增材制造技術在醫療領域應用綜述

李旭鵬 羅翠

摘要：增材制造技術起源于上世紀九十年代，近年來隨著技術水平的不斷提高在醫療領域也得到了廣泛應用。增值制造技術能夠根據患者的病情和身體情況進行個性化定制，這一特點也使該技術在醫療領域有著無可比擬的優勢。本文對增材制造技術的特點和功能進行了簡單介紹，并對其在醫療領域的應用進行了探索。

關鍵詞：增材制造;醫療;應用

引言

增值制造技術從出現以來，在制造業發揮了重大作用，英國、美國、德國等發達國家為了鼓勵和發展增材制造技術發展都出臺了一系列的優惠和保障政策。為了迎接工業4.0時代的到來，助力“中國制造2025”的目標實現，我國也愈發重視增材制造技術在各個領域的應用和推廣，近年來隨著大數據技術的進步，增材制造的應用領域也在逐步擴展。由于其個性化定制的特點，也實現了針對不同患者個體差異的多種治療方案的設計，對提高患者的治療和恢復效果具有重要意義，因此增材制造技術在醫療領域的應用也受到了醫學研究者的關注和認可。

1 增材制造技術概述

增材制造技術的發展依賴于大數據、信息技術、精密電子和材料成型等多個學科的共同作用，以三維數據模型為基礎，以STL的格式將信息數據導入到相應的計算機系統之中，然后將其分成二維的平面數據，再通過打印機逐層打印的方式制造出三維的實體造型，將計算機系統中的設計變成實物，增材制造技術生產出來的產品具有成本低、精度高、速度快等特點，所以才能滿足患者的差異性需求。

與傳統的工藝技術相比，增材制造技術能夠最大程度地使制造業的先進技術在醫療領域得到應用，首先，利用增材制造技術進行生產時，往往都是以一個小時為周期，簡化了傳統工藝技術的復雜的工序，節省了大量的生產時間，提高了生產的效率，使人們獲得成品的時間大大縮短。其次，用戶可以針對自身的實際情況下選擇不同的增材制造設備，其最高精度能夠達到0.1毫米，可以制造出滿足各種質量要求的產品。再者，通過3D打印的智能化信息系統，生產產品所需的材料用量能夠得到精準把控，增材制造的特性使產品在制造過程中幾乎不會產生資源浪費，進一步節約了生產成本。此外，使用增材制造設備能夠使產品按照提前設置好的程序自發地進行生產，相關工作人員也可以通過控制平臺對生產過程進行實時監測。

2 增材制造技術的具體應用

2.1 輔助治療

當前階段，增材制造技術在醫學領域的輔助作用有兩個方面，一方面是利用增材制造技術能夠根據患者病灶部位的醫學影像，進行一比一的三維立體模型構建并打印出來，幫助外科醫生更清晰地了解患者的病情，制定出最符合患者實際情況的治療計劃，同時還可以利用模型進行手術模擬，對治療計劃進行改善，盡可能地提高手術成功的概率。另一方面，根據患者的掃描圖像，利用增材制造技術可以定制最符合患者生理特點和身體結構的醫療輔助器械，既縮短了設備的生產周期，同時也使醫療器械和患者之間的適配度更高，使治療過程更加精準、高效。

比如，在對多名非小細胞肺癌患者進行治療時，可以利用增材制造技術對患者的螺旋CT進行三維重構，并利用3D打印機打印出與患者的患側肺血管和配病灶等比例的實體模型，然后對所有該病患者的術中情況與重建的影響進行對比，觀察血管的符合率。此外，國外的一個醫療器械公司還利用增材制造技術，打印出了含有蛋白多糖和豐富膠原蛋白的“仿真皮膚”，能夠直接與人的皮膚接觸并滲透到皮膚組織之中，對于治療皮膚損傷的效果很明顯。

2.2 植入物打印

在骨科和口腔領域的治療過程中，經常會有損傷骨組織和牙齒缺損的患者，因為每個患者的損傷部位和損傷程度都很大的差異，所以在植入物也有所不同。增材制造技術能夠根據患者損傷部位的三維信息和患者的實際情況，選擇并制作合適的植入物，是治療的效率和手術的成功率都得到大幅度提高。

比如在對脊索瘤患者進行治療時，就可以給患者植入利用增材制造技術制造的植入物，與傳統植入物相比，這種多階段的植入物除了滿足患者治療的基本需求之外，個性化定制的特點還加強了連接部分的穩定性，而且由于增材制造技術產品有著很高的精度，所以制造出的植入物的結構基本上和骨小梁的結構一致，更好地實現骨整合。

2.3 生物打印

增材制造技術能夠個性化定制的特性還為人造器官的人造組織的創造提供了保障，使特定類型細胞能夠依照設計好的方式進行分離和擴張，形成成熟的人體組織，比如人造血管、人造肝臟等。現在已經有醫療團隊將增材制造技術和多光子聚合技術進行整合，制造出了能夠在其表面生成出人體細胞的人造血管。此外來自約翰霍普金斯等多個世界知名學府的多學科聯合研究團隊利用增材制造技術生產出了定制化的神經導引管，能夠引起運動并感覺到神經的生長，對運動功能和受損神經的修復有重要的作用。

2.4 醫療器械的設計與制造

與傳統的醫療器械制造方式相比，利用增材制造技術能夠大幅度地減少制造周期，降低生產成本，同時也能減少產品的設計周期和開發成本，特別是在制造小批量的定制化的醫療機械設備時，技能降低成本又能實現在傳統的加工方式下很難制造的結構。

比如在對患者進行舌癌的術后放療時，可以利用增材制造技術制造出適合患者的定制支架，減少患者口腔黏膜炎發生的概率，

2.5 醫療設備維修

工作人員在對醫療設備進行維修時，經常會出現零配件停產或者短缺的問題，又或者市場上配件的價格過高，這些問題經常導致維修過程不能順利進行。利用增材制造技術能夠在短時間內將損壞的部件進行三維的復制和構建，縮短設備維修的周期，減少設備損壞或者停用給醫院帶來的經濟損失。

結束語

綜上所述，增材制造技術在我國醫療領域的許多方面都得到了廣泛應用，在骨科和口腔以及精神外科領域更是積累了多年的實踐經驗。但是相比于英美等發達國家，增材制造技術在我國醫療領域的應用還處在初級階段，核心技術、硬件設備等都是從國外引進的，國內在這方面的技術還沒有完全成熟。所以要想使增材制造技術在我國醫療領域得到最大程度地開發和利用，還需要出臺一系列的優惠政策來吸引相關人才投入到相關技術的研究上，另外也需要對醫療從業者進行宣傳和培訓教育，使他們能夠在治療過程中正確使用增材制造技術產品。

參考文獻：

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[3]羅春婭. 增材制造技術在醫學領域的研究進展[C]//.全國第十四屆紅外加熱暨紅外醫學發展研討會論文及論文摘要集.，2013：256-258.

作者簡介：

李旭鵬（出生年月：1986年08月），性別：男，民族：漢，籍貫：遼寧省鞍山市，學歷：碩士研究生，職稱：中級工程師，研究方向：增材制造，自動化，機械設計。

羅翠（出生年.月1987年5月），性別：女，民族：漢，籍貫遼寧省鞍山市，學歷：本科，職稱：主治醫師，研究方向：老年病，康復醫療，內科學。