3D 打印正在改變醫(yī)療保健，使醫(yī)療保健領域從大規(guī)模生產(chǎn)的解決方案轉(zhuǎn)變?yōu)楦鶕?jù)每個患者的需求量身定制的治療方法。例如，研究人員正在開發(fā)專為兒童設計的 3D 打印假肢，由輕質(zhì)材料和適應性強的控制系統(tǒng)制成。

3D 打印假肢的這些持續(xù)進步表明它們越來越可負擔和可及。像這樣的個性化假肢成功案例突出了 3D 打印的優(yōu)勢，在這種打印中，使用計算機輔助設計軟件生成的物體模型被轉(zhuǎn)移到 3D 打印機上并逐層構(gòu)建。

我們是一名從事 3D 打印工作的生物醫(yī)學工程師和化學家。我們研究了這項快速發(fā)展的技術(shù)如何不僅為假肢提供新的選擇，而且為植入物、手術(shù)計劃、藥物制造和其他醫(yī)療保健需求提供新的選擇。3D 打印能夠用各種材料制造形狀精確的物體，這導致了定制替換關節(jié)和定制劑量的多藥丸等。

更好的身體部位

醫(yī)療保健領域的 3D 打印始于 1980 年代，科學家們使用立體光固化成型技術(shù)等技術(shù)逐層創(chuàng)建原型。立體光固化成型技術(shù)使用計算機控制的激光束將液體材料固化成特定的 3D 形狀。醫(yī)療領域很快就看到了這項技術(shù)的潛力，即創(chuàng)造專為每位患者設計的植入物和假肢。

最早的應用之一是創(chuàng)建組織支架，這是支持細胞生長的結(jié)構(gòu)。波士頓兒童醫(yī)院 （Boston Children's Hospital） 的研究人員將這些支架與患者自身的細胞相結(jié)合，以構(gòu)建替代膀胱?；颊咴诮邮苤踩胛锖蠖嗄瓯３纸】?，這表明 3D 打印結(jié)構(gòu)可以成為耐用的身體部位。

隨著技術(shù)的進步，重點轉(zhuǎn)移到生物打印上，它使用活細胞來創(chuàng)建工作解剖結(jié)構(gòu)。2013 年，Organovo 創(chuàng)造了世界上第一個 3D 生物打印的肝組織，為創(chuàng)造用于移植的器官和組織開辟了令人興奮的可能性。但是，盡管生物打印取得了重大進展，但創(chuàng)造完整的功能性器官（例如用于移植的肝臟）仍處于實驗階段。目前的研究重點是開發(fā)更小、更簡單的組織和改進生物打印技術(shù)，以提高細胞活力和功能。這些努力旨在彌合實驗室成功與臨床應用之間的差距，最終目標是為有需要的患者提供可行的器官替代物。

3D 打印已經(jīng)徹底改變了假肢的創(chuàng)造。它允許假肢制造商生產(chǎn)出最適合患者的經(jīng)濟實惠的定制設備。他們可以為每個人定制假肢，并隨著孩子的成長輕松更換它們。

3D 打印植入物（例如髖關節(jié)置換術(shù)和脊柱植入物）提供更精確的配合，這可以提高它們與身體的整合程度。傳統(tǒng)植入物通常只有標準形狀和尺寸。

一些患者在事故后接受了定制的鈦面部植入物。其他人的部分頭骨被 3D 打印的植入物替換。

此外，3D 打印在牙科領域取得了重大進展。Invisalign 等公司使用 3D 打印制造用于牙齒矯正的定制矯正器，展示了個性化牙科護理的能力。

科學家們還在探索用于 3D 打印的新材料，例如可能替代受損軟骨的自修復生物玻璃。此外，研究人員正在開發(fā) 4D 打印技術(shù)，這種打印技術(shù)可以制造出可以隨著時間的推移而改變形狀的物體，從而有可能產(chǎn)生能夠適應身體需求的醫(yī)療設備。

例如，研究人員正在研究可以響應血流變化的 3D 打印支架。這些支架旨在根據(jù)需要進行擴張或收縮，從而降低阻塞風險并改善患者的長期預后。

模擬手術(shù)

三維打印的解剖模型通?？梢詭椭饪漆t(yī)生了解復雜病例并改善手術(shù)結(jié)果。這些模型由 X 射線和 CT 掃描等醫(yī)學圖像創(chuàng)建，允許外科醫(yī)生在手術(shù)前練習程序。

例如，兒童心臟的 3D 打印模型使外科醫(yī)生能夠模擬復雜的手術(shù)。這種方法可以縮短作時間、減少并發(fā)癥并降低成本。

個性化藥品

在制藥行業(yè)，制藥商可以 3D 打印個性化的藥物劑量和給藥系統(tǒng)。能夠精確地對藥物的每個成分進行分層意味著他們可以制造出每位患者所需的確切劑量的藥物。3D 打印的抗癲癇藥物 Spritam 于 2015 年獲得美國食品和藥物管理局的批準，可提供非常高劑量的活性成分。

使用 3D 打印的藥物生產(chǎn)系統(tǒng)正在制藥廠之外找到歸宿。這些藥物可能由社區(qū)藥房制造和交付。醫(yī)院開始使用 3D 打印在現(xiàn)場制造藥物，從而允許根據(jù)患者的年齡和健康狀況等因素制定個性化的治療計劃。

但是，需要注意的是，3D 打印藥物的法規(guī)仍在制定中。一個問題是印后處理可能會影響藥物成分的穩(wěn)定性。建立明確的指導方針并決定 3D 打印應該在哪里進行也很重要——無論是在藥店、醫(yī)院還是在家中。此外，藥劑師需要對這些新系統(tǒng)進行嚴格的培訓。

面向未來的打印

盡管 3D 打印在醫(yī)療保健領域的總體進展非常迅速，但仍然存在重大挑戰(zhàn)和機遇。其中包括需要開發(fā)更好的方法來確保 3D 打印醫(yī)療產(chǎn)品的質(zhì)量和安全?？韶摀院涂杉靶砸踩匀皇侵卮髥栴}。有關植入材料的長期安全問題，例如潛在的生物相容性問題和納米顆粒的釋放，需要嚴格的測試和驗證。

雖然 3D 打印有可能降低制造成本，但對設備和材料的初始投資可能會成為許多醫(yī)療保健提供者和患者的障礙，尤其是在服務不足的社區(qū)。此外，缺乏標準化的工作流程和訓練有素的人員可能會限制 3D 打印在臨床環(huán)境中的廣泛采用，從而阻礙那些最能受益的人獲得 3D 打印。

從好的方面來看，可以有效利用大量高度詳細的醫(yī)療數(shù)據(jù)的人工智能技術(shù)可能會被證明對于開發(fā)改進的 3D 打印醫(yī)療產(chǎn)品至關重要。具體來說，AI 算法可以分析患者特定的數(shù)據(jù)，以優(yōu)化 3D 打印植入物和修復體的設計和制造。例如，植入物制造商可以使用 AI 驅(qū)動的圖像分析從 CT 掃描和 MRI 創(chuàng)建高度準確的 3D 模型，用于設計定制的植入物。

此外，機器學習算法可以預測 3D 打印假肢的長期性能和潛在故障點，使假肢設計人員能夠進行優(yōu)化以提高耐用性和患者安全性。

3D 打印不斷打破界限，包括身體本身的界限。加州理工學院的研究人員開發(fā)了一種技術(shù)，該技術(shù)使用超聲波將注入體內(nèi)的液體轉(zhuǎn)化為 3D 形狀的凝膠。該方法有一天可用于輸送藥物或更換組織。

總體而言，該領域正在迅速朝著個性化治療計劃發(fā)展，這些計劃與每位患者的獨特需求和偏好密切相關，這得益于 3D 打印的精度和靈活性。