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3d打印在医学(一)
3D打印医学应用
《福布斯》杂志早在2012年底列数技术在未来应用的十大趋势，其中在医疗领域的应用名列第二。医疗行业(尤其是修复性医学领域)存在大量的定制化需求，难以进行标准化、大批量生产，而这恰是3D打印技术的优势所在。3D打印技术应用于医疗领域的研究，当前涵盖了纳米医学、制药，甚至器官打印。目前在医学领域中应用如下：
1.整形外科领域：烧伤治疗，面部重建，隆鼻及隆颏假体的个性化定制、
颅骨缺损的个性化修复、下颌骨重建术及截骨手术等。
2.骨科、脑外科等：主要以骨骼打印
为主，用于辅助病情讲解，辅助手术，
定制义肢，膝关节、腰部等植入物。
3.口腔科：个性化定制化的牙齿隐形
矫正器，牙齿接种。
4.学校、医院教学用具：制造高质量
的医学用具，如人体骨骼、血管等器
官模型。
5.康复辅助设备：助听器，个性化矫
形外骨骼。
6.药物试验研究：打印的肝脏、肾脏用于药物试验等。 7.器官移植：打印的外耳、气管、膀胱目前已有在病人身上成功移植的病例，打印出的肾脏、皮肤、心脏有望为人类提供器官移植来源。
附件1：一份3D打印技术在医疗领域发展的事实数据，根据各专业文献数据库及新闻报道整理：
1992年，美国的Stoker等首次将该技术引入整形外科领域，他们将3-D打印模型用于颅颌面手术的术前模拟。
1999年，PetzoldF利用3D打印出缺损头颅骨骼，为病人完成了颅骨重建整形术。 2007年，Guarino J等运用3D打印技术为30多例先天性脊柱侧凸、后凸儿童成功实行手术。
2009年，南医大南方医院制备6位股骨头坏死实物模型进行术中定位显示术前设计、构建的实物模板，用于术前模型手术。
2009年，杨永强、何兴容等利用SLM技术制备316L不锈钢个性化骨板，成功实行了骨肿瘤切除术，手术效果好。
2009年，美国一家公司金属打印Fixa Ti-Por臼杯，并植入1000多例病人，术后跟踪显示良好骨融合
2010年，台湾长庚大学利用RP技术预制备甲基丙烯酸甲酯个性化假体，成功用于31例颅骨缺损病人（接受过传统修复术但均失效）修复术，帮助病人修复。 2011年，军区广州总医院利用3D技术，为106例骨病患者制作骨关节原型进行外科手术过程设计、预演、制作外科手术辅助模板、个性化植入物等最后精确实施骨关节外科手术。【3d打印在医学】
2012年，上海九院使用快速成型技术模型辅助复杂髋关节重建术，使患者取得了良好的治疗效果。
2013年，密歇根大学医院利用3D打印技术打印了气管支架，帮助一个身患极其罕见的先天性支气管软化症而无法自主呼吸的小男孩，将打印支架植入体内，使其成功的在7天之后便脱离的呼吸机自主呼吸。
2013年，广州军区总医院利用3D打印出个性化数字导板，术中引导骨肿瘤截骨，明显缩短手术时间，提高手术效率。【3d打印在医学】
2014年，哈医大附属第二骨科医院，利用3D打印技术成功制作了１８７个胸椎个体化导航模板，术中引导椎弓根置钉实施35例手术，明显缩短手术时间实现准确置钉目的术中未采用透视及其他辅助设备避免了术者及患者的放射线损伤。 2014年，北京三院已经利用3D打印出的骨骼支架造福于近50例病患。
2014年，广州军区广州总医院自2008年建立为3D打印技术中心，目前已为骨科、整形外科、口腔科、泌尿科等提供了近700具模型，成为常规的医疗服务。 2014年，上海交通大学医学院附属第九人民医院自2005年引进3-D打印技术，完善了从数字化建模到术中应用的系统平台，建立了快速成型实验室，截至2014年，已成功将3D打印技术应用至2 000余例手术中。 据统计，在欧洲使用3D打印的钛合金骨骼的患者已经超过3万例，美国一家医院甚至用3D打印出的头骨替换了患者高达75%的受损骨骼。3D打印的模型或无生命假肢仅仅是一个开始，最令人憧憬的应用则是直接打印具有活性的组织器官，即所谓“生物打印”。现有的想法包括：利用3D技术打印骨架，再在骨架上培养干细胞，诱导其形成组织；更进一步的方法是直接打印出组织器官用于移植；最具想象力的方案则是在人体内直接打印活性组织或活性器官，连植入的过程都可以省掉。该技术尚处于发展的最初阶段，设想得更远一点，3D打印技术未来或许能够实现个性化医疗，并减少甚至消除器官捐献者短缺的问题。就据统计，在欧洲使用3D打印的钛合金骨骼的患者已经超过3万例，美国一家医院甚至用3D打印出的头骨替换了患者高达75%的受损骨骼。3D打印的模型或无生命假肢仅仅是一个开始，最令人憧憬的应用则是直接打印具有活性的组织器官，即所谓“生物打印”。现有的想法包括：利用3D技术打印骨架，再在骨架上培养干细胞，诱导其形成组织；更进一步的方法是直接打印出组织器官用于移植；最具想象力的方案则是在人体内直接打印活性组织或活性器官，连植入的过程都可以省掉。该技术尚处于发展的最初阶段，设想得更远一点，3D打印技术未来或许能够实现个性化医疗，并减少甚至消除器官捐献者短缺的问题。就在未来的5年时间里，更多的医学生将借助3D打印模型掌握提升外科手术水平在未来的5
年时间里，更多的医学生将借助3D打印模型掌握提升外科手术水平，更多的外科医生将会习惯用3D打印机协助自己开展医疗工作，短短的5年后，3D打印技术将颠覆医疗领域。
附：3D打印临床应用实例1：
斯洛伐克医生成功为病人植入3D打印头盖骨
2014年，30岁的Juraj Shank在斯洛伐克第二大城市Koš
ice【3d打印在医学】
的L. Pasteur大学医院接受了一台手术，医生将一大块3D打印的头骨植入了他的大脑。手术总共持续了7个多小时，十分成功。如今病人正在以惊人的速度恢复和再生脑组织。
九年前，Juraj不小心从从四米高空坠落，头骨被严重破坏。当时，医生们不得不去除他三分之一的脑神经结构，并用一种临时的丙烯酸植入物来代替它。而随着时间的变化，这些的丙烯酸植入物开始对他的脑部神经组织造成压力，病人因此失去沟通和肌肉运动功能，不得不坐在轮椅上，而且他还无法沟通，更不用说照顾自己了。为了帮Juraj制作合适的头盖骨，开发团队使用具有生物相容性
的金属钛Ti64作为3D打印材料，使用选择性激光烧结（SLS）为其3D打印了一个头盖骨植入物。
植入手术进行得十分顺利。医生们首先去除施加在患者脑神经上的原有植入物，新的头盖至入物以适当的方式被固定住，以保障脑组织再生。就连医生都大为惊讶病人的恢复非常迅速，术后3个月，病人已经能够与外界沟通、独自获得，也恢复了乐观的情绪。据了解，Juraj甚至还能够下棋，这在手术前是绝对不可想象的。
该手术成功展示了其以很薄的厚度3D打印不规则几何形状的能力。这些3D打印植入物的薄壁厚度可达到1.5毫米左右，重量只有几克，而且能够与微传感器相结合以记录医疗数据。
3d打印在医学(二)
3D打印在医学领域有四大应用
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3D打印在医学领域有四大应用
作者：沈锐
来源：《延边医学》2014年第18期
“3D打印技术在生物医学领域大致有四大应用。”四川大学华西医院生物医疗国家重点实验室副研究员马玲教授今日在2014年世界3D打印技术产业大会的生物医学论坛上表示，“一是3D打印模型，用于医学教学、病例讨论等；二是3D打印医疗器材，比如假肢；三是3D打印用于组织功能产品，比如下颌骨、器官支架、颅骨，这些都已经进入临床，其中部分是可降解，部分也是不可降解，因为它主要的功能就是发挥一个支架的作用。第四方面主要是3D打宇体组织和器官。”
虽然3D打印技术在生物医药领域的应用潜力巨大，但一个事实是，3D打印目前距离实现安全稳定的器官移植和细胞培养等还有很长的路要走。美国Drexel大学教授Jack Zhou表示：“现在一些企业宣称可以3D打印生物细胞，实际上打出来的大多数是死细胞，而最大的问题是怎样保证细胞成活，这需要营养液、生长素，而且打印出来以后不受任何创伤等，这些都是很难的。因此，细胞打印要成功的话，保守的说要10到15年，甚至得20到30年，才真正能够使用。”
专家介绍，虽然有报道称，美国已有人被成功移植了3D打印出的膀胱和肾脏，但这仅是发生在医院垂危病人身上的个例，移植3D打印的器官只是暂时性成功，令其暂时生存，但是上述患者能够生存多长时间，取代的器官是否能正常运作，会不会产生其它副作用或者毒素，目前都不知道，这个需要时间的检验。
一个明显的对比是，相较于文化创意或者工业制造等领域，3D打印在生物医学的应用发展更为艰难。那么，难点在哪里？“目前主要的问题其实不是技术上的障碍，因为我们做临床实验效果是比较好的。” 北京工业大学激光工程学院陈继民教授认为，“现在问题就是要临床取证，这是一个问题。另外一个问题就是设计人员，他要对医生非常了解，同时对工程打印也要比较清楚，这项的人才目前十分紧缺。此外还有材料、装备、软件等一系列的问题。” 正因为门槛之高投入周期之长，医学3D打印被很多企业家认为是“烧钱的不靠谱的生意”。那么，目前3D打印在医疗上面到底有多大的市场空间？陈继民教授认为：“光是种植牙领域就是一个巨大的市场空间。传统的方法来进行种植牙的话，全靠医生的经验来种，很容易出现把牙齿种歪的情况；如果我们采用导板的技术，其实这个导板技术实现起来比较简单，就是一个简单的形状。借助这样一个简单打印出来的形状，就很容易把这个牙种得很精确，对病人来说，他的花费并不会增加太多。还有一个比较广阔的空间，比如说医生在做手术的过程中需要假具，也就是说在做辅助器械这一块有非常大的市场空间。”
3d打印在医学(三)
3D打印技术在口腔医学中应用的研究
3D打印技术（Three Dimensions Printing Technology，3DP）最早由美国麻省理工学院Sac+hs等[1]人提出，现已成功运用到医学与生物医学工程中。本文着重阐述3DP在口腔医学中应用的新进展。 1 3D打印技术
3DP是指在计算机控制下，根据物体的计算机辅助设计或计算机断层扫描等数据，以金属、树脂等为原材料，利用3D打印机快速制造任意复杂形状3D物体的新型数字化成型技术。
根据其具体堆叠的形式，可分为熔融挤压堆积成型、光固化立体印刷（Stereopthography，SLA）、三维喷涂粘结成型、选择性激光烧结/熔融（Se1ected Laser Sintering/Melting，SLS/SLM）、喷墨成型等。
2 3DP在口腔医学中的应用
2.1口腔颌面外科学 在此领域，3DP已成为一种标准化的治疗手段。
2.1.1个性化植入体 2011年，比利时Hasselt大学和LayerWise公司共同开发的人造骨骼3DP为1例83岁的骨髓炎患者"定制"出下颌骨，并进行了移植。这是世界首例人工下颌骨置换术，术后第1d患者便恢复部分说话、吞咽功能。但该金属3DP仍处于发展初期，仅为个案。大部分仍是先用3DP制作出假体模型，然后加工成成品植入患者体内。
2.1.2颌骨模型和手术导板 Fry等利用3D数据设计制作出个性化的颌间夹板和定位支架，夹板在3D模型中预弯，从而准确的转移下颌骨需要重建的位置。Cui等在双侧颅颌面创伤后畸形的外科治疗中，先打印个性化3D模型，在其上确定截骨位置、方向、偏移距离，并将钛板和网格在其上预成形，术后达到预期效果。
2.1.3生物打印 有学者用3D打印生物支架运用于颌骨重建术中。东京医科大学的Matsuo[2]等以聚（L-乳酸/HA）为原料制备可吸收多孔托架，辅助牙齿移植材料一起，用于下颌骨肿瘤切除后的下颌骨重建，获得了比金属钛支架更好的修复效果。此外，3DP将活细胞和支架材料一同打印是关节外科基础研究领域应用的进步性标志。
2.2口腔内科学
2.2.1基础研究 现有学者发现可以利用3DP制备整个器官或部分组织来代替牙齿或牙周组织。他们用SLS、SLA和喷墨式打印技术制备生物支架，在其中载入牙髓干细胞或多能干细胞，相应的引导条件下这些干细胞分化为牙釉质、牙本质、牙髓组织或牙周组织，从而达到牙体组织再生的目的。
薛世华等进行了人牙髓细胞共混物的3D生物打印。他们用人牙髓细胞作为种子细胞，海藻酸钠-明胶水溶胶作为支架材料，3D打印获得3D生物打印结构体，然后浸入完全培养基进行后加工培养。打印后的细胞体存活率可达（87±2）%。表明生物打印技术在人牙齿组织工程中应用的可行性。
2.2.2临床应用 此鲜有报道：Kfir等遇到1例复杂Ⅲ类牙内陷的患者，他们通过CT获得牙体根管的解剖，3D打印出树脂模型，在其上制定治疗计划，并模拟操作，最终成功对该牙行完善根管治疗。
2.3口腔修复学 口腔修复学中的金属3D打印可按计算机中的牙冠设计直接打印出金属牙冠，是促成口腔修复医学技术革命的重要组成部分。德国Sirona牙科设备公司开发了Cerec软件，通过对牙齿进行三维扫描，一次性自动完成最终义齿的制造。目前全球约有23000名牙科医生在使用该软件[3]。
此外，有研究证实，用激光近形制造技术制作磨牙全冠简便易行，牙的功能和结构恢复率高。它用计算机扫描蜡型，然后运用三角测量原理，得出磨牙全冠蜡型表面的高度和各测量点的三维坐标，通过逆向工程软件实施磨牙全冠外形的三维重构。
2.4口腔正畸学
2.4.1取代石膏模型 现已有用3DP打印数字模型取代正畸矫正过程中的石膏模型。该3D模型更具个性化与真实性，不仅解除了印模材料给患者带来的恶心感，还减少了制作过程中可能产生的形变，同时也解决了石膏模型不易储存的问题。
2.4.2个性化托槽 王淑范[4]等用选区激光熔化直接成型技术，把个性化舌侧托槽模型直接制成金属的舌侧托槽，该技术采用增加材料的方法成型零件。结果显示该个性化舌侧托槽底板能够与患者牙齿的舌侧面精密吻合，为牙齿矫正提供了一种新型的美观又快捷的方法。
2.4.3正颌外科手术导板 在正颌外科术前，医生用电脑设计并制作个性化外科导板，包括Le Fort截骨部位和上颌骨复位部位，术中利用这些导板指导手术，不仅缩减了手术时间，而且使上颌骨复位的误差降到1mm以下，同时，获得面容的美观性更符合患者自身情况，增加了患者的满意度。
2.5口腔种植学
2.5.1个性化种植体 由于每个患者的牙槽骨表现不同，且对种植外科的精确性和功能恢复性要求的增高，"个性化种植义齿"被提出。目前，个性化的种植体大多使用SLS打印，其制作的种植体具有较高强度及精确度。同时也大幅减少了进口成品种植体的时间与金钱。
2.5.2种植导板 有学者用3DP设计制备树脂或金属的种植导板，该导板可以简化并引导种植手术。他们将激光表面扫描、锥形束计算机断层扫面、计算机辅助设计和制造、3D打印相结合，制备带有植入孔、支抗孔、支抗钉、不可翻瓣区和可翻瓣区的导板。术中导板戴入口内，可精确指导术者植入种植体。
3 展望
随着口腔医学水平的发展，个性化与美观性的要求越来越高，3DP以其明显优势在口腔科的应用越来越成熟。目前支持3D打印的材料有限，且生物打印研究还处于实验室阶段，但我们可以展望，相信3DP将给口腔医学带来颠覆性的发展。
参考文献：
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[4]王淑范，杨永强.舌侧托槽的数字化3D打印技术[J].广东牙病防治，2013，21（8）：408-411.
编辑/哈涛
3d打印在医学(四)
3D打印技术助力临床医学的发展
摘要：3D打印技术在各领域应用越来越广泛，主要应用于机械制造、航空航天、建筑、工业造型和医学等领域。该文介绍了3D打印技术在医学领域的应用，结合3D打印技术的基本原理，重点阐述了3D打印技术在手术策划、定制模板、制作个性化假体和组织工程等医学上的应用，并介绍了3D打印技术在现代医学应用上的发展。最后根据3D打印技术的特点，提出应用展望，并分析未来的发展趋势。 关键词：3D打印技术；快速成型；手术策划；组织工程
中图分类号：TP37 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）32-7323-04
3D打印技术（又称快速成型技术），其原理是采用分层加工、叠加成形的方式逐层增加材料来生成3D实体。3D打印技术可以制作任意复杂几何形状的实体，不受传统加工方法的限制，在很大程度上提升了生产效率，可以实现单件、个性化产品的快速制作。
随着3D打印技术的发展，该技术被越来越多应用于医学领域，目前商品化的技术有十几种，应用于医学领域的3D打印工艺主要有：三维印刷技术（3DP—Three-dimensional Printing）、选择性激光烧结技术（SLS—Selective Laser Sintering）、选区激光熔化技术（SLM—Selective Laser Melting）和熔融沉积造型技术（FDM—Fused Deposition Modeling）等。3DP常采用非金属粉末材料，通过逐层粘结制备零件，常用于非承重要求的零件制作。SLS的特点是可采用多种材料，如塑料、陶瓷、金属等，可用于制作定位导板模型，制件强度高，材料利用率高。SLM工艺常采用钛合金等材料，用于制备颅骨、颧骨部位缺损的、具有一定承载能力的定制化假体等。FDM工艺的材料一般是热塑性材料，如蜡、ABS树脂，常应用于制备手术策划的骨骼模板或者生物骨。
在CT图像合成三维立体图像的软件出现之前，医生通过一系列的断层扫描图像来分析病情。随着三维医学影像技术的发展，已能够根据患者的CT数据来构造三维虚拟模型来观察患处的情况，但是毕竟不如实物直观。利用患者的CT扫描数据重建患处三维CAD模型，并通过3D打印技术制作出实物模型，则可以在临床辅助诊断、复杂手术方案的确定、制作个性化假体等方面使诊断和手术修复更加直观化、实物化、具体化，因此，3D打印技术在医学领域得到了广泛的应用。
1 术前策划的应用
传统的手术治疗修复是通过X线片、CT影像学检查得到的数据，凭借医生的经验确定手术方案。而通过3D打印技术可以快速获得手术部位的数字化实体模型，供外科医生在术前确定手术方案、模拟手术过程、熟练手术操作、预计手术结果，这种方式对经验尚不丰富的医生来说更有帮助。
图1术前策划流程图，对于修复部位与原型相匹配模型设计是这项技术的难点。可以根据特定患者的CT数据来逆向建模，这样极大地减少了模型出错的可能性，有利于建立准确的患处模型。除了进行术前模拟策划，还可以通过3D打印技术模型向患者及家属详细讲解病变的复杂性及手术操作的危险性，取得患者及家属的理解与配合。
王征等将3D打印技术应用脊柱病变，发现仅凭二维图像是无法获得数字化脊柱模型的一些隐藏信息，因此3D打印对在上可以了解大量隐藏的信息，制定手术计划有极大的帮助[1，2]。Hermann Seite等人通过SL技术和真空铸造技术建立颅颌面模型。SL技术制备的软组织模型可以提高手术的规划效果，帮助外科医生在手术规划期间控制细节的操作，帮助外科医生预测和控制手术的结果[3]。
Jun-Young等人对一个左侧颌骨缺损的男孩进行下颌骨CT分析，进行数据建模，通过3D打印技术将原下颌骨模型制备出来，实验人员通过测量、模型优化设计出了修补方案[4]。Vaibhav Bagaria 等人对进行髋骨术前计划，先分割CT扫描数据进行三维重建，然后通过4.5毫米厚的钢板在模板上手术模拟，发现误差再对模板进行设计[5]。
2 手术辅助器械的应用
通常在患者的二维影像中无法获取缺损部位空间隐藏的信息，为保证使病变部位的解剖形态具体化，并根据具体的情况制作专门的辅助器械，应用3D打印技术建立需手术部分的模型，并制作与之相匹配的导板等辅助器械，可有效的保证手术的质量。
图5所示为手术辅助器械设计流程图，其中根据患处逆向CAD模型进行导板等辅助器械的设计是整个过程的关键。
Arvier应用3D打印技术复制出颅骨标本，与实际标本进行测量比较，绝对误差在0.1mm-4.66mm之间，平均误差0.85mm [6]。Bianchi对一个离体下颌骨CT断层扫描三维重建，根据重建数据用SL法制作了该下颌骨的复制品，其精度令人满意，总体误差在0-4.03%，且解剖细节清楚[7]。Christian Herlin通过3D打印技术治疗颧骨创伤畸形，使用计算机辅助外科手术模拟，在颧骨截骨上做一个定位参考模型，根据三维软组织的变化作出调整，一旦得到所需的位置，将创建的右颧骨导向定位在确定位置中，可以顺利进行手术[8]。
刘云峰等人先根据病人牙床的三维设计模型和钻孔尺寸设计出一组具有不同孔径的导板。然后通过SLS 方法制造出局部骨骼和一组导板，并将具有一定高度的不锈钢钻套与导板按孔径不同进行装配，最后对骨骼和导板的配合情况进行检查，并对导板进行局部打磨修整，使其配合良好[9]。
3 定制假体中的应用
由于患者的骨骼结构因人而异，所以根据特定患者的CT或MRI数据而来设计并制作种植体，这样极大地减少了假体制作的出错几率，实现了假体制造和植入的“个性化”。目前，3D打印技术已广泛应用于颅骨、眼眶、颌骨及牙假体、耳廓假体、人工骨盆等的个性化制作[10，11]。
图6 为定制假体设计流程图定，制化假体是根据患者自身的信息和数据制作的，对假体与身体的适配性要求很高。因此在设计过程中，不仅要精确设计缺损部位的形状，使假体可以嵌入缺损部位中，增强边缘密封性，使固位稳定，而且还要准确的设计假体的力学强度，从而保证假体的应力分布。 毛克亚等将3D打印技术应用于骨盆病变患者，根据患者骨盆CT扫描结果制造的骨盆和患者骨盆完全一致，为手术计划提供指导，预先制备骨盆重建的异体骨、重建钢板预弯或人工髋关节假体的设计，提高了治疗效果[12]。Ashleyllsl在3D打印技术应用于假肢制造方面进行了研究，采用3D打印技术制造的假肢，可以达到假肢与残肢的完全适配，而且保证了合理的应力分布[13]。王臻等设计制造出一例个体化人工半膝关节，用于半膝关节移植术[14]。张永超利用SLS法快速获得上颌骨赝复体的蜡型，对蜡型进行评估和调整后，即可制作将要戴入患者口内的成品赝复体。制作的赝复体修复后的效果突出，边缘密封性好，固位支持稳定。结果与骨移植材料的托盘填充，给出。Sekou Singare等人制备了一个钛合金下颌骨填充腔，来覆盖填充骨髓和皮质骨[15]。3D打印技术对下颌骨的对称性和重建等高线的修复的准确度是很高的，并且改进了手术规划，让定制植入也实现高效的直接重建.使用这种技术会减少操作时间，有助于减少操作错误，提高配合的精确度，高效精准的确定缺损部位的形状。
4 组织工程中的应用
在组织工程的支架制备中，3D打印技术也被广泛应用。传统技术制备的支架微结构出现无序、孔隙率不理想，3D打印技术可制备出微结构可控、连通性好、力学性能稳定的支架微结构。
图8为3D打印技术在组织工程中应用的示意图。根据器官的逆向CAD模型，进行仿生设计，对其微结构进行设计和优化，在通过3D打印技术还将不同类型的生物材料组合起来， 制备出满足机械与生物性能要求的组织工程化人工骨、人工骨肝脏等器官。
许宋锋等应用CAD和3D打印技术，结合立体编织工艺，选择胶原、壳聚糖等基质材料，在编织物内充填自固化磷酸钙骨水泥（CPC）并复合骨形态发生蛋白（BMP），固化后形成含有微孔结构的3DBF人工骨[16]。颜永年等采用自行研制的常温多头喷射成型技术，以纳米晶羟基磷灰石/胶原复合材料、复合骨生长因子BMP作为成型原料，制造出非均质、多孔结构的细胞载体框架结构。植入人体后，在体液和BMP的芡同作用下，依靠细胞载体框架结构，诱导新骨生成，并参与代谢，原有框架在新骨生长后，逐步降解[17]。郭大刚等用锶离子掺杂技术，以RP宏孔可控树脂为负模，构建出“成分可变、结构可控、性能可调”的新型Sr-BCP骨支架。宏孔直径与百分数是影响该支架强度、降解速率的重要因素。用3D打印技术制作的人工骨支架具有的突出特点是微孔的数量、大小、分布及形状可人工控制[18]。
目前，3DP技术已经在高分子材料如聚交酯（polylactide）等制造生物骨方面有了长足的发展。采用可降解聚酯材料，结合3DP制造技术可降解的羟基类复合材料制造生物骨，这样制造出的生物骨不产生局部毒理作用（10calcell toxicity）。近年来，应用3DP技术快速制造合成材料和天然材料的支架和其他复杂立体结构都是相当成功的，是迄今为止在支架制备中应用最广的一种3D打印技术[19，20]。R.Landers等人提出应用3DP技术制造水凝胶支架，得到了满意的孔隙率和良好的表面质量。美国Dayton大学的研究小组正在研究用3D打印技术方法中的LOM技术，应用羟基磷灰石（HA）/玻璃薄膜材料制造人造骨骼基体[21]；Michigan大学采用了3D打印技术方法中的SL技术，将羟基磷灰石粉末（40%的体积含量）与紫外光可固化的丙烯酸单体（60%的体积含量）混合，制造人工骨[22]。Hutmacter等采用具有热塑性且可降解的CL（polycaprolactone）材料，应用FDM技术制造生物骨[23]。
5 总结
3D打印技术根据患者的具体情况，制备手术策划模型、定制化假体等，简化了手术操作，缩短了手术时间，提高手术质量和治疗效果，减少了手术的风险。但目前3D打印技术过程制作成本仍较高，而且制备出的个体化修复体生物性能和适应性还有待深入研究。临床使用医疗3D打印模型提高术前计划和形式调制过程的质量。目前3D打印技术在组织工程领域的应用还处于初级阶段，其应用主要局限于骨组织工程领域。从理论上来讲，所有组织工程的微结构都可以用3D打印技术造出来。
随着组织工程技术研究的突飞猛进和3D打印技术的迅猛发展，还需攻克人体主要器官如骨骼、肝脏、和肾脏等的组织工程诱导成形技术的难关，并且逐步克服受到材料和设备限制等因素的影响。为使应用3D打印技术制备出的个体化修复体向真正意义上的生物功能性修复这一目标迈进，应对个体化修复体修复后的修复体的生物力学进行分析，其力学分析结果可以为以后个体化修复体的结构优化设计提供借鉴和参考，使其修复后的缺损部位达到功能和形态的完美统一。
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3d打印在医学(五)
3D 打印技术医学应用综述与展望
摘要：近年来3D打印技术快速发展，其应用所涉领域越来越多。文章调查了3D打印技术在医学领域的应用现状，分别从医学模型快速建造、组织器官代替品制作、脸部修饰与美容等三个方面进行阐述，提出应用展望，并就可能产生的问题进行思考。 关键词：3D打印；医学；应用
中图分类号：TP37 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）15-3632-02
3D打印技术，是近年兴起的一项新技术，它可将计算机模型数据“打印”输出形成实物。颜永年教授等描述了打印制作过程：1.铺层，2.喷涂，3.除粘接剂[1]。该技术在工业制造等领域被广泛应用。与传统制造方式相比，3D打印技术具有明显优势，它无需设计模具，不必引进生产流水线，同时，制作速度快，单个实物制作费用低。近几年，3D打印技术快速发展引起了广泛关注。学者指出，该技术引起较大影响，是制造业发展的一个新趋势[2]。如今，3D打印技术已被广泛应用于各行各业，该文介绍该技术在医学领域的应用现状并提出展望与思考。
1 3D打印技术应用
1）医学模型快速建造。医学道具、模型、用品等材料可通过3D打印获得。利用3D打印技术，可将计算机影像数据信息形成实体结构，用于医学教学和手术模拟。传统医学教学模型制作方法时间长，且搬运过程容易损坏，使用3D打印技术，可有效减少制作时间，根据需要随时制作，并降低搬运损坏的风险。据报道，美国一位儿科医生成功打印制作出人体心脏实物模型，她认为，打印出的模型能用于复杂手术术前研究，使手术操作人员更好地掌握患者心脏结构[3]，以此减少手术风险。另据报道，美国某医院在所实施的头颅分离手术前，先使用3D打印机造出了婴儿连体头颅模型，并对手术方案进行充分的研究分析。他们将往常同类型手术72小时耗时缩短到了22小时[4]。目前，3D打印医学模型已获得较好的技术支持，具备一定的打印速度，能使用多种材质进行打印，应用程度高，有着很好的应用前景。
2）组织器官代替品制作。人体组织器官代替物的材料要求很高，实现难度大。但目前已有一些成功案例，比如复制人体骨骼，制作义肢等。比如，人体某块骨骼缺失或损坏需要置换，首先可扫描对称的骨骼，形成计算机图形并做对称变换，再打印制作出相应骨骼。与传统方法相比，该技术不需要先制作模具，可直接打印，建造速度较快。这项技术可应用于牙种植、骨骼移植等。在制造过程中，研究人员扫描患者骨骼需求位置情况，并设计出骨骼部件的模型，在机器作用下，材料就以层叠方式累积起来，经过固定成形，制成一个人造骨骼实物。据中国日报网报道，一位83岁的骨髓炎患者接受了下颌骨移植，所用的人造骨骼是一个3D打印成品，而打印出的的下颌骨未对患者的语言和表达造成影响。身体软组织器官制作亦取得进展，报道显示，美国某大学已利用该技术制作出人造耳，与此同时，微型人体肝脏也已被成功制造[3]。德国研究人员利用3D打印机等相关技术，制作出柔韧的人造血管，并能使血管与人体融合，并同时解决了血管免遭人体排斥的问题。该技术的不断进步和应用的深入将有助于解决当前和今后人造器官短缺所面临的困难[6]。
3）脸部修饰与美容。利用3D打印技术制作脸部损伤组织，如耳、鼻、皮肤等，可以得到与患者精确匹配的相应组织，为患者重新塑造头部完整形象，达到美观效果。首先扫描脸部建立起3D计算机数据，医生可以制作出患者所缺少的部位，重现原来面貌。比起传统技术，该方法更精确，材质选择更加多样化。据报道，一位左半边脸上长着肿瘤的患者，在做了切除手术后脸上留下了一个大洞。医生利用3D打印技术为患者制作了一张假脸。制作中，首先全面扫描患者头骨及面部，根据所得的结果分析并建立起原来的面部三维图像，再打印输出实物，通过使用特殊的材质，再打印制作出与面部完美贴合并且栩栩如生的假脸[5]。随着3D打印技术所支持材质的增多，打印质量的精细化，以及美容市场的壮大，脸部修饰与美容应用将有更加广阔的天地，应用水平亦将得到进一步提高。
2 3D打印技术应用展望
如上所述，3D打印技术的医学应用成效明显，它给人们带来了福音。然而，3D打印技术应用将不止于此。首先，3D打印技术将有力克服组织损坏与器官衰竭的困难。当3D生物打印速度提高到一定水平，所支持的材质更加精细全面，且打出的组织器官免遭人体自身排斥时，每个人专属的组织器官都能随时打出，这就相当于为每个人建立了自己的组织器官储备系统。患者有需要即可进行更换，这样，人类将有力克服组织坏死、器官衰竭等困难。其次，表皮修复、美容应用水平也将进一步提高。随着打印精准度和材质适应性的提高，身体各部分组织将能更加精细的修整与融合，所制作的材质自然而然成为身体的一部分，有助于打造出更符合审美的人体特征。最后，当3D打印设备逐步普及后，在一些紧急情况下，还可利用3D打印机制作医疗用品，如导管、手术工具、衣服、手套等，可使用品更加适合个体，同时减少获取环节和时间，临时解决医疗用品不足的问题。
3 3D打印技术可能产生的问题
一项新技术总是同时带来利与弊，3D打印技术亦是如此。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。当该技术所造人体器官的性能与适应性发展到足以替代人体多数组织器官时，是否会出现一些人，他们的身体组织器官被各种打印成品所替代，他们会不会因此招来疑问？有人或许会问：在生物医学领域，3D打印会不会与克隆面临同样的问题？当前，假脸已能通过打印获取，如果将来有一天，人体的生物特征，如指纹，虹膜，也可通过3D打印获取，那么是否意味着生物特征识别这些重要技术的失效？随着3D打印技术的发展，这些问题值得我们深入思考。
参考文献：
[1] 颜永年，等.基于快速原型的组织工程支架成形技术[J].机械工程学报，2010，46（5）：93-98.
[2] 巨丰.技术大进展3D打印二次开花[EB/OL].http：//www.cfi.net.cn/p20121219000700.html，2012-12-19.
[3] 悠悠.3D打印心脏模型可使医生手术前研究患者心脏[EB/OL]. （2013-5-23）.http：//tech.qq.com/a/20130523/005393.htm.
[4]Jeremy lei，等.3D打印技术在医学上有哪些意义？[EB/OL]. （2012-11-28）.http：//www.zhihu.com/question/20578723.
[5] 容安.3D打印技术为毁容者重塑面部[EB/OL]. （2013-4-3）.http：//news.xinhuanet.com/info/2013-04/03/c_132280565.htm.
[6] 郭攀.能自动倒水给你喝！十款最新新奇产品[EB/OL]. （2011-9-25）.http：//edit.pcpop.com/publish/articleview.aspx？id=713520.
本文来源：http://www.zhuodaoren.com/shenghuo317207/
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