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3D打印医疗领域

导读
   近年来,随着技术的发展,3D打印已率先在医疗领域获得应用上的突破。这主要因为医疗行业(尤其是修复性医学领域)个性定制化需求显着,鲜有标准的量化生产,而个性化、小批量和高精度恰是3D打印技术的优势所在。目前,3D打印在医疗生物行业的应用主要包括三个方面:医疗器械打印、医学成像模型打印及体内医疗植入。
3D打印医疗器械
  据英国《每日邮报》,一名土耳其男子利用3D打印机打印出了一种新型医疗石膏模型。由于该模型通风良好,并可外接超声波设备加速伤口愈合速度,该模型有望为未来的模型铸造行业带来革命性的创新。
  报道称,该男子名叫德尼兹·科拉萨因(Deniz Karasahin),是一位正在学习设计的学生。德尼兹花费了4个月时间,经过不断研究,最终利用3D打印机设计出了这一类骨质医疗模型。该男子称,传统的石膏模型密不透风,容易导致伤口发痒,并散发出不好的气味;而他所设计的这一模型,除去可以打印出适合每个人手型的模型之外,由于有通风孔,不仅解决了上述两大难题,而且可以外接超声波设备,加速伤口的愈合速度。
  两岁的Emma Lavelle患有先天性多发性关节挛缩症(AMC),这种病阻碍了她的肌肉和关节生长并使肌肉和关节变得僵硬。 因此,Emma的运动能力严重被限制一直以来,她已经历了多次手术和矫正治疗。在治疗AMC方法中,最具前景的一项治疗是3D打印的WREX设备,这是一款身体铸件,搭配弹性绷带和假肢关节,可帮助AMC患者抬举四肢。
3D打印医学成像模型
  中国协和医院骨科专家用3D打印技术,打印出一名“右胫腓骨复杂骨折”患者的骨折的腓骨CT扫描数据传输到3D打印设备,按照1:1的比例打印出完全相同的模型。主治医师刘国辉拿到了3D打印模型,便和同事们在实验室里进行预手术,即对模型进行术前模拟手术操作。在随后进行的实际手术中,刘国辉和其团队驾轻就熟,只花费了45分钟就顺利完成了手术,而往常此类手术需要90分钟,相比而言,减少了近一半时间。这也是3D打印技术首次应用于湖北省创伤骨科手术。

  美国一个有先天性复杂心脏病的婴儿,在出生后的第二天,他的心脏CT扫描数据通过3D打印技术,有史以来最小的三维心脏模型得以完成。这个在手心里的核桃大小的心脏模型,被送到纽约能够为新生儿心脏缺陷提供解决方案的长老会摩根士丹利儿童医院,从而对婴儿病患展开手术治疗。

  “在这个手术成功后,很难想象,如果在进入手术室,面对复杂病情的情况之下,没有这样的3D打印心脏模型的援助,我们将如何完成手术。这绝对将成为未来医

疗的标准做法,我们很乐意做领路人。” 长老会摩根士丹利儿童医院的先天性心脏外科主任 Emile Bacha医生说。

  刘国辉介绍,采用3D打印技术,不仅可以帮助手术医师在术前对患者的骨折类型、损伤严重程度等有充分了解,还可对实际手术进行模拟演练;继而术中对骨折碎片迅速定位、复位更加精确、手术时间减短、术中出血少、术中操作简便、患者痛苦较小、手术效果更佳;术后患肢功能恢复较快,使患者可早日重返日常生活和工作岗位,从而减少了住院时间,为患者节约了费用。
  Organovo公司已经成功研发打印出心肌组织,肺脏,动静脉血管等。虽然目前这一技术的应用尚处于试验阶段,但未来有望逐步应用于器官移植手术中。该公司宣称用3D打印机完整打印一个有正常生命机能的肝脏,为肝脏移植患者提供帮助。公司先通过独特的细胞3D打印技术,在细胞培养基座中打印出肝脏所需的细胞组织,然后再在培养皿中进行培养,并生成正常形状和机能的肝脏,然后便可以移植到人体中,进行身体解毒和排毒等正常代谢功能。不过,该肝脏的生命周期只有40天左右。
3D打印体内医疗植入
  据澳洲新快网援引《先锋太阳报》报道,一名华裔医生使用3D打印机,帮助一名墨尔本男子制造新脚跟骨,从而避免他因为患癌而失去一条腿。这项手术属于世界首例。
  71岁的患者钱德勒(Len Chandler)如今能重新站起来了。墨尔本医疗团队对钱德勒的左脚跟骨进行扫描,为其右脚跟骨创建3D影像。
  接着,医生使用3D影像制造一块和右脚跟骨一模一样的复制物,因为钱德勒的右脚跟骨不幸被肿瘤侵蚀。
  据悉,脚跟骨患癌的病人通常需要接受膝盖以下截肢,因为脚跟骨的构造非常复杂,很难找到代替物。脚跟骨的活动节奏必须和小腿及脚骨保持一致。
  参与本次手术的医疗团队成员包括圣文特森医院(St Vincent’s Hospital)的华裔外科手术教授钟彼特(Peter Choong,音译)、墨尔本生物技术公司Anatomics以及联邦科学与工业研究组织(CSIRO)。他们为钱德勒成功置换脚跟骨,也让墨尔本跻身人体部位制造领域的世界前沿。
3D打印医疗在我国的发展
  3D打印作为全球范围内的前沿科技运用,已在医疗领域得到越来越多的应用。国外利用3D打印在医疗领域取得成功的案例已是数不胜数。同时,国内医疗领域也少不了3D打印,近期多地成功的医疗案例。
  但国内目前通过3D技术打印的模型,仅能用于术前的模拟及准备,还无法打印可以直接置入患者体内的置入物。因技术要求、打印原材料性能等方面的制约,还存在诸如打印速度慢、成本昂贵、材料还不能完全模拟人类器官组织的强度、刚度和柔韧度等特性问题。3D打印在国内医疗领域的发展还需进一步突破。
结语
  医疗领域已然成为3D打印应用较多的领域之一,据相关数据显示,2012年产能占据全球产值的16.4%。利用3D打印能够完美地复制人体结构构造,贴合人体工学,而由于符合要求的器官捐献数量不足,以及术后可能产生的严重排斥性问题,传统医疗手段已然无法满足现在需要器官移植病患的要求。可以预见,今后3D打印在这一领域的应用将会非常可观。
  随着3D打印技术及医学的飞速发展,未来3D打印出来的皮肤、骨骼、内脏等器官将广泛应用于临床,造福更多的患者,特别是需要器官移植的患者,都将通过3D打印技术获益。