3D打印技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

翟亞東 馬云琦 何宇楓

摘 ?要：3D打印技術(shù)作為近幾年來出現(xiàn)的一項(xiàng)新型制造技術(shù)，正在朝氣蓬勃地發(fā)展并逐步地滲入到社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域。不僅僅給傳統(tǒng)的機(jī)械制造行業(yè)注入了一股新鮮的血液，在生物醫(yī)藥方面更是大放異彩。本文簡要的介紹了3D打印技術(shù)的基本原理以及在當(dāng)代醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：3D打印;醫(yī)學(xué)

一、3D打印技術(shù)的簡介

3D打印技術(shù)也稱 “增材制造”技術(shù)，其從上世紀(jì)80年代發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)有了30余年的歷史。它有別于傳統(tǒng)機(jī)械行業(yè)中的“減材制作”中去除材料的加工方法，是一種以數(shù)字化的模型信息為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀的金屬或者高分子塑料等粘合材料通過逐層的堆砌，最終形成所需物體形狀與結(jié)構(gòu)的一種新興技術(shù)。它將傳統(tǒng)的二維平面打印拓展到了三維的結(jié)構(gòu)打印。為現(xiàn)在的各個(gè)領(lǐng)域的生產(chǎn)制造帶來了福音，幫助我們進(jìn)入了一個(gè)制造的新時(shí)代。

同時(shí)由于3D打印技術(shù)所依托的機(jī)器——3D打印機(jī)的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)的低于傳統(tǒng)行業(yè)中機(jī)床的成本，同時(shí)其具有生產(chǎn)批量小，加工精度高，加工生產(chǎn)速度快等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，完美的契合了現(xiàn)代醫(yī)學(xué)領(lǐng)域所需零件與材料的精度高，需要個(gè)性化定制等特點(diǎn)，因此其在現(xiàn)代的醫(yī)療領(lǐng)域中開始迅猛發(fā)展。

二、3D打印醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用

（一）基本應(yīng)用原理

3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的基本應(yīng)用原理和傳統(tǒng)上意義上的基本應(yīng)用原理很相似但是略有不同。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的3D打印技術(shù)主要分為以下幾個(gè)步驟。

首先，人們根據(jù)醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)或其他測量的數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)構(gòu)建出所需打印物體的模型，之后對(duì)構(gòu)建的模型利用切片軟件進(jìn)行切片使其形成一個(gè)個(gè)的二維圖層，接下來就可以按照切好的圖層對(duì)物體進(jìn)行逐層的打印，最后需要對(duì)打印好的物體進(jìn)行加工后的修飾處理，如表面的納米級(jí)別的結(jié)構(gòu)的處理，最終使其可以滿足生物相容性等一系列人們所需要的性質(zhì)。

（二）應(yīng)用方向

由于其3D打印的生產(chǎn)特點(diǎn)與現(xiàn)代醫(yī)療發(fā)展方向的一致性。使得3D打印技術(shù)在在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。其應(yīng)用方向主要包括以下幾個(gè)方面。

1、體外醫(yī)療器械的制造

一些假肢，矯正器等一些結(jié)構(gòu)型醫(yī)療器械，需要根據(jù)人們的需求來進(jìn)行特別的定做。這就大大提高了其生產(chǎn)成本。3D打印技術(shù)憑借其快速成型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，可以滿足人們對(duì)所需假肢，矯正器的個(gè)性化的需求。同時(shí)降低了傳統(tǒng)假肢和矯正器的制作成本，使得越來越多的殘疾人能夠負(fù)擔(dān)的起個(gè)性化假肢或矯正器的定制。

2、3D打印組織器官

3D打印組織器官的應(yīng)用主要有以下三個(gè)方面。

其一是首先通過醫(yī)學(xué)影像儀器進(jìn)行采集獲得數(shù)據(jù)，利用3D打印快速成型技術(shù)，來進(jìn)行病人的病變組織器官的打印，從而以用于對(duì)病變結(jié)構(gòu)的分析方面。這一應(yīng)用目前來說已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，2015年4月我國在廣州就完成了首例利用3D打印肝臟模型進(jìn)行體外分析，用于精確定位腫瘤，并完成切除的手術(shù)。同時(shí)現(xiàn)在供醫(yī)學(xué)生使用的器官模型教具也可以通過3D打印的方法進(jìn)行制作。

其二是組織工程支架的構(gòu)建。組織工程支架材料是指能與組織活體細(xì)胞結(jié)合并能植入生物體的不同組織，并根據(jù)具體替代組織具備的功能的材料。同樣以其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性與精密性使得傳統(tǒng)加工方法無從入手，而3D打印技術(shù)就可以很好的對(duì)組織工程支架進(jìn)行構(gòu)建。

其三是將3D打印的器官用于器官移植。器官移植是一些器官功能喪失性疾病的一種很好的解決方法。但是因?yàn)楣w器官稀少和器官移植后會(huì)發(fā)生免疫排斥反應(yīng)等問題，使得器官的移植近幾年來發(fā)展艱難。供體器官稀少這一問題可以通過人造器官來解決，但是利用傳統(tǒng)的方法來加工滿足要求的人造器官所需成本過于高昂，同時(shí)一些較為復(fù)雜的器官無法被制造出來。3D打印技術(shù)由于其獨(dú)特的生產(chǎn)優(yōu)點(diǎn)，可以加工成本上大大降低人造器官所需要的成.組織工程支架的構(gòu)建本。但是由于目前技術(shù)水平有限3D打印器官還并不能真正的用于臨床醫(yī)療。對(duì)我們來說這還僅僅只是一個(gè)美好的展望。

3、3D打印藥物

在醫(yī)生控制給不同病人給藥時(shí)，由于同一種疾病患者其患病的程度是不同的，患者自身的身體生理情況也是不同的，傳統(tǒng)的批量化生產(chǎn)藥物規(guī)格單一，在很大的程度上并不能對(duì)癥按量給藥，造成了藥物資源在很大程度上的浪費(fèi)。同時(shí)常規(guī)生產(chǎn)方式生產(chǎn)的藥物在保質(zhì)期上也比較短，不能夠很好的保存。將3D打印技術(shù)用于藥物的制造就很好地解決了這一系列的問題。打印機(jī)可以根據(jù)醫(yī)生所開處方按照藥物的用量以及可以按照藥物的釋放順序和濃度梯度來進(jìn)行對(duì)藥物的3D打印。打印制成的藥物實(shí)現(xiàn)藥物在時(shí)間上的精準(zhǔn)釋放，因此可以很好的適應(yīng)病人的病情與身體情況，從而節(jié)約了藥物材料，也有利于對(duì)病情的精準(zhǔn)控制。

三、3D打印醫(yī)療領(lǐng)域展望

3D打印技術(shù)因?yàn)槠涑尚脱杆伲杉庸?fù)雜結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用價(jià)值在醫(yī)療領(lǐng)域在不斷地被開發(fā)，相信在不久的將來，3D打印器官移植等現(xiàn)在不能突破的問題，在未來都能夠很好的得到解決。

參考文獻(xiàn)

[1] ?《生物醫(yī)學(xué)工程》中國醫(yī)藥科技出版社

[2] ?溫金龍 顧吉仁 3D打印技術(shù)的優(yōu)勢及應(yīng)用前景分析[A]1672-3791（2018）02（a）-0099-02

作者簡介：翟亞東（1998-）男，漢族，鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2016級(jí)學(xué)生。