打印促进医学发展

13D打印技术的临床应用

1.1医学模型制作3D打印可打印出器官或组织的3D模型，可直接应用于医学教学、临床及科研。借助这些模型，能将器官或组织内部构造的细节逼真地显示出来，将使医学知识变得更为直观明了，并可解决现有人体管道铸型标本耗费人体标本、存在伦理学问题等缺陷[4]。同时，通过3D打印可清晰直观地显示患者的疾病状况，如复杂骨折与畸形。3D打印所获得的数字化实体模型，提供了比医学影像资料更加详细的解剖学信息，实现了由二维到三维、由平面到立体、虚拟到现实的转变。医生可直接在此模型上进行手术设计及模拟，以确保手术的成功，为临床疾病的诊断及治疗提供了精确化、个性化的新型思路和方法[5,6]。1.2个性化医疗器械医学治疗的个性化是21世纪医学发展方向之一。提取患者CT或MRI等影像数据，利用三维重建、逆向工程、CAD等技术“量体裁衣、度身定做”，并通过3D打印制作出个性化的植入物及辅助器械，有效地提高疗效。1.2.1个性化医疗植入物在个体化人工关节置换、个体化接骨钣、个体化骨盆修复等临床手术中，3D打印技术得到广泛应用[5,7]。并且随着计算机辅助设计和制造技术的发展，在临床中日益推广。传统牙齿修复过程费时费力、精度难以保证，返修率高，制作周期长。将3D打印技术运用到义齿修复中已经成为了牙科领域广泛应用的技术，降低了义齿修复成本，缩短了制作周期[8]。美国俄亥俄州KaibaGionfriddo的气管有先天性缺陷，出生6个星期后出现呼吸困难的情况，医生在他喉部植入一个3D打印的人工气管后，得以正常呼吸。几年之后，这个人造气管会在体内自行降解，而患者自身的支气管可发育到能够维持正常呼吸的水平。《新英格兰医学杂志》对此进行了报道[9]。1.2.2个性化骨科手术导向模板目前的内固定器械常有配套的通用瞄准器械或模板系统，以辅助内固定物置入，但在术中仍需X线影像的确证。而计算机辅助导航系统采用红外线或电磁技术，可实现手术中螺钉的准确植入[10]，但设备昂贵、操作繁琐及学习曲线长等不足限制了其在临床的推广应用。而基于逆向工程技术和3D打印技术的个体化内固定模板则能够与特定病例实体骨骼完全匹配，具有安全、准确等优点，并可有效减少医患术中放射性暴露[11,12]。1.3生物打印直接打印出“有功能”的人体器官和组织，是人类一直以来的梦想。3D生物打印利用干细胞为打印材料，按照3D打印技术制作，打印出来的组织形成自给的血管和内部结构。生物打印机使用的是一种活细胞混合液构成的生物墨水,通过控制实现精确打印速度和墨水流量，实现相关细胞的逐层打印并形成3D组织构架[3]。2013年4月26日,Organovo的公司利用这一技术打印出深度为0.5mm、宽度为4mm的微型肝脏。生物打印机逐层打印肝脏细胞和血管内壁细胞,大约打印了20层。根据《新科学家》杂志的报道,微型肝脏具备真实肝脏器官的多项功能。它能够产生蛋白质、胆固醇和解毒酶,并将盐和药物运送至全身各处。美国南卡罗来纳州维克佛瑞斯特大学的再生医学研究者与美国军队再生医学研究所合作,使用3D皮肤打印机直接在患者伤口上打印细胞,帮助伤口更好更快地愈合；他们还成功地打印了肾脏细胞[3]。

23D打印技术在医学推广应用中的瓶颈及可能产生的问题

一项新技术总是同时带来利与弊，3D打印技术亦是如此。3D打印在医学应用中存在着一些瓶颈问题，也带来了一些新的问题。2.13D打印在医学推广应用中的瓶颈耗材是影响3D打印无法广泛应用的最关键原因。目前开发的材料主要有塑料、树脂和金属等。3D打印技术要在更多的领域实现应用，需要开发更多的可打印材料。价格也是影响3D打印技术推广的重要因素。目前，3D打印不具备规模经济的优势，设备与材料价格高昂是其主要原因。临床医生无数字化技能也是影响3D打印技术推广的因素之一。大多数临床医生不会使用3D打印机，需要专门的技术人员把3D影像转为可打印的3D数据并操作打印机。2.23D打印在医学推广应用中可能产生的问题3D打印技术制作的医疗器械可满足个性化诊疗的需求，当我们享受3D打印技术带给我们的便利时，也注意到它可能带来的问题。首先是3D打印器械的安全性问题，3D打印的医疗器械无法进行按标准进行严格的测试，也因而无法获得医疗器械注册许可证，在临床使用中存在一定的安全隐患。同时，3D打印技术的临床应用也带来了新的伦理学问题。当生物打印出人体组织器官时，患者的身体组织器官被各种打印成品所替代，那3D打印会不会与克隆面临同样的问题？另外，由于3D打印技术可以复制任何东西，对人体指纹、虹膜的复制可能导致生物特征识别技术失败，这需要制定3-D打印的限制性条款，以保护公民隐私及安全[13]。

33D打印技术在医学中的应用前景及展望

3D打印技术的应用现已逐步展开应用并渗透到临床医学的多个领域。随着3D打印技术的发展，利用打印模型对腹腔镜、关节镜等微创手术进行指导或术前模拟等应用也将得到推广。日后随着生物材料的发展，逐步将三维细胞打印技术与生物组织培养技术相结合，定会加速生物组织工程的发展，实现复杂组织器官的定制，使基于3D打印技术的生物组织、器官再生成为可能。3D打印是一个新的数字化制造技术，它的发展将给我们的医疗模式带来新的变化，但它在一定时间内必定会继承现有技术，它是传统方法的有益补充。随着科技发展，尤其交叉科学的应用，会给3D打印技术带来巨大突破。3D打印将来真正做到简易操作、高效、高精度、低成本，必将带来新的医疗革命。

作者：李鉴轶 单位：南方医科大学解剖学教研室、广东省医学生物力学重点实验室