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。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Hideo Kodama嘗試了一個快速成型系統(tǒng),。雖然他沒能為這項創(chuàng)新申請專利,，但他通常被認(rèn)為是增材制造系統(tǒng)的第一個發(fā)明者。

多年以后,，三位法國開發(fā)者試圖升級快速成型系統(tǒng),。與Hideo一樣，他們也沒能為這一舉措申請專利,。同年,，查爾斯-赫爾成為第一個擁有建立創(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SLS（選擇性激光燒結(jié)）打印機發(fā)布,，取得了商業(yè)成功,，CAD（計算機輔助設(shè)計）工具也隨之開始普遍使用。

當(dāng)?shù)谝粋�假肢在2016年被打印出來時,，虛構(gòu)變成了現(xiàn)實,，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突破口。

今天,，3D打印機隨處可見,，價格也處于歷史低位。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)一項研究,，80%的高科技制造商依靠3D打印進行產(chǎn)品原型制作。

3D打印的特點和好處

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,，天行者盧克從一個機器人那里得到了一只假手。雖然那是虛構(gòu)的,，但醫(yī)學(xué)界確實已經(jīng)實現(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,，用于先進的假體。

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

1)      快速原型制作

3D打印加快了增材制造的原型設(shè)計過程。今天，器官和植入物的原型可以在短短幾小時內(nèi)打印出來,�,？焖傩允�3D打印比機器原型制作更受青睞的原因。除了速度之外,，它也具有非�,？捎^的成本效益。

2)      設(shè)計的靈活性

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行3D打印,。材料的變化使設(shè)計變得靈活。另外,，與傳統(tǒng)打印相比,，3D打印沒有任何限制。

3)      浪費最小化

3D打印減少了資源的浪費,。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打印對每個人來說都是便捷易學(xué)的,。新的3D打印機的發(fā)展為每個人提供了學(xué)習(xí)和利用創(chuàng)新的機會。由于政府的有利舉措,，你可以得到一臺打印機,，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，而今天,，你只需要有意愿就能得到一臺,。打印機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

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

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者,，以進行拯救生命的器官替換,。然而，這一趨勢即將因3D打印而改變,�,？茖W(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,�,？茖W(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

為什么要浪費時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，3D打印可以修改任何可以適合人類的假肢設(shè)計,。在未來,，沒有人需要依賴捐贈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)計成特別適合某些病人的解剖要求。

透過3D打印可實現(xiàn)的醫(yī)學(xué)進步

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)用只是一個開始而已。下面概括了透過3D打印可實現(xiàn)的5項醫(yī)學(xué)進步：

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

有時候,，模擬甚至可以避免無效的實際手術(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,，根本就沒有手術(shù)的必要,，反而應(yīng)該考慮其他療法。

2)   3D打印的另一個令人振奮的進步是智能藥丸,，這項技術(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腔室，每個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間。

譬如,，我們能夠調(diào)節(jié)針對小腸的藥物的釋放時間為三小時—— 這是藥丸前往該器官所需的時間,。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，降低忘記吃藥的機會（確保正確用藥）,。

3)     憑借先進的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，這項技術(shù)都能完美地解決每位患者的個人需求,。

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模型中成長并擴散到不同的“組織”。

這使科學(xué)家能夠在不危及人類生命的實驗室環(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別疾病,，從而及早阻止疾病傳播,。

5)     3D打印機不僅有助治療現(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現(xiàn),。

△3D打印心臟模型。來自:Medix團隊

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SLS打印機開發(fā)出來后,，3D打印已經(jīng)具有成本效益,、容易獲得、快速,、靈活和浪費最小化的顯著優(yōu)勢,。

依靠大規(guī)模的現(xiàn)代改進，3D打印預(yù)計會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打印機可靠地制造新的身體部位和器官還有幾年時間,，但這項技術(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,。