導(dǎo)讀：在過(guò)去的幾年間，世界各地關(guān)于3D打印醫(yī)療設(shè)備的新聞事例層出不窮，從3D打印的助聽(tīng)器到手術(shù)工具，如鑷子和術(shù)中牽引器等，3D打印在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用潛力正在被不斷證實(shí)。毫無(wú)疑問(wèn)，3D打印正在逐漸按改變醫(yī)學(xué)界的游戲規(guī)則。

隨著新的醫(yī)療工具和小工具如雨后春筍般涌現(xiàn)，3D打印正變得越來(lái)越容易獲得，價(jià)格也越來(lái)越低。也許未來(lái)，由于技術(shù)的不斷發(fā)展，從身體器官到植入物都可以進(jìn)行3D打印。

然而，除了目前的創(chuàng)新之外，3D打印在醫(yī)療領(lǐng)域還有什么值得期待的？南極熊今天就與你一道來(lái)探討這個(gè)問(wèn)題。

△工作中的3D打印技術(shù)

3D打印醫(yī)療設(shè)備的過(guò)去和現(xiàn)在

增材制造，也被稱為3D打印，起源于20世紀(jì)80年代。第一個(gè)記錄在案的用于替換缺失或無(wú)法使用的人體部件的3D迭代可以歸功于日本，當(dāng)時(shí)Hideo Kodama嘗試了一個(gè)快速成型系統(tǒng)。雖然他沒(méi)能為這項(xiàng)創(chuàng)新申請(qǐng)專利，但他通常被認(rèn)為是增材制造系統(tǒng)的第一個(gè)發(fā)明者。

多年以后，三位法國(guó)開(kāi)發(fā)者試圖升級(jí)快速成型系統(tǒng)。與Hideo一樣，他們也沒(méi)能為這一舉措申請(qǐng)專利。同年，查爾斯-赫爾成為第一個(gè)擁有建立創(chuàng)建3D模型系統(tǒng)專利的開(kāi)發(fā)者。

△查爾斯·赫爾（Charles Hull）

自從被創(chuàng)造以來(lái)，一些公司和初創(chuàng)公司已經(jīng)嘗試使用增材制造技術(shù)。2016年，第一臺(tái)SLS（選擇性激光燒結(jié)）打印機(jī)發(fā)布，取得了商業(yè)成功，CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）工具也隨之開(kāi)始普遍使用。

當(dāng)?shù)谝粋€(gè)假肢在2016年被打印出來(lái)時(shí)，虛構(gòu)變成了現(xiàn)實(shí)，醫(yī)學(xué)界終于為不斷上升的器官和植入物的需求找到了一個(gè)突破口。

今天，3D打印機(jī)隨處可見(jiàn)，價(jià)格也處于歷史低位。這種無(wú)處不在的情況使大家有可能開(kāi)發(fā)出不同的3D打印材料。根據(jù)一項(xiàng)研究，80%的高科技制造商依靠3D打印進(jìn)行產(chǎn)品原型制作。

3D打印的特點(diǎn)和好處

科學(xué)家和作家們多年來(lái)一直在探索和發(fā)掘3D打印的優(yōu)勢(shì)和功能。在1980年發(fā)行的《星球大戰(zhàn)》系列第四集《帝國(guó)反擊戰(zhàn)》的最后一幕中，天行者盧克從一個(gè)機(jī)器人那里得到了一只假手。雖然那是虛構(gòu)的，但醫(yī)學(xué)界確實(shí)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了這種幻想——3D打印的假手。

△醫(yī)生和科學(xué)家們正在努力完善3D打印附屬物，如手、耳朵等，用于先進(jìn)的假體。

總的來(lái)說(shuō)，當(dāng)下3D打印的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)主要可以分為以下幾點(diǎn)：

1) 快速原型制作

3D打印加快了增材制造的原型設(shè)計(jì)過(guò)程。今天，器官和植入物的原型可以在短短幾小時(shí)內(nèi)打印出來(lái)?？焖傩允?D打印比機(jī)器原型制作更受青睞的原因。除了速度之外，它也具有非常可觀的成本效益。

2) 設(shè)計(jì)的靈活性

用于3D打印的材料已經(jīng)發(fā)生了變化。醫(yī)療工具和設(shè)備可以用鋼、酸、鈦、甚至巧克力都可以進(jìn)行3D打印。材料的變化使設(shè)計(jì)變得靈活。另外，與傳統(tǒng)打印相比，3D打印沒(méi)有任何限制。

3) 浪費(fèi)最小化

3D打印減少了資源的浪費(fèi)。生產(chǎn)打印件只需要生產(chǎn)部分所需的材料。與其依賴大塊的回收材料，3D打印只使用零件需要的材料。

4) 易于使用

3D打印對(duì)每個(gè)人來(lái)說(shuō)都是便捷易學(xué)的。新的3D打印機(jī)的發(fā)展為每個(gè)人提供了學(xué)習(xí)和利用創(chuàng)新的機(jī)會(huì)。由于政府的有利舉措，你可以得到一臺(tái)打印機(jī)，并開(kāi)始使用它，沒(méi)有任何限制。

5) 成本效益高

在過(guò)去，你需要有許可證才能使用3D打印機(jī)，而今天，你只需要有意愿就能得到一臺(tái)。打印機(jī)可以在任何地方買(mǎi)到，這確保了其成本效益。

3D打印在醫(yī)療領(lǐng)域的未來(lái)趨勢(shì)

3D打印的未來(lái)可以通過(guò)目前的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)想象。醫(yī)療保健方面的這些趨勢(shì)包括器官、植入物、假肢、手術(shù)器械和其他醫(yī)療設(shè)備，旨在實(shí)現(xiàn)手術(shù)室里未來(lái)的技術(shù)革新。以下是對(duì)3D打印如何改變醫(yī)學(xué)游戲的簡(jiǎn)要看法。

1) 器官和植入物

在美國(guó)，有數(shù)百人在等待器官和植入物。這些人正在尋找捐贈(zèng)者，以進(jìn)行拯救生命的器官替換。然而，這一趨勢(shì)即將因3D打印而改變。科學(xué)家們正在努力尋求創(chuàng)造更快、更有效的3D打印腎臟、肺部和其他器官。

2) 手術(shù)器械

獲得一套手術(shù)器械的平均價(jià)格約為3000美元（約2200英鎊），這相當(dāng)昂貴。有了3D打印技術(shù)，手術(shù)器械變得更加完善，成本效益更高?？茖W(xué)家們可以修改任何醫(yī)療用品，甚至可以打印出復(fù)雜的醫(yī)療用品。

3) 假肢和醫(yī)療設(shè)備

為什么要浪費(fèi)時(shí)間和資源來(lái)制作假肢和醫(yī)療設(shè)備？由于其快速的原型設(shè)計(jì)，3D打印可以修改任何可以適合人類的假肢設(shè)計(jì)。在未來(lái)，沒(méi)有人需要依賴捐贈(zèng)者來(lái)獲得適合他們的定制假肢和設(shè)備。

△目前，人們正在嘗試?yán)?D打印機(jī)制造醫(yī)療設(shè)備和手術(shù)設(shè)備，這些設(shè)備可以被設(shè)計(jì)成特別適合某些病人的解剖要求。

透過(guò)3D打印可實(shí)現(xiàn)的醫(yī)學(xué)進(jìn)步

從定制的身體部位到模擬癌癥腫瘤幫助研究，3D打印技術(shù)已經(jīng)成為重大醫(yī)學(xué)突破的核心，而這些應(yīng)用只是一個(gè)開(kāi)始而已。下面概括了透過(guò)3D打印可實(shí)現(xiàn)的5項(xiàng)醫(yī)學(xué)進(jìn)步：

1) 通過(guò)3D打印，手術(shù)在進(jìn)入手術(shù)室之前就可以提早開(kāi)始。通過(guò)打印需要進(jìn)行手術(shù)的精確器官模型，外科醫(yī)生可以模擬手術(shù)，讓他們掌握每個(gè)手術(shù)細(xì)節(jié)和累積經(jīng)驗(yàn)后，再進(jìn)行真正的手術(shù)，從而降低風(fēng)險(xiǎn)并提高成功率。

有時(shí)候，模擬甚至可以避免無(wú)效的實(shí)際手術(shù)。例如，當(dāng)發(fā)現(xiàn)腫瘤位置過(guò)于接近重要器官而無(wú)法切除時(shí)，根本就沒(méi)有手術(shù)的必要，反而應(yīng)該考慮其他療法。

2) 3D打印的另一個(gè)令人振奮的進(jìn)步是智能藥丸，這項(xiàng)技術(shù)有可能徹底改變藥物的使用。目前正在開(kāi)發(fā)的一種藥丸將包含幾個(gè)腔室，每個(gè)腔室含有不同的藥物。這種新發(fā)明與現(xiàn)有藥丸的分別在于3D打印技術(shù)能夠讓智能藥丸為每種藥物設(shè)定不同的藥力釋放速度和時(shí)間。

譬如，我們能夠調(diào)節(jié)針對(duì)小腸的藥物的釋放時(shí)間為三小時(shí)—— 這是藥丸前往該器官所需的時(shí)間。另外，藥力釋放速度也可按需要而設(shè)定。通過(guò)這種方式，我們可以快速釋放止痛藥力，但減慢激素釋放，以確保藥力能夠逐漸吸附。這些智能多腔室藥丸使患者能一次服用不同藥物，降低忘記吃藥的機(jī)會(huì)（確保正確用藥）。

3) 憑借先進(jìn)的3D打印技術(shù)，各身體部位和骨骼都可以透過(guò)“印刷”來(lái)定制，以滿足每位患者的獨(dú)特需要。無(wú)論是關(guān)節(jié)置換，還是重建受損的骨骼及身體部分，這項(xiàng)技術(shù)都能完美地解決每位患者的個(gè)人需求。

程序上，先用電腦斷層掃描(CT)掃描受影響區(qū)域，并繪制出骨骼結(jié)構(gòu)。然后，根據(jù)患者的準(zhǔn)確身體尺寸和特征，以3D打印機(jī)創(chuàng)建模具，再注入適當(dāng)?shù)奶畛洳牧咸鎿Q缺失的關(guān)節(jié)或骨骼結(jié)構(gòu)。

4) 要了解致命疾病如何擴(kuò)散，研究人員需要準(zhǔn)確復(fù)制人體。3D打印可以印制出真實(shí)人體器官的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。在受控環(huán)境下，研究人員為細(xì)菌和腫瘤提供氧氣和葡萄糖，讓它們?nèi)缭谌梭w般，在3D模型中成長(zhǎng)并擴(kuò)散到不同的“組織”。

這使科學(xué)家能夠在不危及人類生命的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境內(nèi)追蹤疾病傳播。器官模型改善了現(xiàn)代醫(yī)學(xué)治療疾病不同階段的能力，并有助研發(fā)更有效的藥物。此外，這些模型使研究人員能夠在早期識(shí)別疾病，從而及早阻止疾病傳播。

5) 3D打印機(jī)不僅有助治療現(xiàn)存的疾病，它們更是未來(lái)醫(yī)學(xué)，甚至是人類進(jìn)化的發(fā)展關(guān)鍵。曾被認(rèn)為是科學(xué)幻想的仿生人類，將可能通過(guò)3D打印生物材料，結(jié)合電子元件和聚合物予以實(shí)現(xiàn)。

△3D打印心臟模型。來(lái)自:Medix團(tuán)隊(duì)

結(jié)論

3D打印的想法由來(lái)已久，可以追溯到日本的Hideo Kodama，這一創(chuàng)新始于人體部件替代的迭代。在第一臺(tái)SLS打印機(jī)開(kāi)發(fā)出來(lái)后，3D打印已經(jīng)具有成本效益、容易獲得、快速、靈活和浪費(fèi)最小化的顯著優(yōu)勢(shì)。

依靠大規(guī)模的現(xiàn)代改進(jìn)，3D打印預(yù)計(jì)會(huì)在不久的將來(lái)取代器官和植入物。它還確保了手術(shù)器械、假肢和其他醫(yī)療設(shè)備的快速和更有效的替代。盡管我們離能夠通過(guò)3D打印機(jī)可靠地制造新的身體部位和器官還有幾年時(shí)間，但這項(xiàng)技術(shù)將繼續(xù)徹底改變醫(yī)生和外科醫(yī)生治療病人的方式。