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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.
13D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.
23D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.
33D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.