3D打印技術(shù)在醫(yī)療各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例

3D打印的出現(xiàn)使傳統(tǒng)制造業(yè)發(fā)生了顛覆性變革,，已成為引領(lǐng)未來全球制造業(yè)發(fā)展的新趨勢。3D打印是依托于信息技術(shù),、精密機(jī)械以及材料科學(xué)等多學(xué)科發(fā)展起來的尖端技術(shù),。隨著3D打印技術(shù)的日漸成熟,，在醫(yī)療市場方面3D打印也發(fā)揮著越來越不可忽視的作用,。下面南極熊就和大家一起看一下3D打印在醫(yī)療方面的一些應(yīng)用,。

3D打印機(jī)的發(fā)展歷程
1984年，查爾斯•赫爾研制了3D打印技術(shù)并于1986年獲得專利,，將其命名為立體光刻技術(shù),，成立了3D Systems公司。
1987年,，DTM公司開發(fā)了SLS技術(shù),，并進(jìn)行了商業(yè)化應(yīng)用。
1988年,，克倫普研發(fā)了FDM技術(shù),，翌年成立了Stratasys公司,。
1991年,，Helisys公司售出了第一臺分層實(shí)體制造（LOM）系統(tǒng)。
1992年,，Stratasys公司售出了首批基于FDM的“三維建�,！睓C(jī)器。
1993年,，麻省理工學(xué)院獲得了“三維打印技術(shù)”專利,，該技術(shù)類似于二維打印機(jī)中使用的噴墨印刷技術(shù)。
1995年,，麻省理工學(xué)院研發(fā)了粉末層和噴頭3D打�,。�3DP）技術(shù),。
1996年，3D Systems公司推出“Actua 2100”快速成型機(jī),；同年Z Corporation推出“Z402”并首次冠以“3D打印機(jī)”的稱謂,。
2005年，Z Corporation推出市場上第一臺高精度彩色3D打印機(jī)“SpectrumZ510”,。
2006年,，RepRap開放源碼項(xiàng)目啟動，旨在開發(fā)能進(jìn)行自我復(fù)制的3D打印機(jī),。
2008年,，Objet Geometries公司推出有史以來第一個(gè)能夠同時(shí)使用幾種不同材料的3D打印機(jī)“Connex500”快速成型系統(tǒng) 。Object Geomatries公司于2007年發(fā)布了 Polyjet矩陣技術(shù),，其打印設(shè)備,，見圖1。其技術(shù)原理是噴射超薄層的光固化物,，最薄層只有16 μm,，并且其噴射材料有多種。

圖1 Polyjet矩陣打印設(shè)備 3  3D打印在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.制作下顎骨神奇的3D打印下顎骨植入術(shù)

采用3D打印技術(shù),，世界上首次完成了完全使用定制植入物代替整個(gè)下顎的制作過程,。與傳統(tǒng)制作方法相比，3D打印耗費(fèi)的材料更少,，生產(chǎn)時(shí)間更短,，往往只需數(shù)小時(shí)便可以制出一只下頜骨。為了避免排斥反應(yīng)的發(fā)生,，科研人員在制作完成的下頜骨上涂上了生物陶瓷涂層,。技術(shù)人員可根據(jù)移植患者的具體需求來設(shè)計(jì)骨骼部件的效果圖，然后利用高精度鐳射槍來熔解鈦粉,，并將他們一層層地噴涂疊加起來,，最終制作出立體人造骨骼部件成品。整個(gè)過程不需要任何膠水或粘結(jié)劑,�,？蒲腥藛T們已經(jīng)成功為一名83歲的老婦人植入了經(jīng)3D打印制成的下頜骨。

2.打印外骨骼
美國伊薩卡學(xué)院學(xué)生3D打印機(jī)假肢,，材料成本只要15美元
德國3D打印假肢及矯形器公司Mecuris獲種子投資

3D打印現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)軍體外骨骼打印,，旨在輔助殘疾人士與肌肉萎縮人士提升行動能力。經(jīng)3D打印制作的輕量級體外骨骼可以輔助用戶站立及走動,。

3.打印細(xì)胞
另類黑科技：用電鰻細(xì)胞3D打印的組織,，能治心臟病！

科學(xué)家已經(jīng)使用人類細(xì)胞經(jīng)3D打印制作出了世界上第一個(gè)人造肝臟,。研究人員開發(fā)出了基于瓣膜的細(xì)胞打印過程,，可以按特定的模式打印細(xì)胞。細(xì)胞打印過程中的關(guān)鍵在于打印機(jī)噴嘴,，噴嘴用力必須輕柔,，以保護(hù)細(xì)胞和組織的生命力。赫瑞瓦特大學(xué)開發(fā)了一種基于瓣膜的雙噴嘴打印機(jī),，能夠打印高度活細(xì)胞如用于組織再生的人體胚胎干細(xì)胞,，其細(xì)胞打印系統(tǒng)方案圖，見圖2,。

4.打印活體組織

羅氏制藥公司用3D打印活性肝組織成功鑒定藥物毒性

更先進(jìn)生物3D打印機(jī)誕生,！已成功造出活性人體組織

研究人員日前創(chuàng)造出一種水滴網(wǎng)絡(luò)，能夠模仿生物組織中的一些細(xì)胞特性,。利用一臺3D打印機(jī),，研究小組可將小水滴組裝成為一種類似膠狀物的物質(zhì)，它能夠像肌肉一樣彎曲,，并能夠像神經(jīng)細(xì)胞束一樣傳輸電信號,，可用于修復(fù)或緩解器官衰竭。這一技術(shù)應(yīng)用在醫(yī)療領(lǐng)域有望能夠合成人造組織或器官模型,。

5.打印血管
正式發(fā)布：干細(xì)胞生物3D打印血管成功植入恒河猴體內(nèi)

聯(lián)合3D打印技術(shù)和多光子聚合技術(shù),，人們已成功打印出人造血管。通過這一過程打印出來的 血管可以與人體組織相互“溝通”,，不會發(fā)生器官排斥,，且可以生長出類似于肌肉的組織。該研究成果將有望用于人體試驗(yàn)和藥物測試,。


6.打印器官
荷蘭兩大機(jī)構(gòu)合作研發(fā)3D打印人體組織器官
UTA科學(xué)家正在研究可生長的3D打印器官

科研人員采用3D打印技術(shù)配合人體自身細(xì)胞,，使用加入細(xì)胞混合物凝膠的可生物降解腳手架， 逐層構(gòu)建出了腎臟,。這項(xiàng)技術(shù)還幫助一個(gè)孩子成功移植了人工膀胱,。此外，利用CT掃描等醫(yī)學(xué)影像技術(shù),，3D打印機(jī)還可以采用丙烯酸樹脂制作出半透明的器官模型,，從而幫助外科醫(yī)生了解器官內(nèi)部結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)腫瘤放療效果的可視化,。美國科學(xué)家成功利用3D打印技術(shù)制作出了能夠精確復(fù)制疑難并發(fā)癥患者的心臟解剖結(jié)構(gòu)的人體心臟模型,，用于醫(yī)生術(shù)前研究患者心臟結(jié)構(gòu)。

7.治療癲癇
3D打印藥片將首先用于癲癇治療藥物已獲FDA批準(zhǔn)
神經(jīng)科醫(yī)生有話說：3D打印抗癲癇藥能給我們帶來什么,？

日本科研團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種新的光固化三維打印材料，這是一種具有高導(dǎo)電性的新型樹脂，可應(yīng)用于制作包括3D碳電極的燃料電池或生物傳感器的接口,。其最有前途的應(yīng)用是制作可與大腦連接的3D微電極,，大腦中的神經(jīng)可以通過3D微電極的接口進(jìn)行互連，從而發(fā)送或接收來自神經(jīng)元的電信號,，可用于進(jìn)行深部腦刺激和相關(guān)疾病如癲癇,、抑郁癥、帕金森氏病的干預(yù)及治療,。這項(xiàng)技術(shù)目前仍處于實(shí)驗(yàn)階段,。

8.胎兒塑像診療
波蘭MWU學(xué)院用3D打印心臟模型診斷胎兒病情
精細(xì)3D打印心臟模型幫助醫(yī)生拯救心臟病患兒 [

倫敦超聲波中心是英國第一家提供3D服務(wù)的診所。針對懷孕＞24周,、身體狀況穩(wěn)定的母親,，可用超聲波探測其子宮中的胎兒，記錄出各種數(shù)據(jù),；再運(yùn)用3D掃描技術(shù)對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理從而模擬出胎兒的雛形,；最后用黃銅將模型澆鑄出來。這項(xiàng)技術(shù)有助于胎兒先天性缺陷的探測,。

9.打印支氣管
【案例精選】中國首例3D打印可降解氣管外支架臨床應(yīng)用
Materialise聯(lián)手TRS制造3D打印氣管夾板以幫助患病兒童

醫(yī)務(wù)人員利用3D打印機(jī),，采用生物材料制作出了一個(gè)可在氣道中開辟通道的夾板，成功挽救了一名支氣管軟化的嬰兒,。

10.打印頭骨
5歲男童患狹顱癥酷似“外星娃” 3D打印重拼頭骨
3D打印頭骨或助美國法醫(yī)解決刑事懸案
阿根廷首例3D打印頭骨植入物患者一年來生活正常

3D打印技術(shù)憑借優(yōu)異的可定制性成為骨科領(lǐng)域的寵兒,。美國當(dāng)?shù)氐尼t(yī)療機(jī)構(gòu)正試圖將3D顱骨打印引入到臨床治療中。目前打印材料還未正式被美國食品藥物管理局（FDA）批準(zhǔn),，如果材料申請能夠通過,，那么預(yù)計(jì)會有75%的顱骨外傷患者接受相關(guān)修補(bǔ)手術(shù)。

11.減少癌患負(fù)擔(dān)
3D打印設(shè)備可以使用單個(gè)血樣檢測幾十癌癥
神奇3D打印水凝膠裝置：可由磁力控制在體內(nèi)精準(zhǔn)釋放藥物

通過在3D打印機(jī)中加入裝有化學(xué)藥品的容器,，3D打印機(jī)可合成用戶所需藥品,。這將大大 降低藥品制作成本，減輕患者負(fù)擔(dān),。

其實(shí)還有很多的實(shí)例,，南極熊就不一一盤點(diǎn)了，大家如果感興可以在南極熊搜索相關(guān)的關(guān)鍵字,。作為一項(xiàng)具有開創(chuàng)性意義的技術(shù),，3D打印必將對整個(gè)醫(yī)療行業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。目前,，全球每年等待器官移植的患者數(shù)量驚人,，很多患者因未能及時(shí)得到捐贈器官而死亡，而即便得到了捐贈器官,，患者在接受移植手術(shù)后也會出現(xiàn)不同程度的排異反應(yīng),。而未來3D打印技術(shù)和克隆技術(shù)的完美結(jié)合則有望解決器官排異問題。未來人們或許還可以利用3D打印直接修復(fù)身體上的一些傷口。此外,，醫(yī)藥機(jī)構(gòu)還可以從3D打印的人體活體組織中提取大量翔實(shí)而準(zhǔn)確的數(shù)據(jù),，有利于加速新藥品的研發(fā)進(jìn)度。


部分文章來源：3D打印技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的研究進(jìn)展（管吉,，楊樹欣,，管葉，高磊    中國人民解放軍第三零二醫(yī)院 醫(yī)學(xué)工程保障管理中心,。中國人民解放軍總醫(yī)院 門診眼科）