淺談3D打印醫(yī)療設(shè)備的未來

導(dǎo)讀：在過去的幾年間,，世界各地關(guān)于3D打印醫(yī)療設(shè)備的新聞事例層出不窮,，從3D打印的助聽器到手術(shù)工具,，如鑷子和術(shù)中牽引器等，3D打印在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用潛力正在被不斷證實(shí),。毫無疑問,，3D打印正在逐漸按改變醫(yī)學(xué)界的游戲規(guī)則。

隨著新的醫(yī)療工具和小工具如雨后春筍般涌現(xiàn),，3D打印正變得越來越容易獲得,，價(jià)格也越來越低。也許未來,，由于技術(shù)的不斷發(fā)展,，從身體器官到植入物都可以進(jìn)行3D打印。

然而,，除了目前的創(chuàng)新之外,，3D打印在醫(yī)療領(lǐng)域還有什么值得期待的,？南極熊今天就與你一道來探討這個(gè)問題。

△工作中的3D打印技術(shù)

3D打印醫(yī)療設(shè)備的過去和現(xiàn)在

增材制造,，也被稱為3D打印,，起源于20世紀(jì)80年代。第一個(gè)記錄在案的用于替換缺失或無法使用的人體部件的3D迭代可以歸功于日本,，當(dāng)時(shí)Hideo Kodama嘗試了一個(gè)快速成型系統(tǒng),。雖然他沒能為這項(xiàng)創(chuàng)新申請(qǐng)專利，但他通常被認(rèn)為是增材制造系統(tǒng)的第一個(gè)發(fā)明者,。

多年以后,，三位法國開發(fā)者試圖升級(jí)快速成型系統(tǒng)。與Hideo一樣,，他們也沒能為這一舉措申請(qǐng)專利,。同年，查爾斯-赫爾成為第一個(gè)擁有建立創(chuàng)建3D模型系統(tǒng)專利的開發(fā)者,。

△查爾斯·赫爾（Charles Hull）

自從被創(chuàng)造以來,，一些公司和初創(chuàng)公司已經(jīng)嘗試使用增材制造技術(shù)。2016年,，第一臺(tái)SLS（選擇性激光燒結(jié)）打印機(jī)發(fā)布,，取得了商業(yè)成功，CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）工具也隨之開始普遍使用,。

當(dāng)?shù)谝粋�(gè)假肢在2016年被打印出來時(shí),，虛構(gòu)變成了現(xiàn)實(shí)，醫(yī)學(xué)界終于為不斷上升的器官和植入物的需求找到了一個(gè)突破口,。

今天，3D打印機(jī)隨處可見,，價(jià)格也處于歷史低位,。這種無處不在的情況使大家有可能開發(fā)出不同的3D打印材料。根據(jù)一項(xiàng)研究,，80%的高科技制造商依靠3D打印進(jìn)行產(chǎn)品原型制作,。

3D打印的特點(diǎn)和好處

科學(xué)家和作家們多年來一直在探索和發(fā)掘3D打印的優(yōu)勢(shì)和功能。在1980年發(fā)行的《星球大戰(zhàn)》系列第四集《帝國反擊戰(zhàn)》的最后一幕中,，天行者盧克從一個(gè)機(jī)器人那里得到了一只假手,。雖然那是虛構(gòu)的，但醫(yī)學(xué)界確實(shí)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了這種幻想——3D打印的假手,。

△醫(yī)生和科學(xué)家們正在努力完善3D打印附屬物,，如手、耳朵等,，用于先進(jìn)的假體,。

總的來說,，當(dāng)下3D打印的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)主要可以分為以下幾點(diǎn)：

1)      快速原型制作

3D打印加快了增材制造的原型設(shè)計(jì)過程。今天,，器官和植入物的原型可以在短短幾小時(shí)內(nèi)打印出來,。快速性是3D打印比機(jī)器原型制作更受青睞的原因,。除了速度之外,，它也具有非常可觀的成本效益,。

2)      設(shè)計(jì)的靈活性

用于3D打印的材料已經(jīng)發(fā)生了變化,。醫(yī)療工具和設(shè)備可以用鋼、酸,、鈦,、甚至巧克力都可以進(jìn)行3D打印。材料的變化使設(shè)計(jì)變得靈活,。另外,，與傳統(tǒng)打印相比，3D打印沒有任何限制,。

3)      浪費(fèi)最小化

3D打印減少了資源的浪費(fèi),。生產(chǎn)打印件只需要生產(chǎn)部分所需的材料。與其依賴大塊的回收材料,，3D打印只使用零件需要的材料,。

4)      易于使用

3D打印對(duì)每個(gè)人來說都是便捷易學(xué)的。新的3D打印機(jī)的發(fā)展為每個(gè)人提供了學(xué)習(xí)和利用創(chuàng)新的機(jī)會(huì),。由于政府的有利舉措,，你可以得到一臺(tái)打印機(jī)，并開始使用它,，沒有任何限制,。

5)      成本效益高

在過去，你需要有許可證才能使用3D打印機(jī),，而今天,，你只需要有意愿就能得到一臺(tái)。打印機(jī)可以在任何地方買到,，這確保了其成本效益,。

3D打印在醫(yī)療領(lǐng)域的未來趨勢(shì)

3D打印的未來可以通過目前的發(fā)展趨勢(shì)來想象。醫(yī)療保健方面的這些趨勢(shì)包括器官,、植入物,、假肢、手術(shù)器械和其他醫(yī)療設(shè)備，旨在實(shí)現(xiàn)手術(shù)室里未來的技術(shù)革新,。以下是對(duì)3D打印如何改變醫(yī)學(xué)游戲的簡(jiǎn)要看法,。

1)      器官和植入物

在美國，有數(shù)百人在等待器官和植入物,。這些人正在尋找捐贈(zèng)者,，以進(jìn)行拯救生命的器官替換。然而,，這一趨勢(shì)即將因3D打印而改變,。科學(xué)家們正在努力尋求創(chuàng)造更快,、更有效的3D打印腎臟,、肺部和其他器官。

2)      手術(shù)器械

獲得一套手術(shù)器械的平均價(jià)格約為3000美元（約2200英鎊）,，這相當(dāng)昂貴,。有了3D打印技術(shù)，手術(shù)器械變得更加完善,，成本效益更高,。科學(xué)家們可以修改任何醫(yī)療用品,，甚至可以打印出復(fù)雜的醫(yī)療用品,。

3)      假肢和醫(yī)療設(shè)備

為什么要浪費(fèi)時(shí)間和資源來制作假肢和醫(yī)療設(shè)備？由于其快速的原型設(shè)計(jì),，3D打印可以修改任何可以適合人類的假肢設(shè)計(jì),。在未來，沒有人需要依賴捐贈(zèng)者來獲得適合他們的定制假肢和設(shè)備,。

△目前,，人們正在嘗試?yán)��?D打印機(jī)制造醫(yī)療設(shè)備和手術(shù)設(shè)備，這些設(shè)備可以被設(shè)計(jì)成特別適合某些病人的解剖要求,。

透過3D打印可實(shí)現(xiàn)的醫(yī)學(xué)進(jìn)步

從定制的身體部位到模擬癌癥腫瘤幫助研究,，3D打印技術(shù)已經(jīng)成為重大醫(yī)學(xué)突破的核心，而這些應(yīng)用只是一個(gè)開始而已,。下面概括了透過3D打印可實(shí)現(xiàn)的5項(xiàng)醫(yī)學(xué)進(jìn)步：

1)     通過3D打印，手術(shù)在進(jìn)入手術(shù)室之前就可以提早開始,。通過打印需要進(jìn)行手術(shù)的精確器官模型,，外科醫(yī)生可以模擬手術(shù)，讓他們掌握每個(gè)手術(shù)細(xì)節(jié)和累積經(jīng)驗(yàn)后,，再進(jìn)行真正的手術(shù),，從而降低風(fēng)險(xiǎn)并提高成功率。

有時(shí)候,，模擬甚至可以避免無效的實(shí)際手術(shù),。例如,，當(dāng)發(fā)現(xiàn)腫瘤位置過于接近重要器官而無法切除時(shí)，根本就沒有手術(shù)的必要,，反而應(yīng)該考慮其他療法,。

2)   3D打印的另一個(gè)令人振奮的進(jìn)步是智能藥丸，這項(xiàng)技術(shù)有可能徹底改變藥物的使用,。目前正在開發(fā)的一種藥丸將包含幾個(gè)腔室,，每個(gè)腔室含有不同的藥物。這種新發(fā)明與現(xiàn)有藥丸的分別在于3D打印技術(shù)能夠讓智能藥丸為每種藥物設(shè)定不同的藥力釋放速度和時(shí)間,。

譬如,，我們能夠調(diào)節(jié)針對(duì)小腸的藥物的釋放時(shí)間為三小時(shí)—— 這是藥丸前往該器官所需的時(shí)間。另外,，藥力釋放速度也可按需要而設(shè)定,。通過這種方式，我們可以快速釋放止痛藥力,，但減慢激素釋放,，以確保藥力能夠逐漸吸附。這些智能多腔室藥丸使患者能一次服用不同藥物,，降低忘記吃藥的機(jī)會(huì)（確保正確用藥）,。

3)     憑借先進(jìn)的3D打印技術(shù)，各身體部位和骨骼都可以透過“印刷”來定制,，以滿足每位患者的獨(dú)特需要,。無論是關(guān)節(jié)置換，還是重建受損的骨骼及身體部分,，這項(xiàng)技術(shù)都能完美地解決每位患者的個(gè)人需求,。

程序上，先用電腦斷層掃描(CT)掃描受影響區(qū)域,，并繪制出骨骼結(jié)構(gòu),。然后，根據(jù)患者的準(zhǔn)確身體尺寸和特征,，以3D打印機(jī)創(chuàng)建模具,，再注入適當(dāng)?shù)奶畛洳牧咸鎿Q缺失的關(guān)節(jié)或骨骼結(jié)構(gòu)。

4)     要了解致命疾病如何擴(kuò)散,，研究人員需要準(zhǔn)確復(fù)制人體,。 3D打印可以印制出真實(shí)人體器官的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。在受控環(huán)境下,，研究人員為細(xì)菌和腫瘤提供氧氣和葡萄糖,，讓它們?nèi)缭谌梭w般，在3D模型中成長(zhǎng)并擴(kuò)散到不同的“組織”。

這使科學(xué)家能夠在不危及人類生命的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境內(nèi)追蹤疾病傳播,。器官模型改善了現(xiàn)代醫(yī)學(xué)治療疾病不同階段的能力,，并有助研發(fā)更有效的藥物。此外,，這些模型使研究人員能夠在早期識(shí)別疾病,，從而及早阻止疾病傳播。

5)     3D打印機(jī)不僅有助治療現(xiàn)存的疾病,，它們更是未來醫(yī)學(xué),，甚至是人類進(jìn)化的發(fā)展關(guān)鍵。曾被認(rèn)為是科學(xué)幻想的仿生人類,，將可能通過3D打印生物材料,，結(jié)合電子元件和聚合物予以實(shí)現(xiàn)。

△3D打印心臟模型,。來自:Medix團(tuán)隊(duì)

結(jié)論

3D打印的想法由來已久,，可以追溯到日本的Hideo Kodama，這一創(chuàng)新始于人體部件替代的迭代,。在第一臺(tái)SLS打印機(jī)開發(fā)出來后,，3D打印已經(jīng)具有成本效益、容易獲得,、快速,、靈活和浪費(fèi)最小化的顯著優(yōu)勢(shì)。

依靠大規(guī)模的現(xiàn)代改進(jìn),，3D打印預(yù)計(jì)會(huì)在不久的將來取代器官和植入物,。它還確保了手術(shù)器械、假肢和其他醫(yī)療設(shè)備的快速和更有效的替代,。盡管我們離能夠通過3D打印機(jī)可靠地制造新的身體部位和器官還有幾年時(shí)間,，但這項(xiàng)技術(shù)將繼續(xù)徹底改變醫(yī)生和外科醫(yī)生治療病人的方式。