3D打印技術在醫(yī)療各個領域的應用實例

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、精密機械以及材料科學等多學科發(fā)展起來的尖端技術。隨著3D打印技術的日漸成熟，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)療方面的一些應用。

3D打印機的發(fā)展歷程
1984年，查爾斯•赫爾研制了3D打印技術并于1986年獲得專利，將其命名為立體光刻技術，成立了3D Systems公司。
1987年，DTM公司開發(fā)了SLS技術，并進行了商業(yè)化應用。
1988年，克倫普研發(fā)了FDM技術，翌年成立了Stratasys公司。
1991年，Helisys公司售出了第一臺分層實體制造（LOM）系統(tǒng)。
1992年，Stratasys公司售出了首批基于FDM的“三維建模”機器。
1993年，麻省理工學院獲得了“三維打印技術”專利，該技術類似于二維打印機中使用的噴墨印刷技術。
1995年，麻省理工學院研發(fā)了粉末層和噴頭3D打�。�3DP）技術。
1996年，3D Systems公司推出“Actua 2100”快速成型機；同年Z Corporation推出“Z402”并首次冠以“3D打印機”的稱謂。
2005年，Z Corporation推出市場上第一臺高精度彩色3D打印機“SpectrumZ510”。
2006年，RepRap開放源碼項目啟動，旨在開發(fā)能進行自我復制的3D打印機。
2008年，Objet Geometries公司推出有史以來第一個能夠同時使用幾種不同材料的3D打印機“Connex500”快速成型系統(tǒng) 。Object Geomatries公司于2007年發(fā)布了 Polyjet矩陣技術，其打印設備，見圖1。其技術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矩陣打印設備 3  3D打印在醫(yī)學領域的應用現(xiàn)狀

1.制作下顎骨神奇的3D打印下顎骨植入術

采用3D打印技術，世界上首次完成了完全使用定制植入物代替整個下顎的制作過程。與傳統(tǒng)制作方法相比，3D打印耗費的材料更少，生產(chǎn)時間更短，往往只需數(shù)小時便可以制出一只下頜骨。為了避免排斥反應的發(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。技術人員可根據(jù)移植患者的具體需求來設計骨骼部件的效果圖，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。整個過程不需要任何膠水或粘結劑�？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
美國伊薩卡學院學生3D打印機假肢，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.打印細胞
另類黑科技：用電鰻細胞3D打印的組織，能治心臟病！

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

更先進生物3D打印機誕生！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，能夠模仿生物組織中的一些細胞特性。利用一臺3D打印機，研究小組可將小水滴組裝成為一種類似膠狀物的物質，它能夠像肌肉一樣彎曲，并能夠像神經(jīng)細胞束一樣傳輸電信號，可用于修復或緩解器官衰竭。這一技術應用在醫(yī)療領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打印技術和多光子聚合技術，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和藥物測試。


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

科研人員采用3D打印技術配合人體自身細胞，使用加入細胞混合物凝膠的可生物降解腳手架， 逐層構建出了腎臟。這項技術還幫助一個孩子成功移植了人工膀胱。此外，利用CT掃描等醫(yī)學影像技術，3D打印機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)部結構，實現(xiàn)腫瘤放療效果的可視化。美國科學家成功利用3D打印技術制作出了能夠精確復制疑難并發(fā)癥患者的心臟解剖結構的人體心臟模型，用于醫(yī)生術前研究患者心臟結構。

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
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？

日本科研團隊研發(fā)了一種新的光固化三維打印材料，這是一種具有高導電性的新型樹脂，可應用于制作包括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，可用于進行深部腦刺激和相關疾病如癲癇、抑郁癥、帕金森氏病的干預及治療。這項技術目前仍處于實驗階段。

8.胎兒塑像診療
波蘭MWU學院用3D打印心臟模型診斷胎兒病情
精細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)；再運用3D掃描技術對這些數(shù)據(jù)進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。這項技術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)務人員利用3D打印機，采用生物材料制作出了一個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打印技術憑借優(yōu)異的可定制性成為骨科領域的寵兒。美國當?shù)氐尼t(yī)療機構正試圖將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，如果材料申請能夠通過，那么預計會有75%的顱骨外傷患者接受相關修補手術。

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

通過在3D打印機中加入裝有化學藥品的容器，3D打印機可合成用戶所需藥品。這將大大 降低藥品制作成本，減輕患者負擔。

其實還有很多的實例，南極熊就不一一盤點了，大家如果感興可以在南極熊搜索相關的關鍵字。作為一項具有開創(chuàng)性意義的技術，3D打印必將對整個醫(yī)療行業(yè)產(chǎn)生深遠影響。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后也會出現(xiàn)不同程度的排異反應。而未來3D打印技術和克隆技術的完美結合則有望解決器官排異問題。未來人們或許還可以利用3D打印直接修復身體上的一些傷口。此外，醫(yī)藥機構還可以從3D打印的人體活體組織中提取大量翔實而準確的數(shù)據(jù)，有利于加速新藥品的研發(fā)進度。


部分文章來源：3D打印技術在醫(yī)療領域的研究進展（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)學工程保障管理中心。中國人民解放軍總醫(yī)院 門診眼科）