学生联盟网为您提供优质参考范文! 体会工作报告法律咨询精彩演讲各类材料
当前位置: 学生联盟网 > 高等教育 > 医学 > 3D打印技术在医学中的应用

3D打印技术在医学中的应用

时间:2022-10-30 11:55:02 来源:学生联盟网

摘要:现代科技的快速进步,涌现出越来越多的先进医疗技术,作为典型增材制造技术3D打印是其中最耀眼的一种。3D打印技术起源机械设计制造技术,伴随着机械产品逆向工程快速发展;基于三坐标扫描的逆向工程可无纸化完成机械产品的抄数,进而通过三维建模软件设计出被测量产品一样的数字化模型,导入3D打印机可实现产品重建。3D打印的越性使得其不再局限于汽车、航空、机械方面,已经广泛的应用的医疗的多个方面。本文将从以下几方面对3D打印技术在医学的应用进行阐述。

关键词:3D打印;快速成型;医学生物;应用

13D打印技术介绍

3D打印(ThreeDimensionalPrinting简称3DP[1])技术又称逐层堆积的增材制造技术,是快速成型(RapidPrototyping)的一种。3D打印以STL格式的数字模型文件为基础,通过粘结、烧结、固化、堆积等技术把树脂、石蜡、塑料、金属粉末等材料逐层打印的方式造出所需物体模型,与传统的CNC减材加工方式相比3DP打印无实体模型的制造更节省材料、快速、精确、环保;3DP可基于差异化的需求实现多批次、小批量的生产。近些年随着职业教育的快速发展,积累了大量可从事数字化设计与制造技术的三维数字建模人才;逆向工程建模软件的简易化智能化汉化,新材料新工艺的快速发展,都为3D打印技术的应用打下了可行基础。在3D打印技术的浪潮下,越来越多的医院口腔科、骨科采用了3D打印技术作为医疗技术的补充。

23D打印在医学生物行业中的应用

近年3D打印技术在医药生物行业呈爆发式增长,2017医用3D打印在其各行业应用中所占市场份额达到高12.8%,有机构预测到2020年3D打印在医疗方面可创造21.3亿美元生产值。基于差异化需求的3D打印技术能完整的解决医学生物行业的各种问题,其具体应用主要有以下几个方面。

2.13D打印在手术规划与风险评估中的应用

复杂而难度高的手术通常需要在术前进行风险评估,评出手术的成功率和意外情况的应对措施。3D打印技术大规模应用医学手术风险评估之前,主要依靠医生高超的技术和丰富的手术经验,但仍然受限于病种、患者其状况、医生手术水平的高低与经验的深浅,即使有了CT、MRI等医学设备的辅助也难以获得非常精确的手术规划,大大增加了手术的不确定性。通过3D打印技术,医生可以根据不同的病况将手术需要的相关辅助设备先行打印出来以便手术专家们讨论或确定最佳进刀(针)点,这样不仅增加手术的精确度,也大大提高了手术的成功率。

2.23D打印在手术辅助工具和植入物中的应用

手术辅助工具是做手术时辅助医生术前术中确定最佳的进针、落刀点的辅助手术工具。目前,医学领域在脊柱椎弓根导航板、儿童先天性骨移植导航板、骨关节导航板以及口牙齿辅助矫形设备等区域应用比较成熟。2016,由蚌埠医学院第一附属医院牛国旗教授领衔的骨科3D打印团队已经成功实施多起基于3D打印脊椎导航的手术。[2]

植入物(implantablemedicaldevices)分为根据患者医学需要主动放置体腔内和手术意外落入体腔中的外来物,我国定义植入物为留存体内时间超过30天。3D打印应用于骨科植入物之前,通常的做法是根据患者的需要采用数控加工或者铸造等材料成型的方法制造出出植入物,植入物的生产周期长、能源消耗大、浪费材料且不环保。高昂的植入物器材费和相应的辅助医疗费用使得很多患者难以负担,本应普惠的医疗变成社会奢侈品,加剧了医患之间紧张的关系,甚至会给社会带来不和谐。

2.33D打印在口腔医学中的应用

基于逆向工程(ReverseEngineering简称RE)的三维数字化牙齿模型设计已经应用于牙齿重建,牙齿矫形辅助设备的设计并取得了巨大的成功。RE技术在口腔科的应用得到越来越多的医生青睐,在行业范围内也形成了广泛的共识,是口腔科医技快速发展的下一个风口。采用RE技术固然可以快速精确化的完成牙齿模型设计,但是仍然需要牙科技师根据数字模型动手制作实际的牙齿模型,而3D打印技术的介入之后彻底解决了这问题。通过3D打印技术牙科医生在不需要牙科技师的条件下直接将牙齿的三维数字化模型打印出来用于牙齿医疗,而RE技术和3D打印技术的结合更是给口腔科医生增添了神乎其技的技术,使得牙齿重建、义齿制作、牙冠制作、矫形设备的制造越来越简单化,大大提高了医疗效率,具有很强的的社会效益。不管是CT、MR、逆向造型技术、还是3D打印,最终的目的可以把医生从不相关的牙齿模型制作、矫正义齿设计等工作中解放出来,以提供更加精确的诊断和细致周到的医疗服务。

2.43D打印在康复医疗中应用

随着人们的物质水平越来越高,对于个性化医疗的需求也越来越高,3D打印技术可根据人们不同的需求,提供个性化的产品定制。3D打印在义肢、假肢、辅助行走器、助听器等模型制作上具有制作时间快、制作成本低、环保无害化等天然优势,并且可根据不同的要求采用不同的材料进行打印;此外,3D打印还可应用在各种各类医疗器械制造上。

2.53D打印在医学生物上的应用

3D打印技术的突飞猛进,日本人利用3D打印技术成功的打印出管状导血管、俄罗斯人打印了甲状腺、美国Organovo公司打印出了肝脏、美国西北大学成功打印出白鼠卵巢、澳大利亚Wollongong打印出人类诱导多能干细胞,[3]3D打印給人类生物医学提供了无限的应用可能和想象空间,使人类更加接近上帝的同时可能也会带来伦理的挑战。

2.63D打印在制药中的应用

相较现有的药物压片方法,3D打印技术制作的药物缓释设备具有无法比拟的优势。3D打印不但能实现多种药材的精准成形和制药时的局部微细控制,制成的药具还有复杂的内部结构可达到预期的药物释放。利用3D打印粘结成形技术,可以实现粉末材料的特定粘结成形,制作出的药物具有医学中常需要的复杂型腔的多孔结构。

3结论

3D打印产品差异化、定制化特有属性,避免了传统产品制造的复杂工序,简化了生产流程,极大的提高了生产效率。3D打印在医学过快的发展的同时缺少与之相应的医疗行业技术标准和相关国家政策支持,有些医疗领域还存在法律、伦理风险不具备普遍化应用机制。

参考文献:

[1]姜杰,等.3D打印技术在医学领域的应用与展望[J].机械设计与制造工程,2014,43(11):5.

[2]牛国旗,等.个体化3D打印导向模板辅助上颈椎椎弓根螺钉置入的实验研究[J].中华解剖与临床杂志,2017(5):366.

[3]王博.浅谈3D打印技术的发展与应用[J].机电技术,2014,(05):160.

基金项目:安徽电子信息职业技术学院教科研项目(ADZX1518);安徽电子信息职业技术学院教科研项目(ADZX1612)

作者简介:秦飞(1986),男,本科,助理工程师,研究方向:机电一体化。