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3D打印技能医学应用综述与展望

发布时间:2018-12-16 01:06:01 文章来源:未来智讯    
    3D 打印技能医学应用综述与展望作者: 陈坚伟 张迪   摘要:近年来3D打印技能快速发展,其应用所涉领域越来越多。文章调查了3D打印技能在医学领域的应用现状,分辨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索。
  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打印技能,是近年兴起的一项新技能,它可将计算机模型数据“打印”输出变成实物。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]。该技能在工业制造等领域被广泛应用。与传统制造方式相比,3D打印技能具有明显优势,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打印技能快速发展引起了广泛关注。学者指出,该技能引起较大影响,是制造业发展的一个新趋势[2]。现在,3D打印技能已被广泛应用于各行各业,该文介绍该技能在医学领域的应用现状并提出展望与思索。
  1 3D打印技能应用
  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打印技能,可将计算机影像数据信息变成实体结构,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打印技能,可有效削减制作时间,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讨,使手术操作人员更好地掌握患者心脏结构[3],以此削减手术风险。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讨分析。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能支持,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,最初可扫描对称的骨骼,变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,该技能不需要先制作模具,可直接打印,建造速度较快。这项技能可应用于牙种植、骨骼移植等。在制造过程中,研讨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能制作出人造耳,与此同时,微型人体肝脏也已被成功制造[3]。德国研讨人员利用3D打印机等相关技能,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。该技能的不时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打印技能制作脸部损伤组织,如耳、鼻、皮肤等,能够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。最初扫描脸部建立起3D计算机数据,医生能够制作出患者所缺少的部位,重现原来面貌。比起传统技能,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打印技能为患者制作了一张假脸。制作中,最初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打印技能所支持材质的增多,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辽阔的天地,应用水平亦将得到进一步提高。
  2 3D打印技能应用展望
  如上所述,3D打印技能的医学应用成效明显,它给人们带来了福音。但是,3D打印技能应用将不止于此。最初,3D打印技能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,这就非常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,身体各局部组织将能更加精细的修整与融合,所制作的材质自但是然成为身体的一局部,有助于打造出更适合审美的人体特征。最终,当3D打印设备逐渐普及后,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,可使用品更加符合个体,同时削减获取环节和时间,暂时解决医疗用品不足的问题。
  3 3D打印技能可能产生的问题
  一项新技能老是同时带来利与弊,3D打印技能亦是如此。当我们享受3D打印技能带给我们的便利时,也注意到它可能带来的问题。当该技能所造人体器官的本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能的失效?随着3D打印技能的发展,这些问题值得我们深入思索。
  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能[J].机械工程学报,2010,46(5):93-98.
  [2] 巨丰.技能大进展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讨患者心脏[EB/OL]. (2013-5-23).http://tech.qq.com/a/20130523/005393.htm.
  [4]Jeremy lei,等.3D打印技能在医学上有哪些意义?[EB/OL]. (2012-11-28).http://www.zhihu.com/question/20578723.
  [5] 容安.3D打印技能为毁容者重塑面部[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.
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