医疗 3D 打印和医疗保健 3D 打印机简介

个性化的精准医疗正在崛起。新型工具和先进技术拉近了医患距离，让医生可以提供定制的治疗和器械，可更好地服务每个独特的个体。

医疗 3D 打印技术的进步为整个医疗保健领域做出了巨大贡献。对于患者来说，基于 3D 打印开发的新工具和治疗方法可以提高治疗过程的舒适度和个性化程度。对于医生来说，这种触手可及的新技术有助于加深对复杂病例的理解，并通过新的工具最终提高护理标准。

请继续阅读，探索从手术规划模型到 3D 打印血管系统和生物反应器等五种医疗保健 3D 打印应用，了解为何众多医疗专业人员对 3D 打印在医疗领域的前景充满期待。本文还将介绍医疗保健领域中的热门 3D 打印机，以及如何为特定用例选择合适的解决方案。

 

1. 患者特定手术模型

基于患者扫描数据的 3D 打印解剖模型可实现个性化的精准医疗，因此在当今的医疗实践中发挥着越来越大的作用。随着病例日益复杂，手术室效率对于常规病例变得愈发重要，而视觉和触觉参考模型可以增强 OR 团队内部以及团队与患者之间的理解和沟通。

根据数百份发表文献，全球各地的医疗保健专业人员、医院和研究机构均已开始使用 3D 打印解剖模型，用作术前规划和术中可视化的参考工具，并用来为常规和高度复杂的手术进行医疗设备选型和预装配。

通过 CT 和 MRI 扫描生成患者特定的触觉参考模型是一种经济实惠的方案，并且可直接用于 3D 打印。同行评审的文献表明，这些模型能够提供其他视角，帮助医生更充分地准备手术，节省花费在手术室的大量时间和成本，同时提高患者满意度、减少焦虑、缩短恢复时间。 

从术前模型中获取的信息也有助于改善治疗过程。Michael Eames 医生对此深有体会。在制作了一名年轻患者的前臂骨骼模型后，Eames 医生意识到患者的伤势与他之前预想的不同。

他随后规划了一项新的软组织手术，这种手术的创口更小、康复时间更短并且产生的疤痕更少。使用打印的骨骼模型，Eames 医生向这名年轻患者及其父母介绍了整个手术过程，并获得了他们的同意。

最终的结果如何呢？最终的手术时间不到 30 分钟，而最初计划的方案需要花费长达 3 小时。手术时间的缩减为医院节省了约 5500 美元的成本，患者在术后护理阶段所需的恢复时间也更短。

加利福尼亚大学旧金山分校 (UCSF) 和旧金山退伍军人医疗中心的整形外科医生 Alexis Dang 表示：“在旧金山退伍军人医疗中心，我们的每一位全职整形外科医生和绝大多数兼职外科医生都在利用 3D 打印模型为患者提供医疗服务。3D 打印为工作效率带来的提升肉眼可见。”

新的生物相容性医用 3D 打印材料也推动了新手术工具和新技术的开发，有助于进一步改善手术期间的临床体验。例如，可通过 3D 打印制造灭菌固定托盘、轮廓模板和植入物定型模型，后者可用于在 OR 团队开刀之前确定植入物的尺寸，帮助外科医生缩短时间并提高复杂手术的准确性。 

范因斯坦医学研究所的讲师 Todd Goldstein 博士对 3D 打印技术在其部门中的重要性做出了明确的数据评估。根据他的估计，如果 Northwell 在 10%－15% 的病例中使用 3D 打印模型，则每年可以节省 1750000 美元。

“从医疗器械原型、儿童医院的复杂解剖模型，再到创建培训系统，最后到牙科诊所使用的手术植入物导板，[3D 打印技术] 帮助我们提高了工作能力、降低了成本，同时为我们提供治疗患者所需的工具，如果没有我们常用的 SLA 3D 打印机，这些几乎无法实现，”Goldstein 表示。

2. 新的医疗器械和仪器

3D 打印几乎已成为快速原型制造的代名词。低成本、简单易用的内部 3D 打印技术彻底改变了产品开发流程，许多医疗工具制造商已开始采用该技术生产全新的医疗器械和手术用具。

在全球前 50 名的医疗器械公司中，有 90% 以上均使用 3D 打印来制造医疗器械、夹具和固定装置的精确原型以简化测试，或者直接打印最终使用的医疗器械。

全球医疗设备供应商 DJO Surgical 的机械项目工程师 Alex Drew 表示：“在 DJO Surgical 引入 [Formlabs 3D 打印机] 之前，我们几乎完全依赖外部打印供应商来制作原型。如今，我们运行着四台 Formlabs 机器，这让我们受益匪浅。我们的 3D 打印效率翻了一番，成本却降低了 70%，而且由于打印件具有很高的精细度，整形外科医生能够清楚无误地与患者就设计方案进行沟通。”

3D 打印可将复杂设计的迭代时间从数周缩短为数天，从而加快设计进程。当 Coalesce 接到客户的请求，需要生产一种能够以数字化方式评估哮喘患者吸气流量曲线的吸入器时，他们首先考虑将工作外包给服务提供商，但该方案将导致每个原型的周转时间过长。在将设计文件发送给服务提供商进行构建之前，必须通过多次迭代对其进行精心修改。 

而如果使用桌面级 SLA 3D 打印技术，Coalesce 可在内部完成整个原型制造过程。这些原型与成品极其相似，非常适合用于临床研究。事实上，当他们向客户展示这些原型时，客户都将原型误认为是最终产品。

总体来看，内部生产可将原型制造的周转时间缩短多达 80%－90%。此外，这些部件只需 8 个小时即可打印完毕，并且可以在几天内完成后处理和上色，而同样的过程如果通过外部承包商处理则需要花费一到两周的时间。

 

3. 经济实惠的义肢

每年有数十万人遭遇断肢的不幸，但只有其中一小部分人能够使用义肢来回归正常生活。

简单的义肢只有几种尺寸，因此患者很难找到合适的型号，而量身定制的仿生义肢可以依靠人体残肢的肌肉控制，模拟真实肢体的运动和抓握功能，但价格高昂，只有在发达国家拥有优秀医疗保障的患者才有机会使用。儿童义肢的要求尤为严苛。因为儿童正处于成长过程中，且好动贪玩，原有的义肢必然无法满足日益增长的需求，需要花费大量资金进行改进。

难点在于，缺乏能够经济高效地生产定制部件的制造工艺。但随着 3D 打印技术的发展，义肢设计师获得了更高的设计自由度，突破了高成本的束缚。 

e-NABLE 等倡议的推行使得全世界的用户群都可以开发 3D 打印义肢。通过在线免费分享信息和开源设计，义肢生产技术得以不断发展，如今患者只需花费 50 美元就可以获得为自己量定制的义肢。 

以  Lyman Connor 为首的其他发明家则在此基础上更进一步。Lyman 仅使用四台桌面级 3D 打印机便成功生产出了他的第一款义肢。他的最终目标是制造一款完全定制的仿生手，并且售价远低于此类高级义肢当前零售价（目前的售价高达数万美元）。 

此外，麻省理工学院的研究人员发现 3D 打印也非常适合生产更舒适的义肢接受腔。

毫无疑问，在生产这些义肢时，3D 打印的低成本以及在定制设计方面的自由度具有巨大的启发性。使用 3D 打印技术制作的义肢可在短短两周内完成交付，并且测试和维护成本远低于传统义肢。 

随着成本的持续下降和材料性能的日益改进，3D 打印无疑将在医疗保健领域发挥越来越大的作用。

4. 矫正鞋垫和矫形器

义肢治疗的价格门槛同样也存在于矫形器和鞋垫等领域。如同许多其他患者特定的医疗器械，定制矫形器由于成本较高并且需要数周或数月才能完成制造，很难得到广泛应用。3D 打印改变了这一情况。

Matej 和 Nik 父子的故事就是典型案例。作为一名出生于 2011 年的早产儿，难产导致 Nik 患有脑瘫，而全世界还有近 2000 万人有着同样的遭遇。Nik 一直在与病魔勇敢地进行斗争，这激励着 Matej 不断寻求解决之道，但他当时只有两种选择，一种是标准的预制矫形器，对于他的儿子来说既不合适又不舒服；另一种是昂贵的定制解决方案，需要数周或数月才能交付，但随着孩子的成长，这种矫形器很快就会呗淘汰。

因此，他决定亲自动手，开发新的解决方案来实现这一目标。借助 3D 扫描和 3D 打印等数字技术提供的自由度，Matej 和 Nik 的物理治疗师得以自由地进行实验，尝试全新的创新型踝足矫形器 (AFO) 开发流程。

最终，他们开发出了一款定制的 3D 打印矫形器，能够为 Nik 提供所需的支撑度、舒适度和矫正效果，并最终帮助 Nik 独立迈出了人生的第一步。这种定制矫形器具有与高端矫形器相同的复杂表面处理效果，但价格远低于后者，并且无需进一步调整。

世界各地的专业人士正在使用 3D 打印技术重新设计患者和客户专用的鞋垫和矫形器，以及一系列其他可改善物理治疗效果的工具。在过去，使用定制工具进行物理治疗十分困难。患者往往需要等待很长时间，最终成品并无法保证舒适度。3D 打印正在改变这一情况。经证明，3D 打印鞋垫和矫形器具有更高的适配性，可实现更好的治疗效果，并能够为患者提供更高的舒适度和易用性。

5. 生物打印、组织工程、3D 打印器官等

目前治疗严重器官衰竭的传统方法为自体移植（从同一人的某一身体部位到另一身体部位的组织移植）或捐赠者器官移植。生物打印和组织工程领域的研究人员希望尽快改变这种现状，能够根据需要制造组织、血管和器官。

3D 生物打印是指使用增材制造工艺来沉积称为生物墨水的材料，以创建可用于医疗领域的类组织结构。组织工程包含生物打印技术等一系列正在发展的技术，可用于在实验室培育组织和器官的替代品，从而治疗创伤和疾病。 

在高精度 3D 打印技术的帮助下，谢菲尔德大学的 Sam Pashneh-Tala 博士等研究人员为组织工程开辟了新的可能。

为了引导细胞生长以形成所需的组织，Pashneh-Tala 博士选择在实验室的支架上培育活细胞，该支架可提供所需形状、大小和几何结构的模板。例如，为心血管病患者制造建血管时，需要使用管状结构。细胞将根据模板形状进行增殖并覆盖支架。然后，支架逐渐分解，活细胞排列为目标组织的形状，并放入生物反应器中培养，生物反应器是一个包含培育组织的腔室，可以模拟人体内部环境，使培育的组织获得与有机组织相同的机械和生物性能。

这使得科学家能够设计患者特定的血管移植体，改进手术方案，并为心血管疾病患者提供采用新型血管医疗设备的独特测试平台，有效治疗这种目前全球死亡率最高的疾病。其最终的目标是制作可直接植入患者体内的血管。由于组织工程使用的是从待治疗患者身上提取的细胞，因此不存在免疫系统排斥的可能性，从而解决了传统器官移植手术的一大难题。 

经证明，3D 打印能够精确复制所需血管的形状、尺寸和几何结构，有效应对制造合成血管的挑战。事实证明，将打印解决方案与患者的具体需求紧密贴合十分重要。 

正如 Pashneh-Tala 博士所说：“[通过 3D 打印制造血管] 为改进手术方案并设计与患者相匹配的血管提供了可能。如果没有高精度且经济实惠的 3D 打印技术，就不可能制造出这些血管形状。”

我们在适用于 3D 打印机的生物材料方面取得了可喜的突破。科学家们正在开发新型水凝胶材料，这种材料与人体大脑和肺中的器官组织具有相同的稠度，并且可以兼容各种 3D 打印工艺。科学家们希望能够将该材料植入器官作为“支架”，使细胞在其上生长。

虽然通过生物打印制作心脏、肾脏和肝脏等功能复杂的内部器官看似很难在短期内实现，但混合 3D 打印技术的发展速度非常快。 

在实验室中利用打印机和生物材料制成功能复杂的 3D 打印器官只是时间问题。2019 年 4 月，特拉维夫大学的科学家利用患者自身的生物材料制成了第一颗 3D 打印心脏。这款微型复制品使用患者自身的生物材料制作而成，与患者的免疫学、细胞、生化和解剖学特征完全匹配。

“现阶段，我们的 3D 打印心脏很小，只有兔子的心脏那么大，但同样的技术也可以制作尺寸更大的人类心脏，”Tal Dvir 教授说道。

精确且经济实惠的医疗 3D 打印流程日益普及，该技术可帮助医疗保健专业人员开发新的临床解决方案并快速制造定制设备，使医生能够在全球范围内提供新的治疗服务。医疗 3D 打印技术和材料的不断改进将为个性化护理和高成效医疗应用发展铺平道路。

每个医疗机构都应使用最新工具，以改善护理状况并为患者提供最佳体验。立即与 Formlabs 展开合作，借助在医疗 3D 打印领域经验丰富的出色合作伙伴关系 ，或扩大内部生产规模。

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