3D打印技术在生物医疗中的应用

3D打印已成为推动新一轮技术创新和产业变革的重要力量。由于其需求量大、个性化程度高、产品附加值高的特点，生物医疗领域已经成为3D打印技术的重要应用领域。目前，生物3D打印技术已经被应用于术前规划、体外医疗器械、金属植入物等领域，未来将向可降解体内植入物和3D打印生物组织或器官等方向发展。

在术前规划领域，3D打印技术已经帮助许多没有临床经验的年轻医师进行了手术模拟，提高了手术效率和治疗的成功率。在解剖复杂涉及重要组织结构部位的手术时，应用3D打印技术制备的实体模型，可以帮助医生和患者以及家属交流，为患者和医生提供触觉与视觉上的体验。既有利于病情的诊断，又提高了手术的成功率。广州迈普再生医学科技有限公司根据患者医学影像，利用3D打印技术为医生提供了患者的头颈部肿瘤模型，通过术前规划助力手术获得成功。湖南华曙高科技有限责任公司与中南大学湘雅医院、长沙市第三医院合作，利用3D打印技术成功实施术前规划、手术模拟等患者等辅助临床治疗2000多例，手术时间可节约1/3以上，相关应用技术已处于国内领先水平。

在体外医疗器械领域，3D打印个性化手术导板的应用提高了治疗成功率和手术精度，个性化矫正器提升了矫正的效果。3D打印个性化手术导板技术最早是Radermacher等在1998年应用于腰椎椎弓根置钉研究，此后迅速得到推广，现已广泛应用于颈椎、胸椎以及更加复杂的脊柱侧凸等手术研究中。3D打印手术导板辅助置钉能够降低穿破骨皮质的风险取得较高的准确率。与传统徒手置钉方法相比，打印导板辅助置钉准确率更高；与计算机导航置钉技术相比，打印导板更易操作，设备简单，成本更低，应用较为广泛。

在脊柱手术中，借助3D打印导板可准确置钉，减少手术并发症。由于颈椎的椎弓根非常细小，置钉风险较大，可应用3D打印技术制备精准的钻孔导板，在钻孔导板辅助下进行椎弓螺钉的植入，非常简便。在脊柱侧弯患者中应用，在椎弓根螺钉的钻孔导板辅助下，不仅可以指导准确置钉，还可直接测量畸形的角度，设计螺钉置入的顺序，操作极为便利，还可缩短手术时间，减少手术团队及患者的辐射量。总而言之，3D打印技术制备的手术导板不仅能够提高手术操作便利性，同时也提高了手术治疗成功率。

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图3-8　3D打印制备手术导板

在骨科临床教学方面，对于年轻的医生来说，课本上的知识比较枯燥，不能在头脑中形成系统的知识网络，难以让人理解，而3D打印的模型能够体现出我们人体详细的解剖部位，教师还可以在实物模型上进行演示，让实习医生更容易掌握和理解。而且通过在3D打印的模型上进行手术的模拟，能够加快实习医生理解并利用课本知识掌握某种疾病解剖变化。这种教学方法能够明显提高教学质量。李忠海等将3D打印实物模型应用于临床教学中，和传统的教学手段相比，这种生动的新型教学模式能够提高实习医生的学习兴趣并且帮助他们提高对疾病的诊断能力，使他们对于解剖关系和病变类型理解得更加透彻。

在3D打印器官方面，有很多国内外的研究团队进行了相关实验和研究。3D打印器官与传统组织工程中修复受损器官方法不同的是，利用3D打印技术制造的器官，只需要将支架材料、细胞、细胞所需营养、药物等重要的化学成分在合理的位置和时间同时传递，就可形成生物器官。清华大学孙伟等开展了关于细胞直接三维受控组装技术的研究，成功制造出了具有自然组织特性以及生物活性的组织器官。西安交通大学的研究人员利用光固化成型技术，面向天然基质生物材料，研发了可以打印立体肝组织的仿生设计与分层制造系统，成功克服了软质生物材料微结构的三维成型难题。以色列特拉维夫大学的研究人员用3D打印技术，利用取自病人自身的人体组织，打印出了全球第一个完整的心脏。3D打印器官相比于传统移植有两大优势，一是不必苦等与自身相匹配的器官，可随时定制，减少人的死亡率；二是由于打印材料来自病人自身的组织与细胞，不会产生传统移植带来的免疫排斥反应。

全世界目前需要器官移植的人数远远超过捐献的人数，许多人因为等不到需要的器官而失去了活着的机会，利用3D打印技术，可以实现人造器官的批量生产，满足病人器官移植需求。