医学3D打印
对于创伤骨科来说，四肢骨折的内固定手术已经极为常见，然而对于粉碎性骨折，尤其关节内的粉碎性骨折，仅仅根据X-RAY、CT有时难以达到良
好的解剖复位和有效的内固定，原因在于我们无法了解骨折前的原始结构，如果有办法掌握骨折解剖复位后的实物结构，对于内固定的选型，手术入路
的选择等无疑能带来极大的帮助。
3D打印技术(又称“添加制造”(Additive Manufacturing)诞生于20世纪80年代后期，源自美国研究照相雕塑和地貌成形技术，是一种与传统材料
去除加工方法相反、基于三维数字模型、运用粉末状金属或塑料等可粘合材料、采用逐层制造方式将材料结合起来的工艺技术。3D打印技术主要工艺
类型包括立体光刻(SL)、立体光固成型、PVC塑料烫印复膜、熔融挤出成型(FDM)、三维喷绘打印(3DP)、数字光处理(DLP)等。3D打印技术作为一种
高科技含量的应用技术，综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多前沿技术知识，目前已经广泛应用于家电、汽车、
工程机械、航天航空、船舶等领域。
目前在市场应用领域方面，3D打印技术在航空器和医学牙科领域的应用发展最快。在2009年～2011年的3年间，应用于航空器制造领域的设备市场
份额由9．9％上升到了12．1％，医学牙科的市场份额由13．6％上升到了15．1％。随着3D打印技术精度、效率和速度的提升，以及多样3D打印材料
的开发、工艺方法的改进、智能制造的发展成熟，新的信息技术、控制技术、材料技术等不断被广泛应用到制造领域，3D打印技术也将得到更广泛的应
用。我国3D打印技术起步于20世纪90年代初期，已研制出与国外SLA、LOM、sLs、FDM等工艺方法相似的打印设备，并逐步实现了商品化，尤其在大
型金属构件直接制造方面，突破了技术方面的障碍，走在世界的前列。近年来，国家对3D打印技术的支持力度不断加大，主管部门在积极制定相关产业
扶持政策，科技部已经将3D打印技术纳入国家“863计划”，因此3D打印技术和产业表现了强劲的发展潜力。但总体而言，国内3D打印技术研发水平
与国外相比还有较大差距，且在工业级3D打印机的稳定性、精密度、材料等领域与国外尚有一些差距，未来随着智能控制、图像传感技术以及新材料
等的应用，我国3D打印技术将向智能化、高效率化、节能化方向发展。
在医疗领域，3D打印技术的出现有效解决了个性化治疗的难题。3D打印技术无需机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状
的零件，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率，降低生产成本。目前比较成功的案例是，美国0fard Performance Materials公司做了颅骨的修
复技术；在欧洲，Layerwise公司首次用激光烧结的技术，用钛合金做出下颚关节植入人体。生物3D打印可用于组织工程，人体组织损伤、缺损会导致
功能障碍。传统的修复方法是自体组织移植术，虽然可以取得满意疗效，但它是以牺牲自体健康为代价，会导致很多并发症及附加损伤。利用组织工程
和生物制造技术进行缺损修复，通过3D打印机打印出来和自身需要完全一样的组织工程支架，在接受组织液后，其可以成活，便形成有功能的活体组
织，然后移植到病人身上，对损坏的部位进行永久性的替代。目前，全球每年等待器官移植的患者数量惊人。而器官来源一直是器官移植最大的制约因
素。利用3D打印技术制造胚胎干细胞和人体组织，可以制造出能够直接移植或埋人人体内的人体部位，甚至直接在人体内打印细胞。3D打印技术可加
速人造人体器官的进展，在医学领域的应用有望解决器官来源问题。另一项应用是制造生物模型，在进行复杂手术前通过医疗模型模拟手术，使医生能
够掌握手术中预先解剖的部位，减少手术风险，提高手术成功率。医学影像在临床上的应用，很容易得到病人软组织、硬组织的模型，通过把x线、CT
机及MRI获得的DICOM数据转换成三维打印机的数据，便可以快速准确制成生物模型，帮助医生提高手术成功率。比如手术前可以把所有的器官通过
三维打印成病理模型，根据模型大小，寻找合适的供体，充分做好手术前的规划和方案的设计。大坪医院肺外科开展了世界首例3DCT引导电视胸腔镜
下肺毛玻璃样变切除术，实际效果表明，将3D打印技术应用于手术现场，手术的准确度明显提高。
科学研究方面也取得了长足的发展，如可进行细胞3D打印以三维设计模型为基础，通过软件分层离散和数控成型的方法，用3D打印技术生成生物材
料，特别是细胞材料等。它的技术原理是将细胞打印在一层一层的特殊热敏材料上，之后将材料叠加起来就得到所需的组织结构。据统计，40％以上
的人口死亡于代谢综合症，利用细胞3D打印技术在体外打印一个代谢综合症模型，通过模型可获得能量代谢的系统模型图，就可以看到细胞在里面的
生长状况。譬如我们把胰岛细胞放在这个结构中，就可以形成一个我们所需要的、有通讯的三维模型，再进行相关的病理实验，就可以模仿人体糖尿病
的病理，相对于传统模型，这更接近人体内的真实情况。
现阶段3D打印技术在医疗领域的研究和应用主要集中在骨科植入物打印、手术器械打印、细胞打印、组织器官打印。批量化的骨科植入物打印和手术
器械打印相对成熟，个性化的定制器械也初现端倪，活体组织与器官的打印还处在研究阶段。
医学3D打印
对于创伤骨科来说，四肢骨折的内固定手术已经极为常见，然而对于粉碎性骨折，尤其关节内的粉碎性骨折，仅仅根据X-RAY、CT有时难以达到良
好的解剖复位和有效的内固定，原因在于我们无法了解骨折前的原始结构，如果有办法掌握骨折解剖复位后的实物结构，对于内固定的选型，手术入路
的选择等无疑能带来极大的帮助。
3D打印技术(又称“添加制造”(Additive Manufacturing)诞生于20世纪80年代后期，源自美国研究照相雕塑和地貌成形技术，是一种与传统材料
去除加工方法相反、基于三维数字模型、运用粉末状金属或塑料等可粘合材料、采用逐层制造方式将材料结合起来的工艺技术。3D打印技术主要工艺
类型包括立体光刻(SL)、立体光固成型、PVC塑料烫印复膜、熔融挤出成型(FDM)、三维喷绘打印(3DP)、数字光处理(DLP)等。3D打印技术作为一种
高科技含量的应用技术，综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多前沿技术知识，目前已经广泛应用于家电、汽车、
工程机械、航天航空、船舶等领域。
目前在市场应用领域方面，3D打印技术在航空器和医学牙科领域的应用发展最快。在2009年～2011年的3年间，应用于航空器制造领域的设备市场
份额由9．9％上升到了12．1％，医学牙科的市场份额由13．6％上升到了15．1％。随着3D打印技术精度、效率和速度的提升，以及多样3D打印材料
的开发、工艺方法的改进、智能制造的发展成熟，新的信息技术、控制技术、材料技术等不断被广泛应用到制造领域，3D打印技术也将得到更广泛的应
用。我国3D打印技术起步于20世纪90年代初期，已研制出与国外SLA、LOM、sLs、FDM等工艺方法相似的打印设备，并逐步实现了商品化，尤其在大
型金属构件直接制造方面，突破了技术方面的障碍，走在世界的前列。近年来，国家对3D打印技术的支持力度不断加大，主管部门在积极制定相关产业
扶持政策，科技部已经将3D打印技术纳入国家“863计划”，因此3D打印技术和产业表现了强劲的发展潜力。但总体而言，国内3D打印技术研发水平
与国外相比还有较大差距，且在工业级3D打印机的稳定性、精密度、材料等领域与国外尚有一些差距，未来随着智能控制、图像传感技术以及新材料
等的应用，我国3D打印技术将向智能化、高效率化、节能化方向发展。
在医疗领域，3D打印技术的出现有效解决了个性化治疗的难题。3D打印技术无需机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状
的零件，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率，降低生产成本。目前比较成功的案例是，美国0fard Performance Materials公司做了颅骨的修
复技术；在欧洲，Layerwise公司首次用激光烧结的技术，用钛合金做出下颚关节植入人体。生物3D打印可用于组织工程，人体组织损伤、缺损会导致
功能障碍。传统的修复方法是自体组织移植术，虽然可以取得满意疗效，但它是以牺牲自体健康为代价，会导致很多并发症及附加损伤。利用组织工程
和生物制造技术进行缺损修复，通过3D打印机打印出来和自身需要完全一样的组织工程支架，在接受组织液后，其可以成活，便形成有功能的活体组
织，然后移植到病人身上，对损坏的部位进行永久性的替代。目前，全球每年等待器官移植的患者数量惊人。而器官来源一直是器官移植最大的制约因
素。利用3D打印技术制造胚胎干细胞和人体组织，可以制造出能够直接移植或埋人人体内的人体部位，甚至直接在人体内打印细胞。3D打印技术可加
速人造人体器官的进展，在医学领域的应用有望解决器官来源问题。另一项应用是制造生物模型，在进行复杂手术前通过医疗模型模拟手术，使医生能
够掌握手术中预先解剖的部位，减少手术风险，提高手术成功率。医学影像在临床上的应用，很容易得到病人软组织、硬组织的模型，通过把x线、CT
机及MRI获得的DICOM数据转换成三维打印机的数据，便可以快速准确制成生物模型，帮助医生提高手术成功率。比如手术前可以把所有的器官通过
三维打印成病理模型，根据模型大小，寻找合适的供体，充分做好手术前的规划和方案的设计。大坪医院肺外科开展了世界首例3DCT引导电视胸腔镜
下肺毛玻璃样变切除术，实际效果表明，将3D打印技术应用于手术现场，手术的准确度明显提高。
科学研究方面也取得了长足的发展，如可进行细胞3D打印以三维设计模型为基础，通过软件分层离散和数控成型的方法，用3D打印技术生成生物材
料，特别是细胞材料等。它的技术原理是将细胞打印在一层一层的特殊热敏材料上，之后将材料叠加起来就得到所需的组织结构。据统计，40％以上
的人口死亡于代谢综合症，利用细胞3D打印技术在体外打印一个代谢综合症模型，通过模型可获得能量代谢的系统模型图，就可以看到细胞在里面的
生长状况。譬如我们把胰岛细胞放在这个结构中，就可以形成一个我们所需要的、有通讯的三维模型，再进行相关的病理实验，就可以模仿人体糖尿病
的病理，相对于传统模型，这更接近人体内的真实情况。
现阶段3D打印技术在医疗领域的研究和应用主要集中在骨科植入物打印、手术器械打印、细胞打印、组织器官打印。批量化的骨科植入物打印和手术
器械打印相对成熟，个性化的定制器械也初现端倪，活体组织与器官的打印还处在研究阶段。
