3d打印技术助力临床医学发展

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1、3D打印技术助力临床医学发展　　摘要：3D打印技术在各领域应用越来越广泛，主要应用于机械制造、航空航天、建筑、工业造型和医学等领域。该文介绍了3D打印技术在医学领域的应用，结合3D打印技术的基本原理，重点阐述了3D打印技术在手术策划、定制模板、制作个性化假体和组织工程等医学上的应用，并介绍了3D打印技术在现代医学应用上的发展。最后根据3D打印技术的特点，提出应用展望，并分析未来的发展趋势。关键词：3D打印技术；快速成型；手术策划；组织工程中图分类号：TP37文献标识码：A文章编号：1009-3044（2013）32-7323-043D打印技术

2、（又称快速成型技术），其原理是采用分层加工、叠加成形的方式逐层增加材料来生成3D实体。3D打印技术可以制作任意复杂几何形状的实体，不受传统加工方法的限制，在很大程度上提升了生产效率，可以实现单件、个性化产品的快速制作。随着3D打印技术的发展，该技术被越来越多应用于医学领域，目前商品化的技术有十几种，应用于医学领域的3D打印工艺主要有：三维印刷技术（3DP—Three-dimensionalPrinting）、选择性激光烧结技术（SLS—SelectiveLaserSintering）、选区激光熔化技术（SLM—SelectiveLaser12

3、Melting）和熔融沉积造型技术（FDM—FusedDepositionModeling）等。3DP常采用非金属粉末材料，通过逐层粘结制备零件，常用于非承重要求的零件制作。SLS的特点是可采用多种材料，如塑料、陶瓷、金属等，可用于制作定位导板模型，制件强度高，材料利用率高。SLM工艺常采用钛合金等材料，用于制备颅骨、颧骨部位缺损的、具有一定承载能力的定制化假体等。FDM工艺的材料一般是热塑性材料，如蜡、ABS树脂，常应用于制备手术策划的骨骼模板或者生物骨。在CT图像合成三维立体图像的软件出现之前，医生通过一系列的断层扫描图像来分析病情。随着

4、三维医学影像技术的发展，已能够根据患者的CT数据来构造三维虚拟模型来观察患处的情况，但是毕竟不如实物直观。利用患者的CT扫描数据重建患处三维CAD模型，并通过3D打印技术制作出实物模型，则可以在临床辅助诊断、复杂手术方案的确定、制作个性化假体等方面使诊断和手术修复更加直观化、实物化、具体化，因此，3D打印技术在医学领域得到了广泛的应用。1术前策划的应用12传统的手术治疗修复是通过X线片、CT影像学检查得到的数据，凭借医生的经验确定手术方案。而通过3D打印技术可以快速获得手术部位的数字化实体模型，供外科医生在术前确定手术方案、模拟手术过程、熟练

5、手术操作、预计手术结果，这种方式对经验尚不丰富的医生来说更有帮助。图1术前策划流程图，对于修复部位与原型相匹配模型设计是这项技术的难点。可以根据特定患者的CT数据来逆向建模，这样极大地减少了模型出错的可能性，有利于建立准确的患处模型。除了进行术前模拟策划，还可以通过3D打印技术模型向患者及家属详细讲解病变的复杂性及手术操作的危险性，取得患者及家属的理解与配合。王征等将3D打印技术应用脊柱病变，发现仅凭二维图像是无法获得数字化脊柱模型的一些隐藏信息，因此3D打印对在上可以了解大量隐藏的信息，制定手术计划有极大的帮助[1，2]。HermannSe

6、ite等人通过SL技术和真空铸造技术建立颅颌面模型。SL技术制备的软组织模型可以提高手术的规划效果，帮助外科医生在手术规划期间控制细节的操作，帮助外科医生预测和控制手术的结果[3]。Jun-Young等人对一个左侧颌骨缺损的男孩进行下颌骨CT分析，进行数据建模，通过3D打印技术将原下颌骨模型制备出来，实验人员通过测量、模型优化设计出了修补方案[4]。VaibhavBagaria等人对进行髋骨术前计划，先分割CT扫描数据进行三维重建，然后通过4.5毫米厚的钢板在模板上手术模拟，发现误差再对模板进行设计[5]。2手术辅助器械的应用12通常在患者的

7、二维影像中无法获取缺损部位空间隐藏的信息，为保证使病变部位的解剖形态具体化，并根据具体的情况制作专门的辅助器械，应用3D打印技术建立需手术部分的模型，并制作与之相匹配的导板等辅助器械，可有效的保证手术的质量。图5所示为手术辅助器械设计流程图，其中根据患处逆向CAD模型进行导板等辅助器械的设计是整个过程的关键。Arvier应用3D打印技术复制出颅骨标本，与实际标本进行测量比较，绝对误差在0.1mm-4.66mm之间，平均误差0.85mm[6]。Bianchi对一个离体下颌骨CT断层扫描三维重建，根据重建数据用SL法制作了该下颌骨的复制品，其精度

8、令人满意，总体误差在0-4.03%，且解剖细节清楚[7]。ChristianHerlin通过3D打印技术治疗颧骨创伤畸形，使用计算机辅助外科手术模拟，在颧骨截骨上做