3D打印技術(shù)結(jié)合數(shù)字化技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

摘 要：社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的最直接影響就是各項(xiàng)技術(shù)都得到了突破性的發(fā)展，比如生物技術(shù)、數(shù)字化建模技術(shù)以及化學(xué)材料技術(shù)等等都在高新技術(shù)時(shí)代發(fā)揮了應(yīng)有的作用，在這些新型技術(shù)中3D打印技術(shù)被各個(gè)領(lǐng)域廣泛關(guān)注，此項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展更是為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域提供了很好的發(fā)展機(jī)遇，特別是其聯(lián)合數(shù)字化技術(shù)后更是引起了醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的一次新的改革，為醫(yī)學(xué)發(fā)展奠定了更加堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，基于此，文章結(jié)合具體工作實(shí)踐，研究分析了3D打印技術(shù)與數(shù)字化技術(shù)結(jié)合護(hù)后在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的相關(guān)內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：3D打??；數(shù)字化技術(shù)；應(yīng)用

引言

3D打印技術(shù)是在上世紀(jì)九十年代誕生的，剛開始此項(xiàng)技術(shù)僅僅是應(yīng)用在制造行業(yè)以及航空模型設(shè)計(jì)中，但是在3D打印材料及其控制技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，研究人員就進(jìn)一步對(duì)技術(shù)進(jìn)行了強(qiáng)化研究，使其的應(yīng)用范圍已經(jīng)不僅僅局限在制造行業(yè)和模型設(shè)計(jì)中，經(jīng)過多年的努力研究，3D打印技術(shù)在與數(shù)字化技術(shù)結(jié)合后開始向醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)展，并同時(shí)引起了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。

1 3D打印技術(shù)結(jié)合數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

1.1 手術(shù)前對(duì)手術(shù)方案進(jìn)行優(yōu)化，確保實(shí)現(xiàn)手術(shù)精確化和個(gè)性化

以往在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域外科手術(shù)都是應(yīng)用二維圖像，比如CT或者X線進(jìn)行術(shù)前方案設(shè)計(jì)，接著在醫(yī)生腦中形成相應(yīng)的三維印象，以此為依據(jù)進(jìn)行手術(shù)，因此可以說經(jīng)驗(yàn)是決定手術(shù)成敗的關(guān)鍵。但是醫(yī)學(xué)數(shù)字技術(shù)能進(jìn)行具體的病例優(yōu)化，還能進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)，進(jìn)而使手術(shù)能實(shí)現(xiàn)精確化和個(gè)性化。但是如果僅僅依靠虛擬的手術(shù)方案設(shè)計(jì)也是不行的，在手術(shù)實(shí)施再加上3D打印技術(shù)就能制作出一比一的組織器官3D實(shí)體模型，然后醫(yī)生就可以根據(jù)3D模型進(jìn)行模擬手術(shù)，通過模擬優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，進(jìn)而制定更細(xì)致的手術(shù)方案。近年來，3D打印技術(shù)與數(shù)字化手術(shù)結(jié)合后已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在骨科及整形外科中，比如在醫(yī)學(xué)整形中的下頜骨精確截骨，3D打印技術(shù)結(jié)合數(shù)字化技術(shù)的精確性不僅提高了手術(shù)質(zhì)量，還減少手術(shù)創(chuàng)傷，實(shí)現(xiàn)微創(chuàng)的手術(shù)目的。

1.2 能實(shí)現(xiàn)定制化、個(gè)性化假體與內(nèi)植物的制作

在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的矯形外科和頜面外科中，一般都要用假體和內(nèi)植物，但是這些假體和內(nèi)植物的模型有限，然而患者的個(gè)體情況基本都存在差異，因此經(jīng)常出現(xiàn)因患者缺少合適的假體或內(nèi)植物，進(jìn)而影響患者的手術(shù)效果。所以，因此，實(shí)現(xiàn)定制化、個(gè)性化假體與內(nèi)植物是醫(yī)療發(fā)展的需求。近年來，技術(shù)發(fā)展的同時(shí)金屬3D打印技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，此項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)的出現(xiàn)為外科植入物的發(fā)展提供保障，金屬3D打印技術(shù)能將個(gè)性化或者定制化假體三維設(shè)計(jì)模型轉(zhuǎn)化為適合醫(yī)用的植入物，比如轉(zhuǎn)成醫(yī)用不銹鋼或者鈦合金制成植入物，同時(shí)省去了中間的繁復(fù)工藝，整體效率明顯提高?，F(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外已將其廣泛應(yīng)用在頭顱、關(guān)節(jié)等損傷修復(fù)制作中，未來隨著技術(shù)的發(fā)展假體與內(nèi)植物制作將是按治療需求為患者量身打造的。

2 3D打印技術(shù)結(jié)合數(shù)字化技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的具體應(yīng)用

2.1 在醫(yī)學(xué)模型制造中的應(yīng)用

醫(yī)學(xué)模型在醫(yī)學(xué)實(shí)踐和教學(xué)中的用途都很廣泛，但傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)模型制作程序非常復(fù)雜，而且制作周期也比較長(zhǎng)?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)中，尸體標(biāo)本來源緊張的問題制約著醫(yī)學(xué)教學(xué)與實(shí)訓(xùn)的開展。數(shù)字醫(yī)學(xué)技術(shù)的出現(xiàn)能進(jìn)行人體多數(shù)組織器官的建立，能建立出逼真的3D模型，在建出模型后再用3D打印技術(shù)打印出來，這樣的模型能逼真的反應(yīng)人體的組織和器官和組織結(jié)構(gòu)，使醫(yī)學(xué)問題更直觀，進(jìn)而能更好的應(yīng)用在教學(xué)與術(shù)前模擬中。

2.2 在整形外科中的應(yīng)用

3D打印技術(shù)結(jié)合醫(yī)學(xué)數(shù)字技術(shù)在外科整形中的應(yīng)用相對(duì)較早，最早是在一九九二年，外國(guó)國(guó)外相關(guān)研究人員第一次將此技術(shù)應(yīng)用在整形外科中，是將3D打印模型技術(shù)應(yīng)用在顱頜面的術(shù)前模擬中。后來在材料發(fā)展的同時(shí)，部分人員嘗試用生物材料替換傳統(tǒng)的模型材料，然后直接打印出能用在人體中的植入物。研究人員用Ca3（PO4）2粉末制成了個(gè)性化的假體，處理后直接植入人體，此次研究可以說是實(shí)現(xiàn)了3D打印技術(shù)的突破性轉(zhuǎn)變，從模型制造發(fā)展成了生物制造。3D打印技術(shù)結(jié)合數(shù)字化技術(shù)在整形外科中的經(jīng)典案例是下頜骨組織缺損修復(fù)，此項(xiàng)手術(shù)的關(guān)鍵在腓骨瓣，其塑形的準(zhǔn)確性和植入是確保下頜骨能會(huì)恢復(fù)到自然弧度的基礎(chǔ)，3D打印技術(shù)的修復(fù)模型有導(dǎo)板作用，能引導(dǎo)腓骨瓣進(jìn)行準(zhǔn)確的塑形與植入，實(shí)現(xiàn)下頜骨經(jīng)驗(yàn)修復(fù)到目標(biāo)治療的轉(zhuǎn)變。應(yīng)用3D打印技術(shù)進(jìn)行此項(xiàng)手術(shù)時(shí)具有很多的優(yōu)點(diǎn)，比如準(zhǔn)確性比較高、手術(shù)所用時(shí)間短及口腔恢復(fù)效果好等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在臨床上。可以說在類似手術(shù)中3D打印技術(shù)已發(fā)展成了一種標(biāo)準(zhǔn)治療方式。

2.3 在器官移植中的應(yīng)用

近年來在器官移植技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，器官移植的臨床應(yīng)用也不斷增多，但發(fā)展中存在的主要限制因素就是器官短缺。傳統(tǒng)的器官移植都是使用活體的器官捐獻(xiàn)，正如前面所講此種技術(shù)局限性很大，為此人們開始進(jìn)行機(jī)械器官、組織工程和再生組織研究，在這樣的環(huán)境下，3D打印技術(shù)的出現(xiàn)使該領(lǐng)域有了新的研究方向。其實(shí)二零零三年時(shí)國(guó)外的研究者就提出了將3D打印技術(shù)應(yīng)用在器官移植，研究者通過干細(xì)胞的體外培養(yǎng)，培養(yǎng)出自體細(xì)胞，然后將其種在能降解的生物支架上，以此生成相應(yīng)的組織器官，雖然該方法有不少缺陷，但還是一種值得研究的方法?，F(xiàn)階段3D打印技術(shù)結(jié)合數(shù)字化技術(shù)主要應(yīng)在人造內(nèi)耳及皮膚相對(duì)較簡(jiǎn)單的組織器官中。生物打印器官成活的關(guān)鍵是要有適合的器官內(nèi)部支架，同時(shí)還要有器官正常血供。水凝膠中海藻酸凝膠的可作為細(xì)胞的生長(zhǎng)支架，研究發(fā)展通過海藻酸凝膠和CaCl2反應(yīng)，能建立符合活性細(xì)胞生存的三維結(jié)構(gòu)。3D生物打印技術(shù)同樣可以制作出復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，且同時(shí)還能提供血管物體，但真正的臨床應(yīng)用還需進(jìn)一步研究。

3 3D打印技術(shù)的未來發(fā)展

3D打印技術(shù)結(jié)合數(shù)字化技術(shù)醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用給患者帶來了很大的福音?，F(xiàn)階段我國(guó)關(guān)于此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用還處在探索階段，相信未來隨著3D打印技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，醫(yī)療模式必然會(huì)是個(gè)性化及精確化的發(fā)展方向，醫(yī)療器械會(huì)是定制化的發(fā)展方向。但是目前3D打印技術(shù)的應(yīng)用規(guī)模還不是很大，主要是3D打印材料存在局限性。3D打印材料的特性和單一性影響著其發(fā)展速度，例如3D生物打印材料僅僅只能進(jìn)行單一活性細(xì)胞打印組織器官，不能進(jìn)行組織器官的多樣性打印，這些都是目前應(yīng)用3D打印技術(shù)時(shí)需要解決的主要問題。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章部分內(nèi)容是借鑒“陜西省科學(xué)技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目-大型三甲醫(yī)院打印系統(tǒng)優(yōu)化管理平臺(tái)（編號(hào)：2013KRM2-06）”研究成果的基礎(chǔ)上進(jìn)行歸納分析。

總之，3D打印技術(shù)結(jié)合數(shù)字化技術(shù)這項(xiàng)綜合性技術(shù)的發(fā)展前景非?？捎^，但同時(shí)面臨的挑戰(zhàn)也是十分艱巨的?，F(xiàn)階段我國(guó)的3D打印技術(shù)和數(shù)字醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r并不是很樂觀，甚至與國(guó)外存在很多的差距，比如常用的某些關(guān)鍵技術(shù)還受到國(guó)外相關(guān)技術(shù)的制約，因此強(qiáng)化對(duì)此項(xiàng)技術(shù)的研究很有必要?！皵?shù)字醫(yī)學(xué)”之父鐘世鎮(zhèn)院士為3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用提供技術(shù)保障。但是，數(shù)字醫(yī)學(xué)的發(fā)源地——廣東對(duì)3D打印技術(shù)的應(yīng)用還不夠重視，導(dǎo)致整體應(yīng)用效果不佳。因此，在后期研究中廣東省的相關(guān)人員應(yīng)該抓住3D打印技術(shù)的發(fā)展契機(jī)，以此保障這兩種先進(jìn)技術(shù)能發(fā)揮更大的效用。

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