3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

摘要：現(xiàn)代科技的快速進(jìn)步，涌現(xiàn)出越來(lái)越多的先進(jìn)醫(yī)療技術(shù)，作為典型增材制造技術(shù)3D打印是其中最耀眼的一種。3D打印技術(shù)起源機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)，伴隨著機(jī)械產(chǎn)品逆向工程快速發(fā)展；基于三坐標(biāo)掃描的逆向工程可無(wú)紙化完成機(jī)械產(chǎn)品的抄數(shù)，進(jìn)而通過(guò)三維建模軟件設(shè)計(jì)出被測(cè)量產(chǎn)品一樣的數(shù)字化模型，導(dǎo)入3D打印機(jī)可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品重建。3D打印的越性使得其不再局限于汽車(chē)、航空、機(jī)械方面，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用的醫(yī)療的多個(gè)方面。本文將從以下幾方面對(duì)3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)的應(yīng)用進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：3D打印；快速成型；醫(yī)學(xué)生物；應(yīng)用

13D打印技術(shù)介紹

3D打印（ThreeDimensionalPrinting簡(jiǎn)稱(chēng)3DP[1]）技術(shù)又稱(chēng)逐層堆積的增材制造技術(shù)，是快速成型（RapidPrototyping）的一種。3D打印以STL格式的數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，通過(guò)粘結(jié)、燒結(jié)、固化、堆積等技術(shù)把樹(shù)脂、石蠟、塑料、金屬粉末等材料逐層打印的方式造出所需物體模型，與傳統(tǒng)的CNC減材加工方式相比3DP打印無(wú)實(shí)體模型的制造更節(jié)省材料、快速、精確、環(huán)保；3DP可基于差異化的需求實(shí)現(xiàn)多批次、小批量的生產(chǎn)。近些年隨著職業(yè)教育的快速發(fā)展，積累了大量可從事數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的三維數(shù)字建模人才；逆向工程建模軟件的簡(jiǎn)易化智能化漢化，新材料新工藝的快速發(fā)展，都為3D打印技術(shù)的應(yīng)用打下了可行基礎(chǔ)。在3D打印技術(shù)的浪潮下，越來(lái)越多的醫(yī)院口腔科、骨科采用了3D打印技術(shù)作為醫(yī)療技術(shù)的補(bǔ)充。

23D打印在醫(yī)學(xué)生物行業(yè)中的應(yīng)用

近年3D打印技術(shù)在醫(yī)藥生物行業(yè)呈爆發(fā)式增長(zhǎng)，2017醫(yī)用3D打印在其各行業(yè)應(yīng)用中所占市場(chǎng)份額達(dá)到高12.8%，有機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)到2020年3D打印在醫(yī)療方面可創(chuàng)造21.3億美元生產(chǎn)值。基于差異化需求的3D打印技術(shù)能完整的解決醫(yī)學(xué)生物行業(yè)的各種問(wèn)題，其具體應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面。

2.13D打印在手術(shù)規(guī)劃與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的應(yīng)用

復(fù)雜而難度高的手術(shù)通常需要在術(shù)前進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，評(píng)出手術(shù)的成功率和意外情況的應(yīng)對(duì)措施。3D打印技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用醫(yī)學(xué)手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估之前，主要依靠醫(yī)生高超的技術(shù)和豐富的手術(shù)經(jīng)驗(yàn)，但仍然受限于病種、患者其狀況、醫(yī)生手術(shù)水平的高低與經(jīng)驗(yàn)的深淺，即使有了CT、MRI等醫(yī)學(xué)設(shè)備的輔助也難以獲得非常精確的手術(shù)規(guī)劃，大大增加了手術(shù)的不確定性。通過(guò)3D打印技術(shù)，醫(yī)生可以根據(jù)不同的病況將手術(shù)需要的相關(guān)輔助設(shè)備先行打印出來(lái)以便手術(shù)專(zhuān)家們討論或確定最佳進(jìn)刀（針）點(diǎn)，這樣不僅增加手術(shù)的精確度，也大大提高了手術(shù)的成功率。

2.23D打印在手術(shù)輔助工具和植入物中的應(yīng)用

手術(shù)輔助工具是做手術(shù)時(shí)輔助醫(yī)生術(shù)前術(shù)中確定最佳的進(jìn)針、落刀點(diǎn)的輔助手術(shù)工具。目前，醫(yī)學(xué)領(lǐng)域在脊柱椎弓根導(dǎo)航板、兒童先天性骨移植導(dǎo)航板、骨關(guān)節(jié)導(dǎo)航板以及口牙齒輔助矯形設(shè)備等區(qū)域應(yīng)用比較成熟。2016，由蚌埠醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院牛國(guó)旗教授領(lǐng)銜的骨科3D打印團(tuán)隊(duì)已經(jīng)成功實(shí)施多起基于3D打印脊椎導(dǎo)航的手術(shù)。[2]

植入物（implantablemedicaldevices）分為根據(jù)患者醫(yī)學(xué)需要主動(dòng)放置體腔內(nèi)和手術(shù)意外落入體腔中的外來(lái)物，我國(guó)定義植入物為留存體內(nèi)時(shí)間超過(guò)30天。3D打印應(yīng)用于骨科植入物之前，通常的做法是根據(jù)患者的需要采用數(shù)控加工或者鑄造等材料成型的方法制造出出植入物，植入物的生產(chǎn)周期長(zhǎng)、能源消耗大、浪費(fèi)材料且不環(huán)保。高昂的植入物器材費(fèi)和相應(yīng)的輔助醫(yī)療費(fèi)用使得很多患者難以負(fù)擔(dān)，本應(yīng)普惠的醫(yī)療變成社會(huì)奢侈品，加劇了醫(yī)患之間緊張的關(guān)系，甚至?xí)o社會(huì)帶來(lái)不和諧。

2.33D打印在口腔醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

基于逆向工程（ReverseEngineering簡(jiǎn)稱(chēng)RE）的三維數(shù)字化牙齒模型設(shè)計(jì)已經(jīng)應(yīng)用于牙齒重建，牙齒矯形輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)并取得了巨大的成功。RE技術(shù)在口腔科的應(yīng)用得到越來(lái)越多的醫(yī)生青睞，在行業(yè)范圍內(nèi)也形成了廣泛的共識(shí)，是口腔科醫(yī)技快速發(fā)展的下一個(gè)風(fēng)口。采用RE技術(shù)固然可以快速精確化的完成牙齒模型設(shè)計(jì)，但是仍然需要牙科技師根據(jù)數(shù)字模型動(dòng)手制作實(shí)際的牙齒模型，而3D打印技術(shù)的介入之后徹底解決了這問(wèn)題。通過(guò)3D打印技術(shù)牙科醫(yī)生在不需要牙科技師的條件下直接將牙齒的三維數(shù)字化模型打印出來(lái)用于牙齒醫(yī)療，而RE技術(shù)和3D打印技術(shù)的結(jié)合更是給口腔科醫(yī)生增添了神乎其技的技術(shù)，使得牙齒重建、義齒制作、牙冠制作、矯形設(shè)備的制造越來(lái)越簡(jiǎn)單化，大大提高了醫(yī)療效率，具有很強(qiáng)的的社會(huì)效益。不管是CT、MR、逆向造型技術(shù)、還是3D打印，最終的目的可以把醫(yī)生從不相關(guān)的牙齒模型制作、矯正義齒設(shè)計(jì)等工作中解放出來(lái)，以提供更加精確的診斷和細(xì)致周到的醫(yī)療服務(wù)。

2.43D打印在康復(fù)醫(yī)療中應(yīng)用

隨著人們的物質(zhì)水平越來(lái)越高，對(duì)于個(gè)性化醫(yī)療的需求也越來(lái)越高，3D打印技術(shù)可根據(jù)人們不同的需求，提供個(gè)性化的產(chǎn)品定制。3D打印在義肢、假肢、輔助行走器、助聽(tīng)器等模型制作上具有制作時(shí)間快、制作成本低、環(huán)保無(wú)害化等天然優(yōu)勢(shì)，并且可根據(jù)不同的要求采用不同的材料進(jìn)行打印；此外，3D打印還可應(yīng)用在各種各類(lèi)醫(yī)療器械制造上。

2.53D打印在醫(yī)學(xué)生物上的應(yīng)用

3D打印技術(shù)的突飛猛進(jìn)，日本人利用3D打印技術(shù)成功的打印出管狀導(dǎo)血管、俄羅斯人打印了甲狀腺、美國(guó)Organovo公司打印出了肝臟、美國(guó)西北大學(xué)成功打印出白鼠卵巢、澳大利亞Wollongong打印出人類(lèi)誘導(dǎo)多能干細(xì)胞，[3]3D打印給人類(lèi)生物醫(yī)學(xué)提供了無(wú)限的應(yīng)用可能和想象空間，使人類(lèi)更加接近上帝的同時(shí)可能也會(huì)帶來(lái)倫理的挑戰(zhàn)。

2.63D打印在制藥中的應(yīng)用

相較現(xiàn)有的藥物壓片方法，3D打印技術(shù)制作的藥物緩釋設(shè)備具有無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。3D打印不但能實(shí)現(xiàn)多種藥材的精準(zhǔn)成形和制藥時(shí)的局部微細(xì)控制，制成的藥具還有復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可達(dá)到預(yù)期的藥物釋放。利用3D打印粘結(jié)成形技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)粉末材料的特定粘結(jié)成形，制作出的藥物具有醫(yī)學(xué)中常需要的復(fù)雜型腔的多孔結(jié)構(gòu)。

3結(jié)論

3D打印產(chǎn)品差異化、定制化特有屬性，避免了傳統(tǒng)產(chǎn)品制造的復(fù)雜工序，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)流程，極大的提高了生產(chǎn)效率。3D打印在醫(yī)學(xué)過(guò)快的發(fā)展的同時(shí)缺少與之相應(yīng)的醫(yī)療行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)國(guó)家政策支持，有些醫(yī)療領(lǐng)域還存在法律、倫理風(fēng)險(xiǎn)不具備普遍化應(yīng)用機(jī)制。

參考文獻(xiàn)：

[1]姜杰，等.3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用與展望[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程，2014，43（11）：5.

[2]牛國(guó)旗，等.個(gè)體化3D打印導(dǎo)向模板輔助上頸椎椎弓根螺釘置入的實(shí)驗(yàn)研究[J].中華解剖與臨床雜志，2017（5）：366.

[3]王博.淺談3D打印技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J].機(jī)電技術(shù)，2014，（05）：160.

基金項(xiàng)目：安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院教科研項(xiàng)目（ADZX1518）；安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院教科研項(xiàng)目（ADZX1612）

作者簡(jiǎn)介：秦飛（1986），男，本科，助理工程師，研究方向：機(jī)電一體化。