3D打印改變醫學——新技術 新福祉

上海交通大學教育部數字醫學臨床轉化中心

上海市關節外科臨床醫學中心

中國工程院戴尅戎院士帶領上海交通大學附屬第九人民醫院骨科科研團隊30余年，研究領域從最早的快速成型技術發展到如今3D打印個性化植入式骨盆假體、肩關節數字導板個性化矯形器具等，積累了大量的3D打印個性化植入物成功案例及豐富的數字醫學臨床轉化經驗。

3D打印骨盆植入物

什么是3D打印?

3D打印又叫累積制造技術，是一種利用計算機的數字模型為基礎，使用粉末狀金屬或塑料或者其他可粘合材料，通過逐層堆疊累積的方式來構造物體的技術。傳統的打印是將油墨打印在紙上，只有二維。3D打印就是一層層地將粘合材料累積上去，打印機根據計算機做好的模型，將材料堆積成立體的產品。與傳統的機械制造主要通過削除材料完成產品的方式不同，3D打印可以簡單地做成以前很多不太可能或者復雜無比的產品。

（圖片來自上海交通大學教育部數字醫學臨床轉化中心）

上海市第九人民醫院骨科王金武教授與上海交通大學教育部數字醫學臨床轉化中心工程師合作，利用影像數據重建出3D腫瘤、肱骨、皮膚等數字化影像，經3D打印出肩部腫瘤穿刺活檢數字導板并將其運用于臨床，可以提高了腫瘤的活檢準確性，減少了對腫瘤周圍組織的污染，降低了腫瘤復發比率，也避免了X線輻射對病人與醫師的危害，取得了良好的臨床治療效果。

3D打印技術早在1980年代就已經出現，但是直到2010年代3D打印機才開始廣泛的運用。據統計，2012年3D打印市場達到了22億美元，2011年上升了29%。如今，3D打印技術在建筑、制造、工業設計、汽車制造、航天事業等都有所涉及。

因為3D打印具有小巧、方便、成本低、可選擇不同材料的特點，我們可利用計算機輔助設計出復雜的結構，用3D打印機制作成復雜的醫療假體及術前規劃模型等，從而使3D打印在醫學應用上已經獲得迅猛發展。例如臨床打印假牙，或者完美吻合的牙套。2012年，日本的Fasotec公司開始提供腹中的胎兒的3D打印模型，可以讓父母提前看到真實的孩子形象。華盛頓地區醫院使用3D打印機打印出患者的心臟模型，提供給心臟外科醫生術前實踐練習。

上海交通大學Med-X研究院數字醫學臨床轉化教育部工程研究中心也在3D打印領域取得了一定的進展。中心在工程、圖像、計算機軟件方面具有豐富的資源及科研經驗，結合3D打印技術，研發個性化、植入式骨盆假體、數字導板、關節個體化植入物、定制矯形器具等等。

（圖片來自上海交通大學教育部數字醫學臨床轉化中心）

同時，上海交通大學附屬第九人民醫院也與相關企業單位合作，利用最先進的鈦合金3D打印機，將3D打印出的個性化鈦合金假體用于關節外科疑難患者中，其中較多運用于骨盆腫瘤、骨缺損、關節翻修手術、骨畸形矯正等病例。

（圖片來自上海交通大學教育部數字醫學臨床轉化中心）

如何才能完成一個3D打印的個性化內置物呢？上海交通大學數字化醫學臨床轉化中心王成燾教授提出：個體化植入物計算機輔助臨床工程系統工作流程一般先與臨床醫生進行手術方案與假體概念進行設計討論，醫生拍攝傳送患者的CT或/和MRI數據，工程師圖像處理與幾何建模，用三維打印設備制作骨模型，在數據庫的支撐下開展個性化假體的三維數字設計，然后進行有限元設計分析，對廠商提供的商品化假體進行反求，廠商根據CAD結果進行數控加工、后處理 ，最后交付臨床使用。這樣一整套流程下來才能夠完成一個相對成功的個性化骨科內置物。

（圖片來自上海交通大學教育部數字醫學臨床轉化中心）

國際3D打印事業在醫學領域也在蓬勃的發展，2013年，瑞典的科研人員成功地利用3D打印技術打印出人工皮膚瓣，并且成功地生長出血管。對于燒傷病人來說，這無疑是巨大的福音。2013年，愛丁堡的Heriot-Watt大學的研究人員發明了干細胞打印機。未來暢想再在干細胞構架上加入可以促使干細胞分化為各種需要的細胞的細胞因子，就可以隨心所欲地合成各種需要的人體器官了。2013年12月，劍橋大學歷史上第一次成功地使用大鼠的視網膜的神經節細胞和神經膠質細胞3D打印出三維結構的人工視網膜。這個突破性的進步為治愈失明帶來了希望。

在醫學界提倡醫工交叉、醫理交叉的今天，越來越多的醫務工作者投入到了醫學3D打印的事業之中，3D打印可以簡單地將以前很多不太可能或者復雜無比的產品制作出來，著實為外科學的發展注入了一劑強心針。上海交通大學Med-X研究院數字醫學臨床轉化教育部工程研究中心也將不斷努力，整合工程、圖像、計算機軟件方面的資源，致力于推動中國3D打印在醫療領域的應用和轉化。

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