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我们越来越多地看到3D打印技术在医学领域被用于器官的生产。例如，威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员生产了第一块功能性3D打印的人脑组织。现在又有了一个新的例子，因为维也纳的研究人员开发了他们声称的世界上第一个高分辨率3D打印的大脑仿真模型。研究人员希望它能用于进一步研究阿尔茨海默病、帕金森病和多发性硬化症等神经退行性疾病，以及计划手术时使用。
这一突破是作为维也纳医科大学（MedUni Vienna）和维也纳技术大学（TU Wien）之间合作的一部分实现的。科学家们称之为“大脑仿真模型”的这个3D打印大脑模型在视觉上几乎不像真正的大脑，因为它呈立方体形状，且明显更小。然而，模型内部包含着模仿颅神经的微小水填充微通道，其尺寸仅为人类头发的五分之一。
该模型的目的是模仿大脑神经纤维的结构，并使用扩散加权磁共振成像（dMRI），一种特殊形式的MRI，来可视化它们。MRI特别用于检查大脑的结构和功能，而dMRI甚至可以用来识别大脑中神经纤维的方向。这个3D打印的大脑仿真模型现在将帮助优化dMRI程序，并测试分析和评估方法。这应该是有用的，因为到目前为止，由于不同方向移动的神经纤维在神经纤维束的交叉点重叠，确定神经纤维的方向一直非常困难。
使用3D打印制造大脑仿真模型
3D打印对于制造这种“大脑仿真模型”有许多优势，因为它可以以灵活的方式创建复杂和多样的设计，这些设计可以进行重复的设计迭代以进行适应和修改。因此，3D打印的大脑仿真模型也能代表大脑中复杂重叠的神经纤维。模型以与真实大脑相同的方式经dMRI检查，并分析数据。
模型的另一个优势是打印结构是已知的，因此可以验证dMRI分析的结果，正如研究所示。因此，感谢具有逼真模仿神经纤维结构的3D打印大脑仿真模型，dMRI的分析软件因此可以得到改进。
为了3D打印神经纤维的结构，研究人员使用了两光子聚合（2PP），这是一种常用于在纳米和微米范围内增材制造微结构的技术。研究人员放大了2PP过程，以获得适合dMRI的高分辨率细节的大脑仿真模型。
来自维也纳医科大学（MedUni Vienna）医学物理与生物医学工程中心的研究主要作者之一迈克尔·沃莱茨（Michael Woletz）进一步解释说：“我们看到，手机相机摄影的最大进步不 necessarily在于新的更好的镜头，而是在于改善捕捉图像的软件。dMRI的情况也是类似的：使用新开发的大脑仿真模型，我们可以更精确地调整分析软件，从而改善测量数据的质量并更准确地重建大脑的神经结构。”
然而，根据来自维也纳技术大学（TU Wien）打印和生物制造研究小组的第二位主要作者弗朗齐斯卡·查卢帕-甘特纳（Franziska Chalupa-Gantner）所说，研究人员在放大方法方面仍有障碍需要克服：“两光子聚合的高分辨率使得可以打印微米和纳米范围内的细节，因此非常适合成像颅神经。然而，使用这种技术打印几立方厘米大小的立方体相应地需要很长时间。因此，我们的目标不仅是开发更复杂的设计，还要进一步优化打印过程本身。”
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