3D打印作為一項(xiàng)醫(yī)療輔助技術(shù)，日益成為未來臨床醫(yī)學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，受到醫(yī)學(xué)界的廣泛關(guān)注。伴隨計(jì)算機(jī)軟硬件、醫(yī)學(xué)影像及其后處理技術(shù)的飛速發(fā)展，借助于3D打印技術(shù)終可快速實(shí)現(xiàn)各種個體化醫(yī)學(xué)模型、手術(shù)導(dǎo)板、康復(fù)輔具、以及骨科/口腔植入物產(chǎn)品的制造，有助于實(shí)現(xiàn)臨床手術(shù)的個體化、化治療，服務(wù)于臨床多個科室。此外，3D打印技術(shù)在醫(yī)患溝通、醫(yī)學(xué)教育等諸多方面也有望發(fā)揮*的重要作用。目前，*各國都將醫(yī)學(xué)3D打印技術(shù)作為推動醫(yī)學(xué)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要動力，而進(jìn)行積極投入，并獲得重要成果。

3D打印技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用可大致分為以下幾個方面：

1.3D打印個性化診斷或手術(shù)規(guī)劃模型，它們通常不與人體接觸，臨床應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)小；

2.3D打印個性化手術(shù)導(dǎo)板或外用康復(fù)器具等，它們與人體短期接觸，材料不能引起皮膚過敏、急性毒性等，臨床使用風(fēng)險(xiǎn)較小；

3.3D打印植入器械如骨科關(guān)節(jié)假體、鈦板、骨填充材料等，它們屬于長期植入人體的醫(yī)療器械產(chǎn)品，臨床使用風(fēng)險(xiǎn)較高；

4.3D打印組織工程產(chǎn)品或組織器官。可利用3D打印技術(shù)打印多孔可降解支架材料，再復(fù)合細(xì)胞和生長因子等形成具有生物活性的組織工程產(chǎn)品，也可以直接層層打印細(xì)胞或細(xì)胞材料復(fù)合物形成組織器官，如3D打印血管、肝臟、腎臟等。

一、3D打印個性化診斷或手術(shù)規(guī)劃模型

醫(yī)生手術(shù)前通過CT、核磁共振（MRI）等設(shè)備獲取患者的影像數(shù)據(jù)，然后據(jù)此進(jìn)行病患診斷和手術(shù)規(guī)劃，但是這些醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)都是二維的，不夠直觀。如果利用軟件將二維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成三維數(shù)據(jù)，再通過3D打印機(jī)打印出三維模型，相比二維醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)，三維模型更加逼真和直觀，醫(yī)生和病人可以直接觸摸操作，既可輔助醫(yī)生進(jìn)行的三維測量、手術(shù)規(guī)劃和模擬手術(shù)操作以提升手術(shù)的成功率，也方便醫(yī)生與患者就手術(shù)方案進(jìn)行直觀的溝通，特別是對于難度大、風(fēng)險(xiǎn)高的手術(shù)，3D打印術(shù)前診斷和手術(shù)規(guī)劃模型尤為重要。

（補(bǔ)充案例）
       2013年4月9日，日本一家醫(yī)院的醫(yī)生先使用刀具切割了一個由3D打印機(jī)打印的患者肝臟的三維復(fù)制品。這個模型幫助醫(yī)生計(jì)算出如何切割肝臟，并成功的進(jìn)行了肝臟移植手術(shù).先天性心臟缺陷是出生缺陷中常見的類型，每年有近1％的新生嬰兒有此類問題。對嬰幼兒進(jìn)行心臟手術(shù)要求醫(yī)生在一個還沒有*長成的小而精致的器官的內(nèi)部操作，難度非常高。在美國肯塔基Louisville的Kosair兒童醫(yī)院，心臟外科醫(yī)生Erle Austin在對一個患有心臟病的幼兒進(jìn)行復(fù)雜的手術(shù)之前，用3D打印的模型規(guī)劃和實(shí)驗(yàn)，保障了手術(shù)的成功完成。

     3D打印醫(yī)學(xué)模型可采用熔融擠出沉積成型（FDM）、立體光固化（SLA）、選擇性激光燒結(jié)（SLS）、粉末噴墨粘結(jié)（3DP）等3D打印技術(shù)。FDM 3D打印設(shè)備和材料費(fèi)用較低，可選用的材料包括ABS、PLA等高分子材料，有多種顏色可選，但缺點(diǎn)是打印精度不高，打印速度較慢，去除支撐等后處理工作復(fù)雜，表面比較粗糙。SLA 3D打印設(shè)備價(jià)格適中，打印速度和精度較高，但是采用的光敏樹脂材料價(jià)格較貴，對環(huán)境有一定污染。SLS 3D打印設(shè)備價(jià)格較貴，打印速度和精度較高，不需要支撐結(jié)構(gòu)，后處理較簡單，打印的尼龍材料韌性較好，但是顏色單一。3DP技術(shù)設(shè)備價(jià)格適中，打印速度快，可打印多彩色模型，缺點(diǎn)是采用的石膏粉末材料太脆，打印強(qiáng)度偏差，需要后處理加強(qiáng)等。

二、3D打印個性化手術(shù)導(dǎo)板或外用康復(fù)器具

手術(shù)導(dǎo)板是將手術(shù)規(guī)劃方案準(zhǔn)確的在手術(shù)中實(shí)施的輔助手術(shù)工具。例如在外科手術(shù)中，醫(yī)生通過預(yù)先設(shè)計(jì)出的手術(shù)導(dǎo)板可以控制植入器械的放置位置和角度，實(shí)現(xiàn)植入器械的安裝，也可以準(zhǔn)確定位需要截骨的位置和方向，以實(shí)現(xiàn)病灶部位的切除。傳統(tǒng)手術(shù)需要憑借醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，而借助3D打印手術(shù)導(dǎo)板，可降低手術(shù)難度，提高手術(shù)度，使得年輕醫(yī)生也可以進(jìn)行一些復(fù)雜的外科手術(shù)。3D打印手術(shù)導(dǎo)板根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同可分為關(guān)節(jié)假體安置導(dǎo)板、脊柱定位導(dǎo)板、口腔種植體導(dǎo)板、截骨導(dǎo)板等，設(shè)計(jì)過程需要借助軟件在手術(shù)部位三維模型中做出標(biāo)記線，通過逆向工程得到可貼附于需要手術(shù)的人體組織表面的導(dǎo)板3D模型，終通過3D的打印設(shè)備將導(dǎo)板打印出來。

     以3D打印錐體內(nèi)固定置釘導(dǎo)板為例，首先對目標(biāo)椎體進(jìn)行三維CT薄層掃描，掃描層厚在1mm左右，以Dicom格式保存。將Dicom格式文件導(dǎo)入3D圖像生成及編輯處理軟件，生成目標(biāo)椎體的三維模型，以STL格式導(dǎo)出。導(dǎo)入逆向工程軟件等，設(shè)計(jì)置釘通道，提取椎板、棘突及關(guān)節(jié)突后面的表面解剖形態(tài)，建立與其解剖形態(tài)相一致的反向模板。將置釘通道與模板擬合成一體，即形成帶有導(dǎo)向孔的導(dǎo)航模板，以STL格式保存。后導(dǎo)入3D打印機(jī)，打印出椎體模型及置釘導(dǎo)板。
 

FDM 技術(shù)、SLA技術(shù)和SLS技術(shù)都可以用于手術(shù)導(dǎo)板的制作，各有優(yōu)缺點(diǎn)，通常來說FDM技術(shù)適合于精度要求不高的領(lǐng)域，且因?yàn)閺?qiáng)度差，不適合制作厚度較薄的導(dǎo)板，易在手術(shù)過程中發(fā)生導(dǎo)板斷裂和變形；SLA技術(shù)打印精度高，具有一定的強(qiáng)度，適合打印體積較小、高精度和需要一定強(qiáng)度的手術(shù)導(dǎo)板，如口腔種植導(dǎo)板等；也可以采用選擇性激光熔融技術(shù)（SLM）制備金屬導(dǎo)板，優(yōu)點(diǎn)是打印導(dǎo)板的精度高、強(qiáng)度*，尤其適合加工直接引導(dǎo)鉆頭、擺鋸甚至骨刀的手術(shù)導(dǎo)板，但是打印設(shè)備和耗材成本較高。實(shí)際使用時(shí)，需要根據(jù)使用領(lǐng)域和性能要求綜合考慮需要采用的3D打印技術(shù)和材料。

三、3D打印個性化康復(fù)器具

假肢、助聽器、矯正器具等康復(fù)醫(yī)療器械同樣具有小批量、定制化的需求，并且它們的設(shè)計(jì)具備復(fù)雜性，傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床受到加工角度等因素的限制往往難以實(shí)現(xiàn)。利用3D打印技術(shù)有望降低單個定制化康復(fù)輔具的制作成本，以假肢舉例，利用3D打印技術(shù)制作童假肢，成本僅有幾百美元，而常規(guī)的假肢價(jià)格高達(dá)數(shù)萬美元。在兒童的成長中需要多次更換假肢，如果購買傳統(tǒng)的假肢將會給家庭帶來沉重負(fù)擔(dān)。

四、3D打印骨科植入或口腔器械

利用3D打印技術(shù)可直接制備鈦合金、鈷鉻鉬合金的植入器械，如3D打印的鈦合金骨盆假體、脊柱融合器、3D打印鈷鉻鉬合金牙冠等均已經(jīng)實(shí)現(xiàn)臨床應(yīng)用。利用3D打印技術(shù)除了可制備復(fù)雜外形的植入器械外，還可以制備*連通的多孔結(jié)構(gòu)，用在骨科植入器械領(lǐng)域，可促進(jìn)周圍骨組織長入孔隙內(nèi)部，提高植入器械與周圍組織的結(jié)合力。

五、3D打印組織工程產(chǎn)品或器官

Boland等于2003 年提出“細(xì)胞打印”技術(shù)的概念,該技術(shù)突破了傳統(tǒng)組織工程技術(shù)空間分辨率低的局限性 ,可控制細(xì)胞的分布。在“細(xì)胞打印”過程中 ,細(xì)胞(或細(xì)胞聚集體)與溶膠(水凝膠的前驅(qū)體)同時(shí)置于打印機(jī)的噴頭中,由計(jì)算機(jī)控制含細(xì)胞液滴的沉積位置 ,在的位置逐點(diǎn)打印 ,在打印完一層的基礎(chǔ)上繼續(xù)打印另一層 ,層層疊加形成三維多細(xì)胞/凝膠體系.