3D打印技術結合數字化技術在醫學中的應用

摘 要：社會經濟發展的最直接影響就是各項技術都得到了突破性的發展，比如生物技術、數字化建模技術以及化學材料技術等等都在高新技術時代發揮了應有的作用，在這些新型技術中3D打印技術被各個領域廣泛關注，此項技術的發展更是為醫學領域提供了很好的發展機遇，特別是其聯合數字化技術后更是引起了醫學領域的一次新的改革，為醫學發展奠定了更加堅實的基礎，基于此，文章結合具體工作實踐，研究分析了3D打印技術與數字化技術結合護后在醫學領域應用的相關內容。

關鍵詞：3D打印；數字化技術；應用

引言

3D打印技術是在上世紀九十年代誕生的，剛開始此項技術僅僅是應用在制造行業以及航空模型設計中，但是在3D打印材料及其控制技術不斷發展的過程中，研究人員就進一步對技術進行了強化研究，使其的應用范圍已經不僅僅局限在制造行業和模型設計中，經過多年的努力研究，3D打印技術在與數字化技術結合后開始向醫學領域發展，并同時引起了社會各界的廣泛關注。

1 3D打印技術結合數字化技術應用的優勢

1.1 手術前對手術方案進行優化，確保實現手術精確化和個性化

以往在醫學領域外科手術都是應用二維圖像，比如CT或者X線進行術前方案設計，接著在醫生腦中形成相應的三維印象，以此為依據進行手術，因此可以說經驗是決定手術成敗的關鍵。但是醫學數字技術能進行具體的病例優化，還能進行個性化設計，進而使手術能實現精確化和個性化。但是如果僅僅依靠虛擬的手術方案設計也是不行的，在手術實施再加上3D打印技術就能制作出一比一的組織器官3D實體模型，然后醫生就可以根據3D模型進行模擬手術，通過模擬優化設計方案，進而制定更細致的手術方案。近年來，3D打印技術與數字化手術結合后已經被廣泛應用在骨科及整形外科中，比如在醫學整形中的下頜骨精確截骨，3D打印技術結合數字化技術的精確性不僅提高了手術質量，還減少手術創傷，實現微創的手術目的。

1.2 能實現定制化、個性化假體與內植物的制作

在醫學領域的矯形外科和頜面外科中，一般都要用假體和內植物，但是這些假體和內植物的模型有限，然而患者的個體情況基本都存在差異，因此經常出現因患者缺少合適的假體或內植物，進而影響患者的手術效果。所以，因此，實現定制化、個性化假體與內植物是醫療發展的需求。近年來，技術發展的同時金屬3D打印技術應運而生，此項先進技術的出現為外科植入物的發展提供保障，金屬3D打印技術能將個性化或者定制化假體三維設計模型轉化為適合醫用的植入物，比如轉成醫用不銹鋼或者鈦合金制成植入物，同時省去了中間的繁復工藝，整體效率明顯提高。現階段國內外已將其廣泛應用在頭顱、關節等損傷修復制作中，未來隨著技術的發展假體與內植物制作將是按治療需求為患者量身打造的。

2 3D打印技術結合數字化技術在醫學中的具體應用

2.1 在醫學模型制造中的應用

醫學模型在醫學實踐和教學中的用途都很廣泛，但傳統的醫學模型制作程序非常復雜，而且制作周期也比較長。現代醫學中，尸體標本來源緊張的問題制約著醫學教學與實訓的開展。數字醫學技術的出現能進行人體多數組織器官的建立，能建立出逼真的3D模型，在建出模型后再用3D打印技術打印出來，這樣的模型能逼真的反應人體的組織和器官和組織結構，使醫學問題更直觀，進而能更好的應用在教學與術前模擬中。

2.2 在整形外科中的應用

3D打印技術結合醫學數字技術在外科整形中的應用相對較早，最早是在一九九二年，外國國外相關研究人員第一次將此技術應用在整形外科中，是將3D打印模型技術應用在顱頜面的術前模擬中。后來在材料發展的同時，部分人員嘗試用生物材料替換傳統的模型材料，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粉末制成了個性化的假體，處理后直接植入人體，此次研究可以說是實現了3D打印技術的突破性轉變，從模型制造發展成了生物制造。3D打印技術結合數字化技術在整形外科中的經典案例是下頜骨組織缺損修復，此項手術的關鍵在腓骨瓣，其塑形的準確性和植入是確保下頜骨能會恢復到自然弧度的基礎，3D打印技術的修復模型有導板作用，能引導腓骨瓣進行準確的塑形與植入，實現下頜骨經驗修復到目標治療的轉變。應用3D打印技術進行此項手術時具有很多的優點，比如準確性比較高、手術所用時間短及口腔恢復效果好等優點，現在已經被廣泛應用在臨床上。可以說在類似手術中3D打印技術已發展成了一種標準治療方式。

2.3 在器官移植中的應用

近年來在器官移植技術不斷發展的背景下，器官移植的臨床應用也不斷增多，但發展中存在的主要限制因素就是器官短缺。傳統的器官移植都是使用活體的器官捐獻，正如前面所講此種技術局限性很大，為此人們開始進行機械器官、組織工程和再生組織研究，在這樣的環境下，3D打印技術的出現使該領域有了新的研究方向。其實二零零三年時國外的研究者就提出了將3D打印技術應用在器官移植，研究者通過干細胞的體外培養，培養出自體細胞，然后將其種在能降解的生物支架上，以此生成相應的組織器官，雖然該方法有不少缺陷，但還是一種值得研究的方法。現階段3D打印技術結合數字化技術主要應在人造內耳及皮膚相對較簡單的組織器官中。生物打印器官成活的關鍵是要有適合的器官內部支架，同時還要有器官正常血供。水凝膠中海藻酸凝膠的可作為細胞的生長支架，研究發展通過海藻酸凝膠和CaCl2反應，能建立符合活性細胞生存的三維結構。3D生物打印技術同樣可以制作出復雜的三維結構，且同時還能提供血管物體，但真正的臨床應用還需進一步研究。

3 3D打印技術的未來發展

3D打印技術結合數字化技術醫學中的應用給患者帶來了很大的福音。現階段我國關于此項技術的應用還處在探索階段，相信未來隨著3D打印技術的進一步發展，醫療模式必然會是個性化及精確化的發展方向，醫療器械會是定制化的發展方向。但是目前3D打印技術的應用規模還不是很大，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展速度，例如3D生物打印材料僅僅只能進行單一活性細胞打印組織器官，不能進行組織器官的多樣性打印，這些都是目前應用3D打印技術時需要解決的主要問題。

4 結束語

文章部分內容是借鑒“陜西省科學技術研究發展計劃項目-大型三甲醫院打印系統優化管理平臺（編號：2013KRM2-06）”研究成果的基礎上進行歸納分析。

總之，3D打印技術結合數字化技術這項綜合性技術的發展前景非常可觀，但同時面臨的挑戰也是十分艱巨的。現階段我國的3D打印技術和數字醫學技術的發展狀況并不是很樂觀，甚至與國外存在很多的差距，比如常用的某些關鍵技術還受到國外相關技術的制約，因此強化對此項技術的研究很有必要。“數字醫學”之父鐘世鎮院士為3D打印技術在醫學上的應用提供技術保障。但是，數字醫學的發源地——廣東對3D打印技術的應用還不夠重視，導致整體應用效果不佳。因此，在后期研究中廣東省的相關人員應該抓住3D打印技術的發展契機，以此保障這兩種先進技術能發揮更大的效用。

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