導讀：在過去的幾年間，世界各地關于3D打印醫(yī)療設備的新聞事例層出不窮，從3D打印的助聽器到手術工具，如鑷子和術中牽引器等，3D打印在醫(yī)療領域的應用潛力正在被不斷證實。毫無疑問，3D打印正在逐漸按改變醫(yī)學界的游戲規(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打印正變得越來越容易獲得，價格也越來越低。也許未來，由于技術的不斷發(fā)展，從身體器官到植入物都可以進行3D打印。

然而，除了目前的創(chuàng)新之外，3D打印在醫(yī)療領域還有什么值得期待的？

△工作中的3D打印技術

3D打印醫(yī)療設備的過去和現(xiàn)在

增材制造，也被稱為3D打印，起源于20世紀80年代。第一個記錄在案的用于替換缺失或無法使用的人體部件的3D迭代可以歸功于日本，當時Hideo Kodama嘗試了一個快速成型系統(tǒng)。雖然他沒能為這項創(chuàng)新申請專利，但他通常被認為是增材制造系統(tǒng)的第一個發(fā)明者。

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

△查爾斯·赫爾（Charles Hull）

自從被創(chuàng)造以來，一些公司和初創(chuàng)公司已經嘗試使用增材制造技術。2016年，第一臺SLS（選擇性激光燒結）打印機發(fā)布，取得了商業(yè)成功，CAD（計算機輔助設計）工具也隨之開始普遍使用。

當第一個假肢在2016年被打印出來時，虛構變成了現(xiàn)實，醫(yī)學界終于為不斷上升的器官和植入物的需求找到了一個突破口。

今天，3D打印機隨處可見，價格也處于歷史低位。這種無處不在的情況使大家有可能開發(fā)出不同的3D打印材料。根據一項研究，80%的高科技制造商依靠3D打印進行產品原型制作。

3D打印的特點和好處

科學家和作家們多年來一直在探索和發(fā)掘3D打印的優(yōu)勢和功能。在1980年發(fā)行的《星球大戰(zhàn)》系列第四集《帝國反擊戰(zhàn)》的最后一幕中，天行者盧克從一個機器人那里得到了一只假手。雖然那是虛構的，但醫(yī)學界確實已經實現(xiàn)了這種幻想——3D打印的假手。

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

總的來說，當下3D打印的優(yōu)勢和特點主要可以分為以下幾點：

1) ?????快速原型制作

3D打印加快了增材制造的原型設計過程。今天，器官和植入物的原型可以在短短幾小時內打印出來?？焖傩允?D打印比機器原型制作更受青睞的原因。除了速度之外，它也具有非?？捎^的成本效益。

2) ?????設計的靈活性

用于3D打印的材料已經發(fā)生了變化。醫(yī)療工具和設備可以用鋼、酸、鈦、甚至巧克力都可以進行3D打印。材料的變化使設計變得靈活。另外，與傳統(tǒng)打印相比，3D打印沒有任何限制。

3) ?????浪費最小化

3D打印減少了資源的浪費。生產打印件只需要生產部分所需的材料。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打印對每個人來說都是便捷易學的。新的3D打印機的發(fā)展為每個人提供了學習和利用創(chuàng)新的機會。由于政府的有利舉措，你可以得到一臺打印機，并開始使用它，沒有任何限制。

5) ?????成本效益高

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

3D打印在醫(yī)療領域的未來趨勢

3D打印的未來可以通過目前的發(fā)展趨勢來想象。醫(yī)療保健方面的這些趨勢包括器官、植入物、假肢、手術器械和其他醫(yī)療設備，旨在實現(xiàn)手術室里未來的技術革新。以下是對3D打印如何改變醫(yī)學游戲的簡要看法。

1) ?????器官和植入物

在美國，有數百人在等待器官和植入物。這些人正在尋找捐贈者，以進行拯救生命的器官替換。然而，這一趨勢即將因3D打印而改變?？茖W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) ?????手術器械

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

3) ?????假肢和醫(yī)療設備

為什么要浪費時間和資源來制作假肢和醫(yī)療設備？由于其快速的原型設計，3D打印可以修改任何可以適合人類的假肢設計。在未來，沒有人需要依賴捐贈者來獲得適合他們的定制假肢和設備。

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△目前，人們正在嘗試利用3D打印機制造醫(yī)療設備和手術設備，這些設備可以被設計成特別適合某些病人的解剖要求。

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透過3D打印可實現(xiàn)的醫(yī)學進步

從定制的身體部位到模擬癌癥腫瘤幫助研究，3D打印技術已經成為重大醫(yī)學突破的核心，而這些應用只是一個開始而已。下面概括了透過3D打印可實現(xiàn)的5項醫(yī)學進步：

1) ????通過3D打印，手術在進入手術室之前就可以提早開始。通過打印需要進行手術的精確器官模型，外科醫(yī)生可以模擬手術，讓他們掌握每個手術細節(jié)和累積經驗后，再進行真正的手術，從而降低風險并提高成功率。

有時候，模擬甚至可以避免無效的實際手術。例如，當發(fā)現(xiàn)腫瘤位置過于接近重要器官而無法切除時，根本就沒有手術的必要，反而應該考慮其他療法。

2) ??3D打印的另一個令人振奮的進步是智能藥丸，這項技術有可能徹底改變藥物的使用。目前正在開發(fā)的一種藥丸將包含幾個腔室，每個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打印技術能夠讓智能藥丸為每種藥物設定不同的藥力釋放速度和時間。

譬如，我們能夠調節(jié)針對小腸的藥物的釋放時間為三小時—— 這是藥丸前往該器官所需的時間。另外，藥力釋放速度也可按需要而設定。通過這種方式，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，降低忘記吃藥的機會（確保正確用藥）。

3) ????憑借先進的3D打印技術，各身體部位和骨骼都可以透過“印刷”來定制，以滿足每位患者的獨特需要。無論是關節(jié)置換，還是重建受損的骨骼及身體部分，這項技術都能完美地解決每位患者的個人需求。

程序上，先用電腦斷層掃描(CT)掃描受影響區(qū)域，并繪制出骨骼結構。然后，根據患者的準確身體尺寸和特征，以3D打印機創(chuàng)建模具，再注入適當的填充材料替換缺失的關節(jié)或骨骼結構。

4) ????要了解致命疾病如何擴散，研究人員需要準確復制人體。 3D打印可以印制出真實人體器官的復雜結構。在受控環(huán)境下，研究人員為細菌和腫瘤提供氧氣和葡萄糖，讓它們如在人體般，在3D模型中成長并擴散到不同的“組織”。

這使科學家能夠在不危及人類生命的實驗室環(huán)境內追蹤疾病傳播。器官模型改善了現(xiàn)代醫(yī)學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別疾病，從而及早阻止疾病傳播。

5) ????3D打印機不僅有助治療現(xiàn)存的疾病，它們更是未來醫(yī)學，甚至是人類進化的發(fā)展關鍵。曾被認為是科學幻想的仿生人類，將可能通過3D打印生物材料，結合電子元件和聚合物予以實現(xiàn)。

△3D打印心臟模型。來自:Medix團隊

結論

3D打印的想法由來已久，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SLS打印機開發(fā)出來后，3D打印已經具有成本效益、容易獲得、快速、靈活和浪費最小化的顯著優(yōu)勢。

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

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