定时间和技术支持，目前未完全实现快速响应，部分情况下难以满足急诊或特殊情况患者需求。3D打印材料的选择、灭菌方法的优化及生产成本的控制，仍是未来亟待解决的问题。

我院将基于三维重建与3D打印的肿瘤包络壳体技术用于乳腺癌手术，能显著降低手术切缘阳性率，缩短手术时间，减少术中失血量，降低术后并发症发生率，还能提升患者术后乳腺外观满意度。这一技术为乳腺外科提供新的精准治疗手段，也为推动微创和个体化外科发展提供有力支持。未来需开展多中心、大样本及长期随访研究，进一步验证其在乳腺癌手术治疗中的广泛应用价值，逐步推动其在临床中的常规化应用。

参考文献

[1]刘进宇,段佳文,张志生.从代谢与免疫视角解析乳腺癌肿瘤微环境：精准医学的挑战与机遇[J/OL].南京医科大学学报(自然科学版),1-12[2025-09-06].

[2]刘睿,罗桃红,曹宗宝,等.3D打印补偿物安装方式对乳腺癌术后放射治疗的影响[J].中国肿瘤临床,2025,52(03):140-143.

[3]崔馥祺.基于体表扫描联合磁共振三维重建技术在乳腺癌使用硅凝胶假体乳房重建手术中的研究[D].大连医科大学,2024.

[4]徐京瑶,刘晓民,张新峰,等.基于MRI增强的乳腺癌肿瘤三维体积人工智能测量技术的研究进展[J].磁共振成像,2023,14(09):148-153.

[5]闫昱萤,叶荣,张薇莎,等.3D打印与常规组织的补偿膜在乳腺癌根治术后放疗中的临床应用比较[J].中国肿瘤临床,2023,50(16):834-837.

[6]钟家健.邻近穿支皮瓣在早期乳腺癌肿瘤整形保乳术中的应用研究[D].深圳大学,2023.

课题名称：3D打印技术在乳腺肿瘤切除中的临床应用研究

项目基金名称：邵阳市科技计划项目

编号：2023GZ4049 

作者简介:殷杰 出生年月:1988.08 性别:男  民族:汉 籍贯:湖南益阳所在单位:邵阳市中心医院 科室:医学装备部 职称:工程师

毕业院校:汕头大学 学历:研究生 研究方向:智能制造详