3D打印在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域 的應(yīng)用

3D打印肝臟模型

日本筑波大學(xué)和大日本印刷公司組成的科研團(tuán)隊(duì)2015年7月8日宣布，已研發(fā)出用3D打印機(jī)低價(jià)制作可以看清血管等內(nèi)部結(jié)構(gòu)的肝臟立體模型的方法。據(jù)稱，該方法如果投入應(yīng)用就可以為每位患者制作模型，有助于術(shù)前確認(rèn)手術(shù)順序以及向患者說明治療方法。

這種模型是根據(jù)CT等醫(yī)療檢查獲得患者數(shù)據(jù)用3D打印機(jī)制作的。模型按照表面外側(cè)線條呈現(xiàn)肝臟整體形狀，詳細(xì)地再現(xiàn)其內(nèi)部的血管和腫瘤。

由于肝臟模型內(nèi)部基本是空洞，重要血管等的位置一目了然。據(jù)稱，制作模型需要少量?jī)r(jià)格不菲的樹脂材料，使原本約30萬至40萬日元(約合人民幣1.5萬至2萬元)的制作費(fèi)降到原先的三分之一以下。

利用3D打印技術(shù)制作的內(nèi)臟器官模型主要用于研究，由于價(jià)格高昂，在臨床上沒有得到普及?？蒲袌F(tuán)隊(duì)表示，他們一方面爭(zhēng)取到2016年度實(shí)現(xiàn)肝臟模型的實(shí)際應(yīng)用，另一方面將推進(jìn)對(duì)胰臟等器官模型制作技術(shù)的研發(fā)。

3D打印頭蓋骨

2014年8月28日，46歲的周至農(nóng)民胡師傅在自家蓋房子時(shí)，從3層樓墜落后砸到一堆木頭上，左腦蓋被撞碎，在當(dāng)?shù)蒯t(yī)院手術(shù)后，胡師傅雖然性命無損，但左腦蓋凹陷，在別人眼里成了個(gè)“半頭人”。

除了面容異于常人，事故還傷了胡師傅的視力和語言功能。醫(yī)生為幫其恢復(fù)形象，采用3D打印技術(shù)輔助設(shè)計(jì)缺損顱骨外形，設(shè)計(jì)了鈦金屬網(wǎng)重建缺損顱眶骨，制作出缺損的左“腦蓋”，最終實(shí)現(xiàn)左右對(duì)稱。

醫(yī)生稱手術(shù)約需5至10小時(shí)，除了用鈦網(wǎng)支撐起左邊腦蓋外，還需要從腿部取肌肉進(jìn)行填補(bǔ)。手術(shù)后，胡師傅的容貌將恢復(fù)，至于語言功能還得術(shù)后看恢復(fù)情況。

3D打印脊椎植入人體

2014年8月，北京大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)成功地為一名12歲男孩植入了3D打印脊椎，這屬全球首例。據(jù)了解，這位小男孩的脊椎在一次足球受傷之后長出了一顆惡性腫瘤，醫(yī)生不得不選擇移除掉腫瘤所在的脊椎。不過，這次的手術(shù)比較特殊的是，醫(yī)生并未采用傳統(tǒng)的脊椎移植手術(shù)，而是嘗試先進(jìn)的3D打印技術(shù)。

研究人員表示，這種植入物可以跟現(xiàn)有骨骼非常好地結(jié)合起來，而且還能縮短病人的康復(fù)時(shí)間。由于植入的3D脊椎可以很好地跟周圍的骨骼結(jié)合在一起，所以它并不需要太多的“錨定”。此外，研究人員還在上面設(shè)立了微孔洞，它能幫助骨骼在合金之間生長，換言之，植入進(jìn)去的3D打印脊椎將跟原脊柱牢牢地生長在一起，這也意味著未來不會(huì)發(fā)生松動(dòng)的情況。

3D打印手掌治療殘疾

2014年10月，醫(yī)生和科學(xué)家們使用3D打印技術(shù)為英國蘇格蘭一名5歲女童裝上手掌。

這名女童名為海莉·弗雷澤，出生時(shí)左臂就有殘疾，沒有手掌，只有手腕。在醫(yī)生和科學(xué)家的合作下，為她設(shè)計(jì)了專用假肢并成功安裝。

3D打印心臟救活2周大先心病嬰兒

2014年10月13日，紐約長老會(huì)醫(yī)院的埃米爾·巴查博士(Dr.Emile Bacha)醫(yī)生就講述了他使用3D打印的心臟救活一名2周大嬰兒的故事。這名嬰兒患有先天性心臟缺陷，它會(huì)在心臟內(nèi)部制造“大量的洞”。在過去，這種類型的手術(shù)需要停掉心臟，將其打開并進(jìn)行觀察，然后在很短的時(shí)間內(nèi)來決定接下來應(yīng)該做什么。

但有了3D打印技術(shù)之后，巴查醫(yī)生就可以在手術(shù)之前制作出心臟的模型，從而使他的團(tuán)隊(duì)可以對(duì)其進(jìn)行檢查，然后決定在手術(shù)當(dāng)中到底應(yīng)該做什么。這名嬰兒原本需要進(jìn)行3-4次手術(shù)，而現(xiàn)在一次就夠了，這名原本被認(rèn)為壽命有限的嬰兒可以過上正常的生活。

巴查醫(yī)生說，他使用了嬰兒的MRI數(shù)據(jù)和3D打印技術(shù)制作了這個(gè)心臟模型。整個(gè)制作過程共花費(fèi)了數(shù)千美元，不過他預(yù)計(jì)制作價(jià)格會(huì)在未來降低。

3D打印技術(shù)能夠讓醫(yī)生提前練習(xí)，從而減少病人在手術(shù)臺(tái)上的時(shí)間。3D模型有助于減少手術(shù)步驟，使手術(shù)變得更為安全。

2015年1月，在邁阿密兒童醫(yī)院，有一位患有“完全型肺靜脈畸形引流(TAPVC)”的4歲女孩Adanelie Gonzalez，由于疾病她的呼吸困難免疫系統(tǒng)薄弱，如果不實(shí)施矯正手術(shù)僅能存活數(shù)周甚至數(shù)日。

心血管外科醫(yī)生借助3D心臟模型的幫助，通過對(duì)小女孩心臟的完全復(fù)制3D模型，成功地制定出了一個(gè)復(fù)雜的矯正手術(shù)方案。最終根據(jù)方案，成功地為小女孩實(shí)施了永久手術(shù)，現(xiàn)在小女孩的血液恢復(fù)正常流動(dòng)，身體在治療中逐漸恢復(fù)正常。

3D打印制藥

2015年8月5日，首款由Aprecia制藥公司采用3D打印技術(shù)制備的SPRITAM（左乙拉西坦，levetiracetam）速溶片得到美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）上市批準(zhǔn)，并將于2016年正式售賣。這意味著3D打印技術(shù)繼打印人體器官后進(jìn)一步向制藥領(lǐng)域邁進(jìn)，對(duì)未來實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)性制藥、針對(duì)性制藥有重大的意義。該款獲批上市的“左乙拉西坦速溶片”采用了Aprecia公司自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的ZipDose3D打印技術(shù)。

通過3D打印制藥生產(chǎn)出來的藥片內(nèi)部具有豐富的孔洞，具有極高的內(nèi)表面積，故能在短時(shí)間內(nèi)迅速被少量的水融化。這樣的特性給某些具有吞咽性障礙的患者帶來了福音。

這種設(shè)想主要針對(duì)病人對(duì)藥品數(shù)量的需求問題，可以有效地減少由于藥品庫存而引發(fā)的一系列藥品發(fā)潮變質(zhì)、過期等問題。事實(shí)上，3D打印制藥最重要的突破是它能進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)為病人量身定做藥品的夢(mèng)想。

3D打印胸腔

最近科學(xué)家們?yōu)閭鹘y(tǒng)的3D打印身體部件增添了一種鈦制的胸骨和胸腔—3D打印胸腔。

這些3D打印部件的幸運(yùn)接受者是一位54歲的西班牙人，他患有一種胸壁肉瘤，這種腫瘤形成于骨骼、軟組織和軟骨當(dāng)中。醫(yī)生不得不切除病人的胸骨和部分肋骨，以此阻止癌細(xì)胞擴(kuò)散。

這些切除的部位需要找到替代品，在正常情況下所使用的金屬盤會(huì)隨著時(shí)間變得不牢固，并容易引發(fā)并發(fā)癥。澳大利亞的CSIRO公司創(chuàng)造了一種鈦制的胸骨和肋骨，與患者的幾何學(xué)結(jié)構(gòu)完全吻合。

CSIRO公司根據(jù)病人的CT掃描設(shè)計(jì)并制造所需的身體部件。工作人員會(huì)借助CAD軟件設(shè)計(jì)身體部分，輸入到3D打印機(jī)中。手術(shù)完成兩周后，病人就被允許離開醫(yī)院了，而且一切狀況良好。