3D打印作為一項醫(yī)療輔助技術，日益成為未來臨床醫(yī)學發(fā)展的關鍵技術之一，受到醫(yī)學界的廣泛關注。伴隨計算機軟硬件、醫(yī)學影像及其后處理技術的飛速發(fā)展，借助于3D打印技術終可快速實現(xiàn)各種個體化醫(yī)學模型、手術導板、康復輔具、以及骨科/口腔植入物產(chǎn)品的制造，有助于實現(xiàn)臨床手術的個體化、化治療，服務于臨床多個科室。此外，3D打印技術在醫(yī)患溝通、醫(yī)學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3D打印技術作為推動醫(yī)學和經(jīng)濟發(fā)展的重要動力，而進行積極投入，并獲得重要成果。

3D打印技術在生物醫(yī)學領域的應用可大致分為以下幾個方面：

1.3D打印個性化診斷或手術規(guī)劃模型，它們通常不與人體接觸，臨床應用風險??；

2.3D打印個性化手術導板或外用康復器具等，它們與人體短期接觸，材料不能引起皮膚過敏、急性毒性等，臨床使用風險較?。?/p>

3.3D打印植入器械如骨科關節(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，臨床使用風險較高；

4.3D打印組織工程產(chǎn)品或組織器官。可利用3D打印技術打印多孔可降解支架材料，再復合細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胞或細胞材料復合物形成組織器官，如3D打印血管、肝臟、腎臟等。

一、3D打印個性化診斷或手術規(guī)劃模型

醫(yī)生手術前通過CT、核磁共振（MRI）等設備獲取患者的影像數(shù)據(jù)，然后據(jù)此進行病患診斷和手術規(guī)劃，但是這些醫(yī)學影像數(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)轉成三維數(shù)據(jù)，再通過3D打印機打印出三維模型，相比二維醫(yī)學影像數(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)生進行的三維測量、手術規(guī)劃和模擬手術操作以提升手術的成功率，也方便醫(yī)生與患者就手術方案進行直觀的溝通，特別是對于難度大、風險高的手術，3D打印術前診斷和手術規(guī)劃模型尤為重要。

（補充案例）
       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打印機打印的患者肝臟的三維復制品。這個模型幫助醫(yī)生計算出如何切割肝臟，并成功的進行了肝臟移植手術.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。對嬰幼兒進行心臟手術要求醫(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行復雜的手術之前，用3D打印的模型規(guī)劃和實驗，保障了手術的成功完成。

     3D打印醫(yī)學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（SLS）、粉末噴墨粘結（3DP）等3D打印技術。FDM 3D打印設備和材料費用較低，可選用的材料包括ABS、PLA等高分子材料，有多種顏色可選，但缺點是打印精度不高，打印速度較慢，去除支撐等后處理工作復雜，表面比較粗糙。SLA 3D打印設備價格適中，打印速度和精度較高，但是采用的光敏樹脂材料價格較貴，對環(huán)境有一定污染。SLS 3D打印設備價格較貴，打印速度和精度較高，不需要支撐結構，后處理較簡單，打印的尼龍材料韌性較好，但是顏色單一。3DP技術設備價格適中，打印速度快，可打印多彩色模型，缺點是采用的石膏粉末材料太脆，打印強度偏差，需要后處理加強等。

二、3D打印個性化手術導板或外用康復器具

手術導板是將手術規(guī)劃方案準確的在手術中實施的輔助手術工具。例如在外科手術中，醫(yī)生通過預先設計出的手術導板可以控制植入器械的放置位置和角度，實現(xiàn)植入器械的安裝，也可以準確定位需要截骨的位置和方向，以實現(xiàn)病灶部位的切除。傳統(tǒng)手術需要憑借醫(yī)生的經(jīng)驗進行，而借助3D打印手術導板，可降低手術難度，提高手術度，使得年輕醫(yī)生也可以進行一些復雜的外科手術。3D打印手術導板根據(jù)應用領域的不同可分為關節(jié)假體安置導板、脊柱定位導板、口腔種植體導板、截骨導板等，設計過程需要借助軟件在手術部位三維模型中做出標記線，通過逆向工程得到可貼附于需要手術的人體組織表面的導板3D模型，終通過3D的打印設備將導板打印出來。

     以3D打印錐體內(nèi)固定置釘導板為例，首先對目標椎體進行三維CT薄層掃描，掃描層厚在1mm左右，以Dicom格式保存。將Dicom格式文件導入3D圖像生成及編輯處理軟件，生成目標椎體的三維模型，以STL格式導出。導入逆向工程軟件等，設計置釘通道，提取椎板、棘突及關節(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，即形成帶有導向孔的導航模板，以STL格式保存。后導入3D打印機，打印出椎體模型及置釘導板。
 

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

三、3D打印個性化康復器具

假肢、助聽器、矯正器具等康復醫(yī)療器械同樣具有小批量、定制化的需求，并且它們的設計具備復雜性，傳統(tǒng)數(shù)控機床受到加工角度等因素的限制往往難以實現(xiàn)。利用3D打印技術有望降低單個定制化康復輔具的制作成本，以假肢舉例，利用3D打印技術制作童假肢，成本僅有幾百美元，而常規(guī)的假肢價格高達數(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擔。

四、3D打印骨科植入或口腔器械

利用3D打印技術可直接制備鈦合金、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)實現(xiàn)臨床應用。利用3D打印技術除了可制備復雜外形的植入器械外，還可以制備*連通的多孔結構，用在骨科植入器械領域，可促進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合力。

五、3D打印組織工程產(chǎn)品或器官

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