基于3D打印技术在医疗辅助产品设计中的应用研究

杨 艺

随着科学技术理念的持续优化，3D打印技术逐渐从传统意义上的单一发展形式，转为向综合领域前进，此时主要用来医药、器官及医疗辅助工具，如当前最常应用的手术夹板、矫形鞋垫等，因此这一技术在医疗辅助产品中的研发前景不可预估。下面对3D打印技术在医疗辅助产品设计中的应用进行研究。

1 3D打印技术原理

3D打印这一理念最初出现在1990年，属于一种当前应用极多的快速成型技术。而在20世纪80年代末期，美国3DSystem公司研制出第一款3D打印设施后，为相应技术发展提供了有效依据，虽然与传统打印机存在相同点，但却整合了大量领域专业技术，构建了机电一体化系统，此时不管是设计软件，还是打印工艺都在3D打印技术中占据重要地位。

由于3D打印技术中集合了其他领域的专业技术，且会引用橡胶类材料、石膏材料等内容，所以在实践工作中，主要是依据引用多种类型的计算机软件，在电脑中构建模型本体，而后将构成的模型划分为多个横截面，最终结合快速成型机，对多个横截面构成一个三维立体模型，此时应用材料是具备真实性的，最终完成打印工作。

2 3D打印技术应用优势

简单来说，这一技术的应用魅力在于其不需要进入工厂工作，桌面打印机就可以获取小物品，且人们能进行突破时间和区域的限制进行操作，不管大物品还是小物体，都能满足应用需求。对比传统发展引用的技术理念可知，3D打印技术在应用过程中具有以下几点优势：

其一，突破传统意义上的生产线，并控制了成本支出，有效降低了应用材料的消耗；其二，制作出传统生产技术无法媲美的外形，促使人们能更快设计出简单生产制造步骤，以此获取廉价且高效的应用物品；其三，很多设计会引用金属和塑料零件，这样很容易加重物体质量，并增加与功能无关的剩余物，而3D打印技术可以有效解决这一问题。其引用原材料都是为生产所需的产品，最终有助于产品更加精确和轻盈[1]。

3 3D打印技术在医疗辅助产品设计中的应用

3.1 解学模型

现阶段，引用到医学教学培训活动张的人体标本大都是以捐赠为主，且受传统文化理念的影响，最终支持和参与的人数非常好。在这一背景下，势必会增加实践教学培训活动的难度，最终无法保障医学培训教学质量。通过引用3D打印技术，科学整合医学数字成像和通信数据，制作出具有极高分辨率的人体样本，此时不仅能充分展现解剖学包含的知识，还可以解决当前培训实践问题。例如，通过在脊柱肿瘤模型中引用3D打印技术，并在临床教学中落实，结合真实病例进行教学指导，不但可以帮助专业学生构建临床诊断思维，而且有助于他们更快掌握和应用治疗技能，这也是当前医学院最常引用的现代化教学技术。通过在临床治疗中引用3D打印技术，医生不仅能在实体模型中提升手术的准确性，还可以对比二维CT图像进行探究，避免其影响临床效果。同时，在实体模型的引导下，医生不但可以更为全面的了解病人情况，并针对手术预演，不断优化具体治疗方案；而且能为医生和病人的沟通提供有效平台，促使病人及其家属可以更直观地理解病情，进而调动他们积极向上、努力配合治疗的信念[2]。

3.2 矫正器械

先天性畸形或后天疾病、安全事故带来的肢体功能障碍，要想可以正常生活，必须要引用矫形器进行辅助治疗，这样有助于强化他们的身心健康。通过引用3D打印技术，优化设计器具，并快速做成病人所需的矫正产品，不但能降低提货期，而且有助于提升产品引用质量和病人应用舒适性。以畸形足病人为例，通过引用CT扫描，明确存在缺陷病人的足部数据，而后结合FDM（快速成型加工）工艺设计相应数据模型，促使医生在控制时间损耗的情况下，有效研究病人畸形足的发育情况，并以此为基础科学设计和优化矫形器，这样有助于充分预防最终应用矫正器产品与病人发育产生矛盾[3]。

3.3 骨科植入物

了解当前骨科辅助产品设计情况可知，大部分受损或病变严重的骨组织，必须要通过植入材料实施修复。由于生产的植入物型号类别存在差异，且会受应用病人成长情况的影响，难以展现出一致的应用效果，在这一过程中，病人很容易出现植入物与自身匹配度不符的现象，严重的还会增加手术失败的风险。例如，在进行骨缺损个体化修复工作时，通过引用3D打印技术设计如下方案：其一，在CT扫描中，明确病人膝关节骨缺损所在位置的医学数字成像和通信数据；其二，引用医学数字成像和通信数据构建三维数字模型；其三，在模型的引导下，设计病人所需的修复骨缺损垫块；其四，需要引用3D打印技术获取垫块的实体。从本质上讲，从3D打印技术中获取的垫块与实际临床学需求具备相同性，不仅可以完全匹配，还能加强临床疗效的稳定性[4]。

又如，在3D打印技术中针对新型复合材料，制作个体所需的颈椎见融合器，最终打印精确度可以达到百分之九十五以上，且最终应用的匹配性能非常高。通过将3D打印技术和医学扫描工作整合到一起，不但可以满足不同类型病人提出的要求，而且可以提升植入物的修复水平。同时，作为现代化发展和推广的优质制造技术，3D打印技术与计算机辅助技术、三维表面成像等内容的整合推广，对解决小耳症病人具有积极作用，不仅可以为他们提供定制的耳框架，且可以得到病人的认可[5]。

3.4 组织工程支架

从本质上讲，组织工程作为一门融合细胞生物学和材料科学的内容，在实践应用中主要用来解决人体组织功能障碍，因此在现如今社会环境中属于一个新兴学科。3D打印技术的引用，为其提供了充足的技术保障。以创伤性周围神经损伤易殃及重要神经功能为例，其作为影响病人正常生活的主要临床问题，当前最常引用的解决方法就是移植自体神经。若是神经结构存在差异，其最终展现出的有限性、再生效果等都将会出现改变，因此这也是现如今人工神经支架探索的主要方向。以3D打印技术为核心，制作出多孔结构纳米仿生支架，不仅能优化初级皮层神经元的均衡神经突长度，还能在过大孔隙度的引导下，提升神经细胞的粘附性。由此可知，3D技术在我国医疗人工神经支架中的研究，及神经功能修复工作中占据重要地位[6]。

3.5 制药业

通过3D打印成形技术制备药物缓释装置，与传统压片方法相比具有独特的优势。3D打印可以实现多种材料精确成形和局部微细控制，得到具有复杂内部结构的装置；释药特征与所设想的复杂释药行为一致。通过3D打印成形技术，将粉末材料粘结成形，可以方便的实现医学应用中常需要的具有复杂型腔的多孔结构，对于药物释放有着重要意义。并通过调整打印液流速、喷头移动速度、打印液液滴直径、粉末铺层厚度、喷涂次数、喷涂角度、喷涂位置等工艺参数，可以改变药剂中含量、辅料成分和组成，从而改变药物释放速率和释放量，使得具体的生产过程灵活而简单，通过CAD（计算机辅助设计）为单个患者设计制造理想化的治疗方式成为可能。

4 结束语

综上所述，3D打印技术的发展会受多种因素的影响，因此现阶段提出和引用的3D打印技术远远达不到预期医疗行业提出的高端需求，这就要求医疗辅助产品研究人员在整合以往工作经验的基础上，加大对技术的应用分析，促使其在实践应用中得到更多关注，并为医疗行业的持续发展奠定基础保障。