3D打印在医疗领域应用现状

3D打印在医疗领域应用现状

熊宝林

北京社会管理职业学院北京101601

【摘要】介绍了3D打印的概念，详细阐述了3D打印在手术规划模型、手术导板、植入物、康复医疗器械、口腔、生物制药等医疗领域的应用现状。

【关键词】3D打印；医疗领域；现状

Applicationof3Dprintingtechnologyinmedicine

AbstractItintroducedtheconceptof3Dprinting，especiallyintroducedthepresentdetailsofapplicationof3Dprintingtechnologyinmedicine

Keywords3Dprinting；medicine；present

基金项目：北京社会管理职业学院2017年民政职教问题基础研究课题(SGYZJ2017-15)。

1北京社会管理职业学院假肢矫形康复系，河北廊坊三河燕郊经济开发区，101601；作者简介：熊宝林，男，讲师；主要研究方向：假肢矫形器、康复工程技术。

一、3D打印

3D打印，是根据所设计的3D模型，通过3D打印设备逐层增加材料来制造三维产品的技术。这种逐层堆积成形技术又被称作增材制造[1-2]。3D打印综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多领域的前沿技术，是快速成型技术的一种，被誉为“第三次工业革命”的核心技术[3-5]。由于具有加工精度高、制造周期短、材料多样等特点，能够制造出任何复杂的结构，已被广泛应用于航空、汽车、电子制造、生物工程和医学、服装和首饰设计、建筑及个性化产品创作等领域[6]。

二、3D打印在医疗领域应用现状

医药生物行业是目前3D打印技术扩张最为迅猛的行业。3D打印技术能够为医疗生物行业提供更完整的个性化解决方案；生物3D打印技术将促进再生医学领域在人造活体组织与器官的研究。在个性化解决方案方面，比较典型的应用有3D手术预规划模型、手术导板、3D打印植入物，以及假肢、助听器等康复辅具[7-10]。

1．手术规划模型

对于风险高难度大的手术，术前规划十分重要。传统上，通过CT、核磁共振（MRI）等影像设备获取患者的数据，是做医生手术预规划的基础，但得到的医学影像是二维的，之后还需要利用软件将二维数据转成逼真的三维数据。3D打印机可以将三维模型直接打印出来，既可辅助医生进行精准的手术规划、提升手术的成功率，又方便医生与患者就手术方案进行直观的沟通。此外，即使在治疗失败，3D打印也可以为医患双方提供可溯源的依据。

2．手术导板

手术导板是将手术预规划方案准确的在手术中实施的辅助手术工具。在多个学科都有应用，例如：关节类导板、脊柱导板、口腔种植体导板，还有肿瘤内部内照射源粒子植入的导向定位导板等。这意味着患有先天性骨疾病或骨骼受伤的儿童就能得到更好的治疗。该3D打印导板是三维的，根据对患者骨骼的扫描数据生成，可以让医生获得最真实的信息，从而更好地规划手术。另外，其制造成本也不高，即便普通患者也负担得起。

3．植入物

一些植入物是通过铸造或传统的金属加工方法来制造的，需要首先制造出模具，对于只需要一件或者少量的植入物来说，单件生产成本十分昂贵。再加上具有生物相容性的植入物材料本身的高价格，骨科植入物的总制造成本是十分昂贵的。对于结构复杂的特殊植入物，使用从传统技术也难以实现。而3D打印技术用于制造骨科植入物，可以有效降低定制化、小批量植入物的制造成本，并可以制造出更多结构复杂的植入物。

4.康复医疗器械

与3D打印钛合金定制化飞机零部件和超级轿跑个性化零部件一样，假肢、助听器等康复医疗器械同样具有小批量、定制化的需求，并且设计具备复杂性，传统数控机床受到加工角度等因素的限制往往难以实现。此外，利用3D打印技术制作单个定制化康复辅具的成本会显着下降。3D打印康复医疗器械的推广需要专业的医疗器械服务商介入，从数据采集、设计、成型以及产品的认证方面进行专业的操作。

5.3D打印在口腔科的应用

牙齿修复和治疗的成本是牙科诊所、实验室需要考虑重要因素，很多有先见之明的牙科诊所、实验室已经引入数字化口腔技术，以提升效率、降低成本。近年来，以软件设计为基础的牙科修复变得普及，很多牙科诊所、实验室或专业义齿生产企业都引入了3D打印技术。结合了3D打印的数字化口腔技术为牙科行业带来了精度高、成本低、效率高，以及符合规范化生产链相符的口腔数据。许多牙科诊所或实验室都有利用3D打印机来制造患者牙齿模型。

6.生物3D打印

之前提到使用金属、塑料等非活体组织材料3D打印的定制化假肢、牙科、骨科植入物、助听器外壳等医疗器械都属于“初级阶梯”。而打印血管、软骨组织这类单一的活体组织属于“中级阶梯”。3D打印的人工肝脏、心脏等人工器官则属于“顶级阶梯”。无论是人造血管、软骨组织，还是肝脏组织、肾脏组织，其核心是特定类型细胞的分离（或定向诱导）及大规模扩增。而生物3D打印技术，在人工组织、器官培养过程更多承担了三维形状的构建，即让人体细胞按照预先设计好的形状来生长。因此人造器官、组织的发展更大程度上取决于生物技术的发展。

7.3D打印与制药

通过3D打印成形技术制备药物缓释装置，与传统压片方法相比具有独特的优势。3D打印可以实现多种材料精确成形和局部微细控制，得到具有复杂内部结构的装置；释药特征与所设想的复杂释药行为一致。通过3D打印成形技术，将粉末材料粘结成形，可以方便的实现医学应用中常需要的具有复杂型腔的多孔结构，对于药物释放有着重要意义。

参考文献：

[1]黄树槐，张祥林，马黎，等．快速原型制造技术的进展［J］．中国机械工程，1997,8(5)：8-12．

[2]黄树槐，肖跃加，莫健华，等．快速成形技术的展望［J］．中国机械工程，2000，11（1/2）：195-200．

[3]王修春，魏军，伊希斌，等．3D打印技术类型与打印材料适应性［J］．信息技术与信息化，2014，(4)：84-90．

[4］黄秋实，李良琦，高彬彬．国外金属零部件增材制造技术发展概述［J］．国防制造技术，2012(5)：26-29．

[5］许勇静，陈俐．三维模型—快速成型技术核心［J］．武汉造船，2001，(2)：16-18．

[6]张彦芳.3D打印技术及其应用[J].科技视界,2013,(13):123.

[7]ButscherA.BohenerM.HofmannS.etal.Structuralandmaterialapproachestobonetissueengineeringinpowder-basedapproachestobonetissueengineeringinpowder-basedthree-dimensionalprinting[J]ActaBiomater.2011.7(3)907-920.

[8]MelchelsFP.FeijenJ.GrijpmaDW.Areviewonstereolithography.anditsapp;ocationsinbiomedicalengineering[J].Biomaterials.2010.31(24):6121-6130.

[9]赵靖,王笛.3D打印技术在医学领域应用的现状及问题[J].中国现代医学杂志.2017年12期.

[10]刘凤珍,刘明信.3D打印技术在医学领域中的应用研究进展[J].中国材料进展.2016年05期.