这个“神器”让你无所不能！真有这么神奇？

原创 Sunny Xu 梅斯医学

导语：技术拯救生命。

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前段时间，海军军医大学第二附属医院骨科主任肖建如教授团队实施了世界首例从颅底横跨颈椎，直通胸2椎体8椎节恶性脊索瘤切除术，并为患者安装3D打印人工寰枢胸椎复合假体及重建术。这是迄今全球最长节段颈胸段脊柱肿瘤切除术，同时，也是自主研发最长跨度的3D打印人工寰枢胸椎复合假体。

复发难治性脊索瘤局部侵袭性强、复发率极高，是国际医学界挑战性临床难题。与此同时，该研究团队在进展期脊索瘤靶向药物临床治疗研究中取得了重大进展，研究成果刊登在国际顶尖杂志《The Lancet Oncology》（柳叶刀•肿瘤IF=33.75），这是中国骨肿瘤界首次在国际顶尖刊物发表前瞻性临床论著。SD打印技术为医学界解决临床重大难题搭建了一座稳固的桥梁。

中新网

三维(3D)打印技术又称快速成型技术,是一种根据计算机数据,将如塑料、金属、陶瓷、粉末、液体、甚至活细胞等可粘合材料逐层打印,最终叠加为3D实体的技术。

3D打印历史进程

最早通过添加剂工艺进行3D打印的记录是1981年日本发明家Hideo Kodama。他创造了一种产品，利用紫外光来硬化聚合物，并创建固体物体。这是立体光刻（SLA）的垫脚石。

随后，查尔斯-赫尔发明了立体光刻技术，这是一种类似于3D打印的工艺，使用技术创建物体的较小版本，以便在花费时间和金钱创建实际产品之前对它们进行测试。物体被逐层打印，用溶剂冲洗，然后用紫外光硬化。该工艺使用计算机辅助设计（CAD）来创建3D模型。

选择性激光烧结（SLS）是另一种更先进的3D打印形式。它使用快速成型制造和粉末聚合物（通常是尼龙）来创建物体。SLS使用激光将粉末逐层融合在一起，形成比SLA能够创造的更复杂的形状。

由Scott Crump开发的熔融沉积建模(FDM)是目前最常见的3D打印形式。它被称为 "桌面3D打印机"，因为它是该技术最常用的形式。为了形成一个物体，打印机将热塑性塑料的电缆加热成液态，然后逐层挤出。

3D打印在过去的三十年里发生了变化和改进，彻底改变了制造业及其延伸的领域，它可以使你通过简单地创建计算机文件来制造几乎任何东西。

3D打印优势

3D打印技术具有个性化、成本效益高、快速等优点,特别适合应用于医学领域。

定制和个性化

3D打印机在医疗应用中的最大优势是可以自由地生产定制的适合个体的医疗产品和设备，例如，使用3D打印定制假肢和植入物，还可以生产用于手术室的定制夹具和固定装置。

成本效益高

3D打印提供的另一个重要好处是能够廉价生产物品。传统的制造方法对于大规模生产来说仍然比较便宜，然而，对于小批量生产来说，3D打印的成本正变得越来越有竞争力。这对于生产量较小或生产高度复杂或需要频繁修改的部件或产品的公司来说尤其有利。

提高生产力

3D打印中的 "快 "指的是在几个小时内就能做出一个产品，这使得3D打印技术比传统的假肢、植入物等物品的制作方法要快得多。

3D打印在医疗界的应用

自2000年初，3D打印技术首次被用于制造牙科植入物和定制假肢以来，3D打印被广泛应用于医学领域。目前3D打印的医疗用途可以组织成几大类：组织和器官的生物打印、植入物和解剖模型；以及个性化的制药研究。

组织和器官的生物打印

由于衰老、疾病、事故和出生缺陷导致的组织或器官衰竭是一个严重的医学问题，目前可供移植的人体器官长期短缺。调查发现中国每年大约有150 万人因末期器官功能衰竭需要器官移植,但每年能够使用的器官数量不到1万,供求比例约为1∶150。同时,中国需要接受器官移植的患者数量还在以每年超过10%的增量增加。

器官打印利用3D打印技术单独或串联生产细胞、生物材料和含有细胞的生物材料，逐层打印，可直接创建3D组织样结构。目前3D生物打印系统有激光、喷墨式或挤出的，喷墨式的生物打印是最常见的，这种方法根据数字指令将 "生物墨水"（活细胞或生物材料的液滴）沉积到基质上，以再现人体组织或器官。

虽然组织和器官生物打印仍处于起步阶段，但许多研究已经提供了应用案例。研究人员已经使用3D打印机创建了膝盖半月板、心脏瓣膜、脊柱椎间盘、其他类型的软骨和骨骼以及人工耳朵等。密歇根大学的医生在《新英格兰医学杂志》上发表了一个案例研究，报告说利用3D打印机和患者气道的CT图像，他们能够制造出一个精确建模的、可生物吸收的气管夹板，并通过手术植入到一个气管支气管炎的婴儿身上，最终婴儿康复，预计三年内夹板将完全吸收。

Printing organs on demand

DOI: 10.1016/S2213-2600(13)70239-X

植入物

通过将X射线、核磁共振成像或CT扫描转化为数字3D打印文件，几乎可以以任何可以想象的几何形状制作植入物和假体。通过这种方式，3D打印已经成功地被应用于制作牙科、脊柱和髋关节植入物。例如，荷兰的研究人员一直致力于对3D打印牙齿的研究。他们打印了一种抗菌牙齿。这种牙齿可以消灭具有抗药性的细菌，防止蛀牙和其他问题。牙齿中的物质可以杀死与它有接触的细菌，但另一方面，它对人体细胞无害。

外科手术解剖模型

人体的个体差异和复杂性使3D打印模型成为手术准备的理想选择。拥有一个病人解剖学的有形模型供医生研究或用于模拟手术是比单纯依靠MRI或CT扫描更可取的。

3D打印的神经解剖模型可以为外科医生提供一些人体最复杂结构的表征，例如，对神经外科医生特别有帮助。颅神经、血管、脑结构和颅骨结构之间错综复杂、有时甚至是模糊不清的关系，仅凭放射线二维图像很难解释。一个真实的三维模型反映了病变和正常脑结构之间的关系，可以帮助确定最安全的手术方案，也可以帮助外科医生演练具有挑战性的病例。

沃尔特里德国家军事医学中心的神经外科医生用于手术规划的3D模型

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4189697/

个性化的制药

3D打印技术已经被应用于制药研究和制造，优势包括精确控制液滴大小和剂量，高重复性，以及能够生产具有复杂药物释放曲线的剂型。

3D打印采取的“逐层打印，层层叠加”原理可以方便的打印出特殊外型或复杂内部结构的药品，可以通过特殊的药片结构控制药粉/药剂的释放过程，让人体内的药物吸收过程更为合理。

面临的挑战

3D打印作为一项大有前景的技术可以被广泛应用于医疗，但目前尚存在一些挑战与问题，导致其未得到广泛推广应用。

材料的限制导致成本居高不下

目前3D打印技术能用在医学方面的只有粉末状金属、塑料、树脂等几种单一材料, 但是在3D生物打印方面, 这几种材料几乎不能使用, 而且这几种材料的价格也相对较高, 所以需要研究出更多能应用于医学的材料。众所周知，3D打印要成为主流技术（作为一种消耗大的技术），它对机器的要求也是不低的，其复杂性也可想而知。

专利与产权问题

人们可以随意复制任何东西，并且数量不限。如何制定3D打印的法律法规用来保护知识产权，也是我们面临的问题之一，否则就会出现泛滥的现象。