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3D打印技术在生物医学工程中的研究及应用

发表时间：2021/5/20 来源：《医师在线》2020年12月24期作者：吕承伟

[导读]

吕承伟
（南京市大厂医院；江苏南京 211500）

摘要：新时代背景下，越来越多的技术被广泛应用到了各个领域中，3D打印技术便是其中之一。自3D打印技术问世以来，获得了制造领域的关注，其可以通过CAD的辅助来进行材料逐层堆积，进而实现实体成型的目的，其具有极高的应用价值。同时，3D打印技术也被应用到了生物医学工程领域中，这也给医学领域的发展作出了重要贡献，如可以将一些生物材料、生物活性因子通过3D打印技术来完成人工器官或细胞三维结构的人工涉及制造。本文中，笔者便重点探究了3D打印技术在生物医学工程中的研究及实际应用。
关键词：3D打印技术；生物医学工程；分类；应用
1.3D打印技术的分类
　　　3D打印技术自问世到今天已逾数十年，经过长时间的发展，3D打印技术大致可分为三种，即熔融材料3D打印成形、光固化3D打印（光敏三维打印）、粉末粘结3D打印，其中粉末粘结3D打印是应用范围最广的一种。同时，该领域的发展也极为迅速，如与3D打印技术比较相近的选择性激光烧结成形、立体光刻成形、熔融堆积成形等，其均具有极高的应用价值。
2.三维仿生重构建模技术的发展
　　　随着当下社会的发展，3D打印技术发展极为迅速，而在信息化技术的帮助下，可以实现三维仿生重构建模技术。在整体三维仿生重构建建模技术中，可通过计算机程序来有计划的控制驱动打印喷头进行制造。目前，在对患者病症情况进行检测时，可以生成二维模型，但在三维仿生重构建建模技术中，便可以通过获取二维图像数据来进行自主的构思，在分析、整理、总结其几何关系后，便可以快速打印成型[1]。
　　　目前，三维仿生重构建模技术的应用必须要有相应的数据信息支持，一般情况下，医学领域中多是通过MRI、CT等影像学检查方法来生成相应的二维图像以供医生观察分析，但其MRI、CT信息无法直接输入至建模中，而是需要通过相应的软件来进行信息的转化，将相应的数据信息生成三维虚拟模型。据调查，三维仿生重构建模技术中正在深入加强与光线高速往、高性能工作站、超级计算机的结合。
　　　在新技术的发展下，三维仿生重构建模技术已经达到了一个相对较高的高度，也涌现出了许多的相关企业，如美国Able Software公司、比利时Materialise公司等，其均将三维仿生重构建模技术推向了商品化道路。近年来，我国在该领域也小有成就，如3D Med，其具有较强的二维读片、数据管理、数据获取、三维重建、图像分割等多样化的功能；再西安盈谷科技有限公司的AccuRad TM pro 3D高级图像处理软件，虽然在综合方面较之其他发达国家有一定的不足，但这也为我国在该领域的发展提供了重要帮助。
3.3D打印技术在生物医学工程中的应用
　　　随着信息化技术的进步，3D打印技术也取得了突飞猛进的发展，生物医学工程作为当下直接助力于医学领域发展的一大重要板块，有极高的应用价值。

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到目前为止，3D打印技术已经可以完成各种相对较为复杂的人体器官模型打印，如假肢设计、仿生模型制造、体外器官模型等。
3.1体外器官及仿生模型制造
　　　临床诊断中，多数患者发生不适感的部位难以确定，给诊断及后续治疗提出了难题，而通过体外器官或仿生模型的应用，可以使得诊断效率得以进一步提升。在诊断过程中，若医生无法准确判断患者具体不适感部位，可邀请患者共同通过体外器官的方式来进行指认，进而帮助医生快速确认病症部位[2]。而且体外器官和仿生模型制造的应用，也可以极大的拉近医生与患者间的沟通交流。
3.2手术导板和假肢设计
　　　在手术过程中，时常可能会应用到手术导板的情况，同时也有截肢患者需要接续假肢。在应用3D打印技术后，手术导板和假肢等比较常用的医用器具的生产质量得到了显著提升，不再如过去一般会出现导板或假肢不合适的问题，而是可以根据患者的实际情况来进行个性化的假肢设计，这样一来，能够极大地提升适应度，对促进患者肢体运动功能的恢复有积极意义。
3.3个性化植入体制造
　　　人体构造复杂，一些比较特殊的部位在受损后也可以利用3D打印技术来制造相应的假体或植入体。如因交通事故、暴力击打、跌倒摔伤等情况可能会导致面部颌骨受损，但每个人的颌骨均有一定的差异，想要进行修复，必须要能够与其他相邻骨骼精确匹配，采用3D打印技术进行协助，便可以实现精准“订制”。
3.4组织工程支架制造
　　　支架是医学临床手术中常用的辅助工具，如最为常见的心脏支架，通过其应用，可以改善患者心功能，以最大限度的提升手术疗效，而在支架制造中，也已经应用了3D打印技术。在3D打印技术中，本身便以“3D”技术为基础，因此利用3D打印技术来进行支架制造，可以提高支架的形态学特征，使其高度仿生天然骨组织结构。
3.5生物活体器件构建以及器官打印
　　　当下，自3D打印技术在生物医学工程中深入应用后，其发展已经不再局限于传统思维，正在朝着活体器件、器官制造的方向发展，但由于其必须要涉及到活体细胞3D打印技术，且该技术类型极为复杂，能够真正进行该项研究的企业少之又少。
3.6药物筛选生物模型
　　　药物筛选是一项复杂且漫长的工作，当下通过对3D打印技术的应用，药物筛选生物模型这一工作的整体效率得到了显著提升，工作人员可以使用3D打印技术制造出不同化合物材料的生物模型，然后使用各种样本药物进行试验，这对该项工作起到了至关重要的促进作用。
4.结束语
　　　新时代背景下，3D打印技术作为一种新兴技术，被深入应用了生物医学工程中，在本文中，笔者首先介绍了3D打印技术的常见类型，分析了三维仿生重构建模技术的发展以及在生物医学工程中的实际应用，望能够对三维仿生重构建模技术的进一步发展提供帮助。
参考文献：
[1]陈宏亮. 基于3D打印技术设制腰椎椎弓根钉导航模板辅助置钉的相关研究[D].苏州大学,2017.
[2]杨婷. Pickering乳液模板法结合3D打印技术制备多级连通孔结构的生物支架[D].华南理工大学,2019.