3D打印經(jīng)常用于兒科手術(shù)，但它也被用于嬰兒尚未出生的困難醫(yī)療案例中。 位于圣路易斯華盛頓大學(xué)（WUSTL）的一個(gè)合作研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)測試了一種使用3D技術(shù)的新方法，該方法可用于制作新的診斷工具，能夠測量孕晚期嬰兒大腦的生長和折疊模式 的懷孕。

隨著大腦皮層的表面積增大并開始折疊，嬰兒的大腦在孕晚期會經(jīng)歷非?？焖俚淖訉m內(nèi)發(fā)育。 根據(jù)以前的研究，這個(gè)重要和快速增長的細(xì)節(jié)可能因嬰兒而異，因?yàn)檫@個(gè)過程非常個(gè)性化。 小褶皺有點(diǎn)隨意地塑造和分布，但主要褶皺可以在寶寶的大腦中形成重要的標(biāo)志。

“人們大腦中真正有趣的事情之一就是他們非常不同，但又非常相似。 我們都有相同的組件，但是我們的大腦褶皺就像指紋一樣：每個(gè)人都有不同的模式，“WUSTL工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院Lilyan＆E. Lisle Hughes機(jī)械工程教授Philip Bayly解釋道。 “理解折疊的機(jī)械過程 - 當(dāng)它發(fā)生時(shí) - 可能是一種檢測大腦發(fā)育問題的方法。”

當(dāng)皮質(zhì)折疊被破壞時(shí)，它可能導(dǎo)致情緒和認(rèn)知障礙，盡管許多人研究了產(chǎn)生正常和異常折疊的過程，但除了孕早期快速擴(kuò)張發(fā)揮作用的事實(shí)外，對它們知之甚少。 在此期間能夠準(zhǔn)確衡量增長模式會有所幫助，但迄今為止的努力并未取得多大成功。 但是這個(gè)研究小組希望能夠提供幫助。

研究人員在PNAS上發(fā)表了一篇關(guān)于他們發(fā)現(xiàn)的在線論文，題目為“早產(chǎn)人腦折疊過程中皮層擴(kuò)張的動(dòng)態(tài)模式”; 合作者包括來自倫敦帝國學(xué)院和倫敦國王學(xué)院的Kara E. Garcia，Emma C. Robinson，Dimitrios Alexopoulos，Donna L. Dierker，Matthew F. Glasser，Timothy S. Coalson，Cynthia M. Ortinau，來自帝國學(xué)院的Daniel Rueckert 倫敦，Larry A. Taber，David C. Van Essen，Cynthia E. Rogers，Christopher D. Smyser和Bayly。

根據(jù)摘要，“在這項(xiàng)研究中，我們提出了一種獨(dú)特的方法來估計(jì)連續(xù)皮層重建的局部增長。使用解剖學(xué)上受限制的多模態(tài)表面匹配（aMSM），我們獲得了同一個(gè)體的年輕和老年皮層重建之間準(zhǔn)確的，物理引導(dǎo)的點(diǎn)對應(yīng)關(guān)系。從每一對表面，我們都以前所未有的精確度計(jì)算連續(xù)的，光滑的皮質(zhì)擴(kuò)張圖。通過考慮在快速皮質(zhì)擴(kuò)張期間（28-38周經(jīng)期年齡）掃描二至四次的30名早產(chǎn)兒，我們觀察到皮層表面的生長區(qū)域差異與新褶皺的出現(xiàn)一致。此外，這些增長模式在發(fā)展過程中發(fā)生變化，非受傷受試者遵循高度一致的軌跡。這些信息提供了關(guān)于皮層生長動(dòng)態(tài)變化的詳細(xì)圖片，將細(xì)微（細(xì)胞）和宏觀（折疊）尺度上的發(fā)展模式聯(lián)系起來。由于我們的方法為個(gè)體大腦提供了特定的生長圖，因此我們也能夠檢測到受傷引起的改變。”

3D繪圖技術(shù)經(jīng)常用于讓人們更加準(zhǔn)確地了解世界各地城市中的水下場景和繁忙的街道，但它也可以用來仔細(xì)觀察我們身體內(nèi)的器官。

工程博士生卡拉加西亞與該大學(xué)醫(yī)學(xué)院的其他研究人員合作，獲取三維MRI圖像，由神經(jīng)病學(xué)副教授克里斯托弗·施密澤醫(yī)學(xué)博士和他的兒科神經(jīng)影像學(xué)團(tuán)隊(duì)對30名早產(chǎn)兒的大腦進(jìn)行掃描。在大腦迅速擴(kuò)張期間，通常發(fā)生在28至30周之間，嬰兒每次掃描兩至四次。

然后，該團(tuán)隊(duì)使用新的計(jì)算機(jī)算法，在年輕和年長的同齡嬰兒的皮質(zhì)重建之間獲得準(zhǔn)確的點(diǎn)對點(diǎn)對應(yīng)關(guān)系;這兩個(gè)表面允許團(tuán)隊(duì)計(jì)算擴(kuò)展的準(zhǔn)確地圖。

通過使用最小能量方法比較嬰兒在不同時(shí)間的大腦表面，團(tuán)隊(duì)能夠看到折疊模式的一些細(xì)微差異。

“最小能量方法是最有可能從物理角度考慮的方法。 當(dāng)我們從MR圖像中獲取表面時(shí)，我們不知道舊表面上哪些點(diǎn)與年輕表面上的哪些點(diǎn)相對應(yīng)，“Bayly說。 “我們推論說，由于自然是有效的，最可能的對應(yīng)關(guān)系是在地表標(biāo)志之間產(chǎn)生最佳匹配的對應(yīng)關(guān)系，同時(shí)最大限度地減少大腦在其成長過程中必須扭曲的程度。

“當(dāng)你使用這種最小能量方法時(shí)，你在分析中擺脫了很多噪音，而這些以前隱藏在數(shù)據(jù)中的微妙增長模式出現(xiàn)了。 我們不僅對這些發(fā)育過程有了更好的了解，而且希望醫(yī)生能夠評估個(gè)體患者，觀察他們的大腦發(fā)育模式，并且弄清楚它們?nèi)绾胃??！?/span>

這些發(fā)現(xiàn)可能會導(dǎo)致測量工具對新生兒重癥監(jiān)護(hù)病房非常有用，因?yàn)樗麄兛梢栽缙谔嵝厌t(yī)生和護(hù)士早產(chǎn)兒發(fā)育障礙，這可能會影響他們以后的生活。

貝利解釋說：“你也會發(fā)現(xiàn)在晚年患有認(rèn)知問題的人群中出現(xiàn)折疊異常，包括自閉癥和精神分裂癥。 如果醫(yī)學(xué)研究人員更好地理解折疊過程以及發(fā)生錯(cuò)誤或不同的情況，那么他們可以更多地了解導(dǎo)致這些問題的原因?！?/span>