【科普知識】3D打(da)印——醫(yi)療(liao)健康(kang)篇_上海荷效(xiao)壹供

3D打(da)印作(zuo)為壹項醫(yi)療(liao)輔助(zhu)技(ji)術，日益(yi)成(cheng)為未來(lai)臨(lin)床(chuang)醫(yi)學發展(zhan)的(de)關鍵技術(shu)之(zhi)壹，受到(dao)醫(yi)學界的(de)廣泛(fan)關註(zhu)。伴(ban)隨(sui)計(ji)算機(ji)軟(ruan)硬(ying)件(jian)、醫(yi)學影像(xiang)及其後處(chu)理(li)技(ji)術(shu)的(de)飛(fei)速(su)發展(zhan)，借助於(yu)3D打(da)印技(ji)術終(zhong)可(ke)快速(su)實現各種(zhong)個體化(hua)醫(yi)學模型、手(shou)術導(dao)板、康復(fu)輔具、以(yi)及骨(gu)科(ke)/口腔植(zhi)入物產(chan)品的(de)制(zhi)造(zao)，有助(zhu)於(yu)實現臨床(chuang)手(shou)術的(de)個(ge)體(ti)化(hua)、化治(zhi)療(liao)，服務於(yu)臨床(chuang)多(duo)個(ge)科室。此外(wai)，3D打(da)印技(ji)術在(zai)醫(yi)患溝(gou)通(tong)、醫(yi)學教育等諸(zhu)多(duo)方(fang)面也(ye)有(you)望發揮*的(de)重(zhong)要(yao)作(zuo)用(yong)。目(mu)前，*各國都將醫(yi)學3D打(da)印技(ji)術作(zuo)為推動(dong)醫(yi)學和經(jing)濟發展(zhan)的(de)重(zhong)要(yao)動(dong)力，而進(jin)行(xing)積(ji)極投入，並獲得(de)重(zhong)要(yao)成(cheng)果(guo)。

3D打(da)印技(ji)術在(zai)生(sheng)物(wu)醫(yi)學領域(yu)的(de)應用(yong)可(ke)大致分為以(yi)下幾個(ge)方(fang)面：

1.3D打(da)印個(ge)性(xing)化診斷(duan)或(huo)手(shou)術規劃(hua)模型，它們通(tong)常不與人(ren)體(ti)接觸(chu)，臨(lin)床(chuang)應用(yong)風(feng)險小；

2.3D打(da)印個(ge)性(xing)化手(shou)術導(dao)板或外(wai)用康(kang)復(fu)器(qi)具等，它(ta)們與人(ren)體(ti)短期接觸(chu)，材(cai)料(liao)不能引起(qi)皮膚(fu)過(guo)敏、急(ji)性(xing)毒(du)性(xing)等，臨床(chuang)使(shi)用(yong)風(feng)險較小；

3.3D打(da)印植(zhi)入器械如(ru)骨(gu)科(ke)關節假體(ti)、鈦(tai)板、骨(gu)填(tian)充材(cai)料(liao)等，它們屬(shu)於(yu)長(chang)期(qi)植(zhi)入人(ren)體(ti)的(de)醫(yi)療(liao)器械(xie)產(chan)品，臨(lin)床使(shi)用(yong)風(feng)險較高(gao)；

4.3D打(da)印組(zu)織工程產(chan)品或(huo)組織器官。可(ke)利用3D打(da)印技(ji)術打(da)印多(duo)孔(kong)可(ke)降解(jie)支(zhi)架(jia)材(cai)料，再(zai)復(fu)合細胞和生長(chang)因(yin)子(zi)等形成(cheng)具有生(sheng)物(wu)活(huo)性(xing)的(de)組(zu)織(zhi)工程產(chan)品，也(ye)可(ke)以(yi)直接層(ceng)層(ceng)打(da)印細(xi)胞或細胞材料(liao)復(fu)合物形成(cheng)組織器(qi)官，如(ru)3D打(da)印血(xue)管(guan)、肝臟、腎(shen)臟等(deng)。

壹、3D打(da)印個(ge)性(xing)化診斷(duan)或(huo)手(shou)術規劃(hua)模型

醫(yi)生手(shou)術前通(tong)過CT、核(he)磁共振（MRI）等設(she)備獲取(qu)患(huan)者(zhe)的(de)影(ying)像(xiang)數(shu)據(ju)，然(ran)後據(ju)此進(jin)行(xing)病患診斷(duan)和(he)手(shou)術規劃(hua)，但(dan)是(shi)這些醫(yi)學影像(xiang)數(shu)據(ju)都是(shi)二維的(de)，不夠(gou)直觀(guan)。如(ru)果(guo)利(li)用(yong)軟(ruan)件(jian)將二維數(shu)據(ju)轉(zhuan)成(cheng)三維數(shu)據(ju)，再(zai)通(tong)過3D打(da)印機(ji)打(da)印出三(san)維模型，相比二維醫(yi)學影像(xiang)數(shu)據(ju)，三維模型更(geng)加逼真和(he)直觀(guan)，醫(yi)生和病人(ren)可(ke)以(yi)直接觸(chu)摸操作(zuo)，既(ji)可(ke)輔助醫(yi)生進(jin)行(xing)的(de)三(san)維測(ce)量(liang)、手(shou)術規劃(hua)和模擬(ni)手(shou)術操作(zuo)以(yi)提升手(shou)術的(de)成(cheng)功率，也方(fang)便醫(yi)生與患(huan)者(zhe)就(jiu)手(shou)術方(fang)案(an)進(jin)行(xing)直觀(guan)的(de)溝(gou)通(tong)，特別是(shi)對於(yu)難度大、風(feng)險高的(de)手(shou)術，3D打(da)印術(shu)前診斷(duan)和(he)手(shou)術規劃(hua)模型尤(you)為重要(yao)。

（補充案(an)例(li)）
       2026年01月09日，日本(ben)壹家醫(yi)院的(de)醫(yi)生先(xian)使(shi)用(yong)刀具(ju)切割了(le)壹個由(you)3D打(da)印機(ji)打(da)印的(de)患(huan)者(zhe)肝(gan)臟的(de)三(san)維復(fu)制(zhi)品。這(zhe)個(ge)模型幫助醫(yi)生計(ji)算出如(ru)何切割肝(gan)臟，並(bing)成(cheng)功的(de)進(jin)行(xing)了肝(gan)臟移(yi)植(zhi)手(shou)術.先(xian)天(tian)性(xing)心(xin)臟缺陷(xian)是(shi)出生(sheng)缺陷(xian)中常見的(de)類(lei)型，每年有近(jin)1％的(de)新(xin)生嬰兒(er)有(you)此類問題(ti)。對嬰幼(you)兒(er)進(jin)行(xing)心(xin)臟手(shou)術要(yao)求醫(yi)生在(zai)壹個還沒有*長(chang)成(cheng)的(de)小而精(jing)致(zhi)的(de)器(qi)官的(de)內部操作(zuo)，難(nan)度非常高。在(zai)美國肯塔(ta)基(ji)Louisville的(de)Kosair兒(er)童(tong)醫(yi)院，心(xin)臟外(wai)科醫(yi)生Erle Austin在(zai)對(dui)壹個患(huan)有心(xin)臟病的(de)幼(you)兒(er)進(jin)行(xing)復雜的(de)手(shou)術之(zhi)前，用3D打(da)印的(de)模型規劃(hua)和實驗，保障(zhang)了(le)手(shou)術的(de)成(cheng)功完成(cheng)。

     3D打(da)印醫(yi)學模型可(ke)采用熔(rong)融擠(ji)出沈(chen)積(ji)成(cheng)型（FDM）、立體光固化(hua)（SLA）、選(xuan)擇性(xing)激光燒(shao)結（SLS）、粉末噴墨(mo)粘結（3DP）等3D打(da)印技(ji)術。FDM 3D打(da)印設(she)備和材(cai)料費(fei)用(yong)較低(di)，可(ke)選用的(de)材(cai)料(liao)包(bao)括ABS、PLA等(deng)高(gao)分子(zi)材料，有多(duo)種(zhong)顏(yan)色可(ke)選，但(dan)缺點(dian)是(shi)打(da)印精(jing)度不高，打(da)印速(su)度較慢(man)，去除(chu)支(zhi)撐等(deng)後(hou)處理(li)工作(zuo)復(fu)雜，表面比較粗糙(cao)。SLA 3D打(da)印設(she)備價(jia)格(ge)適中，打(da)印速(su)度和精(jing)度較高，但(dan)是(shi)采用的(de)光(guang)敏(min)樹(shu)脂材料(liao)價(jia)格(ge)較貴(gui)，對環(huan)境(jing)有(you)壹定汙(wu)染。SLS 3D打(da)印設(she)備價(jia)格(ge)較貴(gui)，打(da)印速(su)度和精(jing)度較高，不需(xu)要(yao)支(zhi)撐結構，後處理(li)較(jiao)簡(jian)單，打(da)印的(de)尼龍材(cai)料(liao)韌性(xing)較好(hao)，但(dan)是(shi)顏(yan)色單壹。3DP技術(shu)設(she)備價(jia)格(ge)適中，打(da)印速(su)度快，可(ke)打(da)印多(duo)彩(cai)色模型，缺點(dian)是(shi)采用的(de)石膏粉末(mo)材料(liao)太(tai)脆，打(da)印強度偏差(cha)，需(xu)要(yao)後處(chu)理(li)加(jia)強等(deng)。

二(er)、3D打(da)印個(ge)性(xing)化手(shou)術導(dao)板或外(wai)用康(kang)復(fu)器(qi)具

手(shou)術導(dao)板是(shi)將手(shou)術規劃(hua)方(fang)案(an)準(zhun)確的(de)在(zai)手(shou)術中實施的(de)輔(fu)助(zhu)手(shou)術工具(ju)。例(li)如(ru)在(zai)外(wai)科手(shou)術中，醫(yi)生通(tong)過預先(xian)設(she)計(ji)出的(de)手(shou)術導(dao)板可(ke)以(yi)控制(zhi)植(zhi)入器械的(de)放(fang)置(zhi)位(wei)置和角(jiao)度，實現植(zhi)入器械的(de)安(an)裝(zhuang)，也(ye)可(ke)以(yi)準(zhun)確定(ding)位(wei)需(xu)要(yao)截骨(gu)的(de)位(wei)置(zhi)和(he)方(fang)向，以(yi)實現病竈部位的(de)切除。傳(chuan)統(tong)手(shou)術需(xu)要(yao)憑借(jie)醫(yi)生的(de)經(jing)驗(yan)進(jin)行(xing)，而借(jie)助(zhu)3D打(da)印手(shou)術導(dao)板，可(ke)降低(di)手(shou)術難度，提高手(shou)術度，使(shi)得(de)年輕醫(yi)生也可(ke)以(yi)進(jin)行(xing)壹些復(fu)雜的(de)外(wai)科手(shou)術。3D打(da)印手(shou)術導(dao)板根(gen)據(ju)應用(yong)領域(yu)的(de)不同(tong)可(ke)分為關節假體(ti)安(an)置導(dao)板、脊柱(zhu)定位導(dao)板、口腔種(zhong)植(zhi)體導(dao)板、截骨(gu)導(dao)板等，設(she)計(ji)過(guo)程需(xu)要(yao)借助(zhu)軟(ruan)件(jian)在(zai)手(shou)術部位三維模型中做出標(biao)記(ji)線(xian)，通(tong)過逆(ni)向工程得(de)到(dao)可(ke)貼附於(yu)需(xu)要(yao)手(shou)術的(de)人(ren)體(ti)組織表面的(de)導(dao)板3D模型，終(zhong)通(tong)過3D的(de)打(da)印設(she)備將導(dao)板打(da)印出來(lai)。

     以(yi)3D打(da)印錐(zhui)體內固定(ding)置(zhi)釘導(dao)板為例(li)，首(shou)先(xian)對(dui)目標椎(zhui)體進(jin)行(xing)三維CT薄(bo)層(ceng)掃描(miao)，掃(sao)描層(ceng)厚在(zai)1mm左(zuo)右(you)，以(yi)Dicom格式保存。將Dicom格式文(wen)件(jian)導(dao)入3D圖像(xiang)生(sheng)成(cheng)及編(bian)輯(ji)處理(li)軟(ruan)件(jian)，生(sheng)成(cheng)目標椎(zhui)體(ti)的(de)三(san)維模型，以(yi)STL格式導(dao)出。導(dao)入逆(ni)向工程軟(ruan)件(jian)等(deng)，設(she)計(ji)置(zhi)釘(ding)通(tong)道，提取椎(zhui)板(ban)、棘突(tu)及關節突(tu)後(hou)面的(de)表面解(jie)剖形態(tai)，建(jian)立與其解(jie)剖形態(tai)相(xiang)壹致的(de)反(fan)向模板(ban)。將置釘通(tong)道與模板(ban)擬(ni)合成(cheng)壹體，即(ji)形成(cheng)帶有(you)導(dao)向孔的(de)導(dao)航模板(ban)，以(yi)STL格式保存。後(hou)導(dao)入3D打(da)印機(ji)，打(da)印出椎(zhui)體(ti)模型及置釘導(dao)板。
 

FDM 技術(shu)、SLA技術和(he)SLS技術都(dou)可(ke)以(yi)用於(yu)手(shou)術導(dao)板的(de)制(zhi)作(zuo)，各(ge)有(you)優(you)缺點(dian)，通(tong)常來(lai)說(shuo)FDM技(ji)術(shu)適合於(yu)精(jing)度要(yao)求不高的(de)領域(yu)，且(qie)因(yin)為強度差，不適合(he)制(zhi)作(zuo)厚度較薄的(de)導(dao)板，易(yi)在(zai)手(shou)術過程中(zhong)發生導(dao)板斷(duan)裂(lie)和(he)變形；SLA技(ji)術(shu)打(da)印精(jing)度高，具有(you)壹定的(de)強度，適合打(da)印體(ti)積(ji)較(jiao)小、高精(jing)度和需(xu)要(yao)壹定強度的(de)手(shou)術導(dao)板，如(ru)口腔種(zhong)植(zhi)導(dao)板等；也(ye)可(ke)以(yi)采用(yong)選擇(ze)性(xing)激光熔(rong)融技(ji)術（SLM）制(zhi)備金(jin)屬(shu)導(dao)板，優(you)點(dian)是(shi)打(da)印導(dao)板的(de)精(jing)度高、強度*，尤(you)其適合(he)加工直接引導(dao)鉆頭、擺鋸甚至(zhi)骨(gu)刀的(de)手(shou)術導(dao)板，但(dan)是(shi)打(da)印設(she)備和耗(hao)材成(cheng)本(ben)較高(gao)。實際使(shi)用(yong)時(shi)，需(xu)要(yao)根(gen)據(ju)使(shi)用(yong)領域(yu)和(he)性(xing)能要(yao)求綜(zong)合考(kao)慮(lv)需(xu)要(yao)采用(yong)的(de)3D打(da)印技(ji)術和材料。

三、3D打(da)印個(ge)性(xing)化康復(fu)器(qi)具

假肢(zhi)、助(zhu)聽器、矯(jiao)正(zheng)器具(ju)等(deng)康復醫(yi)療(liao)器械(xie)同(tong)樣(yang)具有小批量(liang)、定(ding)制(zhi)化的(de)需(xu)求，並(bing)且(qie)它們(men)的(de)設(she)計(ji)具(ju)備(bei)復雜性(xing)，傳統數(shu)控(kong)機(ji)床(chuang)受(shou)到(dao)加工角(jiao)度等因素(su)的(de)限(xian)制(zhi)往往難以(yi)實現。利用(yong)3D打(da)印技(ji)術有望降低(di)單個(ge)定制(zhi)化康(kang)復(fu)輔(fu)具的(de)制(zhi)作(zuo)成(cheng)本(ben)，以(yi)假肢(zhi)舉(ju)例(li)，利用3D打(da)印技(ji)術制(zhi)作(zuo)童(tong)假肢(zhi)，成(cheng)本(ben)僅(jin)有幾百(bai)美元(yuan)，而常規的(de)假肢(zhi)價(jia)格(ge)高達數(shu)萬美元(yuan)。在(zai)兒(er)童(tong)的(de)成(cheng)長(chang)中(zhong)需(xu)要(yao)多(duo)次更(geng)換假肢(zhi)，如(ru)果(guo)購(gou)買傳統的(de)假肢(zhi)將會給(gei)家(jia)庭帶來(lai)沈(chen)重(zhong)負(fu)擔。

四、3D打(da)印骨(gu)科(ke)植(zhi)入或口腔器(qi)械

利(li)用(yong)3D打(da)印技(ji)術可(ke)直接制(zhi)備鈦(tai)合金、鈷(gu)鉻(ge)鉬(mu)合(he)金(jin)的(de)植(zhi)入器械，如(ru)3D打(da)印的(de)鈦(tai)合金骨(gu)盆(pen)假體(ti)、脊(ji)柱融(rong)合器、3D打(da)印鈷(gu)鉻(ge)鉬(mu)合(he)金(jin)牙冠等(deng)均(jun)已經(jing)實現臨床(chuang)應用(yong)。利(li)用3D打(da)印技(ji)術除了可(ke)制(zhi)備復(fu)雜外(wai)形的(de)植(zhi)入器械外(wai)，還可(ke)以(yi)制(zhi)備*連(lian)通(tong)的(de)多(duo)孔(kong)結構，用在(zai)骨(gu)科(ke)植(zhi)入器械領域(yu)，可(ke)促進(jin)周(zhou)圍(wei)骨(gu)組(zu)織長(chang)入孔隙內部，提高植(zhi)入器械與周(zhou)圍(wei)組(zu)織的(de)結合力。

五(wu)、3D打(da)印組(zu)織工程產(chan)品或(huo)器官

Boland等(deng)於(yu)2003 年提出“細(xi)胞(bao)打(da)印”技(ji)術的(de)概(gai)念(nian),該(gai)技術(shu)突(tu)破了(le)傳(chuan)統組(zu)織(zhi)工程技(ji)術(shu)空間分辨率低(di)的(de)局(ju)限(xian)性(xing) ,可(ke)控制(zhi)細胞(bao)的(de)分(fen)布(bu)。在(zai)“細(xi)胞(bao)打(da)印”過(guo)程中(zhong) ,細(xi)胞(或(huo)細胞聚集體(ti))與溶(rong)膠(jiao)(水凝(ning)膠(jiao)的(de)前驅體)同(tong)時置於(yu)打(da)印機(ji)的(de)噴頭中,由計(ji)算機(ji)控(kong)制(zhi)含細胞(bao)液滴的(de)沈(chen)積(ji)位(wei)置 ,在(zai)的(de)位(wei)置(zhi)逐點(dian)打(da)印 ,在(zai)打(da)印完(wan)壹層的(de)基(ji)礎(chu)上繼續(xu)打(da)印另壹層 ,層(ceng)層疊加(jia)形成(cheng)三維多(duo)細(xi)胞/凝(ning)膠(jiao)體系.