徐鑫佳 周正皓 羅芳 張翠 楊偉業(yè)

摘要：3D打印技術(shù)，即在通過計算機技術(shù)堆砌出數(shù)字模型后，將該數(shù)字模型作為原始數(shù)據(jù)，快速構(gòu)建與模型相同形狀的物體的技術(shù)。在本文中，通過文獻資料的搜集，對于3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的運用進行概述，通過對過去3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)運用的發(fā)展情況進行總結(jié)，對未來3D打印技術(shù)的發(fā)展做出趨勢性預(yù)測。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù);臨床醫(yī)學(xué);模型;臨床應(yīng)用

【中圖分類號】 R4? ? 【文獻標(biāo)識碼】 A? ? ? 【文章編號】2107-2306（2022）03--01

在醫(yī)學(xué)臨床領(lǐng)域，3D打印技術(shù)的應(yīng)用范圍也非常廣泛，例如，可以將一些較為罕見案例中患者患病的特定部位的數(shù)據(jù)通過計算機技術(shù)進行處理，堆砌出原始模型，通過3D打印技術(shù)可以做出一模一樣的模型道具，用于醫(yī)學(xué)生的學(xué)習(xí)或是醫(yī)生的術(shù)前研討，有助于提高醫(yī)學(xué)手術(shù)的精確度和成功度。此外，包括患者的假肢，體內(nèi)植入物，外科手術(shù)夾具等，均可以通過3D打印技術(shù)制造。在本文中，通過文獻資料的搜集，對于3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的已有的運用進行概述，通過對過去3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)運用的發(fā)展情況進行總結(jié)，對未來3D打印技術(shù)的發(fā)展做出趨勢性預(yù)測。

1、3D打印技術(shù)在腦外科的應(yīng)用

3D打印技術(shù)應(yīng)用于顱骨修補、顱骨損傷、腦血管、腦腫瘤等各種方面，但在顱骨修復(fù)方面更加廣泛。在顱骨修復(fù)手術(shù)中合理的加入顱骨修復(fù)材料，不僅可以有助于顱骨形狀的復(fù)原，而且可以大大促進大腦功能恢復(fù)。近年來，顱骨修復(fù)的材料也歷經(jīng)多次變化，從最初的自體骨頭到如今的硅膠和橡膠等材料，隨著新的技術(shù)手段的出現(xiàn)，材料的弊端會漸漸顯現(xiàn)出來，為了順應(yīng)技術(shù)與時代發(fā)展的需要，材料的發(fā)展必須與時俱進。目前來看，在顱骨修復(fù)材料領(lǐng)域的研究中，專家對于鈦合金與聚醚醚酮的研究最為成熟[1]。3D打印技術(shù)的發(fā)展立足于影響數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，在計算機原始模型的加持下，通過降陶瓷粉末或金屬粉末等原材料進行層層打印疊放，精準(zhǔn)堆砌，可以根據(jù)計算機模型的變化，打印出任何形狀的物品，隨著技術(shù)的迭代與更新，臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域早已離不開3D打印技術(shù)[2]。

腦CT血管成像已成為腦腫瘤、腦血管瘤等相關(guān)疾病的重要檢查方法之一。然而，由于腦CTA一直是在二維膠片上成像，盡管在處理工作站上可見三維重建圖像，但仍欠缺直觀的實物模型展示。隨著3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的擴展，以最初的CTA數(shù)據(jù)作為基本，實現(xiàn)腦動脈及其鄰近組織結(jié)構(gòu)的3D打印，對于顱內(nèi)占位性病變的診治，提供了新的視覺、新的手段。腦動脈3D打印可按1：1比例大小模擬腦內(nèi)血管結(jié)構(gòu)，明確病灶的位置、大小范圍及鄰近組織結(jié)構(gòu)關(guān)系，為術(shù)前手術(shù)方案的制定，模擬手術(shù)過程提供幫助;同時對避開重要神經(jīng)功能區(qū)，減少術(shù)后并發(fā)癥具有重要意義[3]。

2、3D打印技術(shù)在骨科的應(yīng)用

（1）打印實物模型。通過X線等影像資料，在臨床實際工作中，特別是在骨科方面，是在骨科手術(shù)之前進行術(shù)前分析和術(shù)前討論的一項常規(guī)檢查和操作，但是這些傳統(tǒng)的圖像資料，對于缺乏經(jīng)驗、空間感的醫(yī)生來說比較抽象，如果運用3D打印技術(shù)，就可以對患者進行模型制作，將骨折形態(tài)通過具體的3D模型展示出來，使得醫(yī)務(wù)人員可以清楚的了解病變的位置、嚴(yán)重程度以及提供更為準(zhǔn)確、逼真的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)。目前，3D打印技術(shù)在尸體標(biāo)本和臨床實驗中應(yīng)用取得令人了滿意的效果，成功制作出了骨科實物模型，成為進行骨科手術(shù)術(shù)前模擬、方案設(shè)計、術(shù)中輔助手術(shù)操作等方面的有效工具[4]。

（2）打印手術(shù)導(dǎo)向的模板。隨著我國互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)與數(shù)字化信息技術(shù)的快速發(fā)展，將數(shù)字化技術(shù)運用在臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的模式早已存在多年，進而在手術(shù)中，通過3D打印技術(shù)產(chǎn)生的手術(shù)導(dǎo)向模板的應(yīng)用數(shù)量也在逐年攀升，這種通過3D打印技術(shù)產(chǎn)生的手術(shù)導(dǎo)向模板與傳統(tǒng)手術(shù)模板存在諸多差異，相比較而言，其具有以下幾個優(yōu)點：①有助于提高定位螺釘打入的準(zhǔn)確性與精確度，大大提高人體關(guān)節(jié)手術(shù)的成功概率;②簡化手術(shù)操作，即使是三維空間及方向感較差的醫(yī)師也可以靈活適應(yīng)，使負(fù)復(fù)雜難搞的手術(shù)的變得現(xiàn)對簡單、容易;③X線透視次數(shù)減少，患者及術(shù)者放射線輻射量也得到減少;④進行個體化治療，如果能對術(shù)中骨性異常部位及生理骨骼解剖標(biāo)志準(zhǔn)確的找到定位點，就能實現(xiàn)個性化治療，一對一治療。⑤節(jié)省了空間，降低了感染率，減少了操做復(fù)雜程度，這是傳統(tǒng)的計算機輔助導(dǎo)航技術(shù)不開相比的[5]。

（3）打印內(nèi)植物。在骨科疾病中，由于骨組織損傷，骨關(guān)節(jié)的相應(yīng)功能也會受損。而骨組織損傷的情況往往較為復(fù)雜，所需的骨內(nèi)置物形態(tài)不一，功能也不同。傳統(tǒng)的支架及內(nèi)置物形態(tài)、款式、功能較為固定和單一，都是按照型號來定制。應(yīng)對常規(guī)的骨折損傷也行能應(yīng)對，但對于稍微復(fù)雜的骨組織損傷，就較難很好的應(yīng)用于臨床，也不能較好的滿足患者的需求。但如果采用3D打印的技術(shù)，不僅符合患者自身體質(zhì)，而且做3D打印的個體化定制的植入骨科內(nèi)植物具有復(fù)雜形狀、層次和結(jié)構(gòu)，不僅起支撐作用，還具有較強的生物活性，且制作所需時間相對較短、操作現(xiàn)對簡便，為實現(xiàn)個性化定制提供了更多的可能性。就連類似于骨小梁的微孔結(jié)構(gòu)，3D技術(shù)也可以輕松應(yīng)對[6]。

（4）打印骨科康復(fù)器械。傳統(tǒng)方法制作的骨科康復(fù)器具很難滿足患者個體化的需求，影響佩戴的舒適度甚至康復(fù)效果。通過3D打印技術(shù)，運用不同材料例如金屬、塑料、陶瓷等打印出不同材質(zhì)的產(chǎn)品，可根據(jù)不同病癥、不同要求、不同尺寸康復(fù)器進行個性化定制，使打印出的器械精確接近解剖結(jié)構(gòu)，更貼合于人體。使用3D打印，對于正在生長發(fā)育的兒童來說，能使成本大幅較低，相比于傳統(tǒng)骨科康復(fù)器材的頻繁跟換，3D打印是非常實惠的[7]

3、3D打印技術(shù)在器官上的應(yīng)用

在臨床應(yīng)用中，3D打印技術(shù)也可廣泛應(yīng)用于定位器官，比如在肝臟手術(shù)過程中。目前，在外科手術(shù)領(lǐng)域，一般患者發(fā)現(xiàn)患有惡性腫瘤疾病后，為了最大程度的有效抑制后續(xù)病情的繼續(xù)惡化，所以醫(yī)生大多建議患者通過外科切除手術(shù)進行治療。雖然外科切除手術(shù)的對病情的作用顯著，但由于其內(nèi)在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生理構(gòu)成具有特殊性，所以在進行手術(shù)操作過程中，難度系數(shù)較大，一旦出現(xiàn)意外操作，很可能對患者產(chǎn)生巨大危害[8]。該類疾病能否成功痊愈極度依賴手術(shù)切除過程中，主刀醫(yī)生對切除精度的把握，例如，對腫瘤定位的精準(zhǔn)掌握與肝臟內(nèi)部結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)掌握等[10]。在治療過程中，通過將CT數(shù)據(jù)導(dǎo)入到專業(yè)的軟件平臺，可以通過三維技術(shù)對患者患病器官的內(nèi)在結(jié)構(gòu)進行數(shù)字化構(gòu)建，包括平面構(gòu)建、立體構(gòu)建、局部及整體構(gòu)建，滿足醫(yī)生對于病情的研究需要。此外，還可以對患病器官進行動畫模擬切割操作，模擬手術(shù)過程，提高醫(yī)生制定手術(shù)預(yù)案的效率，大大提高手術(shù)成功的概率。最后，將該平臺的模擬數(shù)據(jù)鏈接保存到3D打印機中，在選擇合適的打印材料過后，可以進行3D仿真打印，進行可觸摸式的手術(shù)模擬，并進一步對手術(shù)預(yù)案進行完善[9、10]。

4、3D打印技術(shù)在牙科的應(yīng)用

在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，假牙是必不可少的，從最開始的制作金屬牙到現(xiàn)如今的陶瓷牙，技術(shù)在不斷的進步。通過實驗的深入研究，我們可以漸漸發(fā)現(xiàn)醫(yī)用合成金屬之間存在的差異與聯(lián)系，在合金的制造過程中，通過工藝材料的改良，可以有效加強合金密度，進而提高其表面的粗糙程度，提升金屬與瓷之間的融合度。在陶瓷牙齒的制作過程中，通過激光對其表面進行加工，可以在短時間內(nèi)產(chǎn)生大量的熱量，提高牙齒表面的溫度，但該熱量會在較短的時間里散發(fā)，牙齒表面在淬火后可以快速形成一層氧化膜，改善陶瓷牙齒的整體性能，提高其耐磨性和使用周期。3D打印技術(shù)所具有的激光加工功效，可以促進顆粒感的產(chǎn)生，所以3D打印技術(shù)可以產(chǎn)生比鑄造合金更高的強度[11]。

以目前的技術(shù)來說，3D打印技術(shù)結(jié)合光固化成型技術(shù)與牙科陶瓷的應(yīng)用會越來越廣泛，并且為了滿足人們?nèi)找嬖鲩L的需求，會更加的追求精致，因此牙科陶瓷具有非常廣泛的發(fā)展前景。

5、討論

本文對臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)3D打印技術(shù)的廣泛運用進行了細(xì)致介紹。從目前的情況來看，我們可以發(fā)現(xiàn)3D打印技術(shù)現(xiàn)如今在我國臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)深受喜愛，無論是術(shù)前診斷還是手術(shù)中的輔助工具，3D打印技術(shù)都對臨床醫(yī)學(xué)的發(fā)展起到了不可替代的重要作用。雖然3D打印技術(shù)的應(yīng)用廣泛，但是其實我國3D打印技術(shù)的發(fā)展仍處于研究階段，只有一部分技術(shù)投入到了實際運用中，在未來的技術(shù)研發(fā)過程中，對于打印的精準(zhǔn)度與打印材料的研究將會成為重點研究對象。此外，隨著打印技術(shù)的升級，打印設(shè)備的高昂成本也是急需解決的問題之一，對于優(yōu)化打印設(shè)備成本方面還有很長的路要走。我相信，隨著社會需求的發(fā)展與科學(xué)技術(shù)的完善，3D打印技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的運用程度將會進一步擴大，其機器造價過高的問題也會找到合適的解決方案。

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通訊作者：楊偉業(yè)，男，研究生，講師，研究方向：光學(xué)工程。

基金項目：遵義醫(yī)科大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃。

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