增材制造技术在医疗领域应用综述

李旭鹏 罗翠

摘要：增材制造技术起源于上世纪九十年代，近年来随着技术水平的不断提高在医疗领域也得到了广泛应用。增值制造技术能够根据患者的病情和身体情况进行个性化定制，这一特点也使该技术在医疗领域有着无可比拟的优势。本文对增材制造技术的特点和功能进行了简单介绍，并对其在医疗领域的应用进行了探索。

关键词：增材制造;医疗;应用

引言

增值制造技术从出现以来，在制造业发挥了重大作用，英国、美国、德国等发达国家为了鼓励和发展增材制造技术发展都出台了一系列的优惠和保障政策。为了迎接工业4.0时代的到来，助力“中国制造2025”的目标实现，我国也愈发重视增材制造技术在各个领域的应用和推广，近年来随着大数据技术的进步，增材制造的应用领域也在逐步扩展。由于其个性化定制的特点，也实现了针对不同患者个体差异的多种治疗方案的设计，对提高患者的治疗和恢复效果具有重要意义，因此增材制造技术在医疗领域的应用也受到了医学研究者的关注和认可。

1 增材制造技術概述

增材制造技术的发展依赖于大数据、信息技术、精密电子和材料成型等多个学科的共同作用，以三维数据模型为基础，以STL的格式将信息数据导入到相应的计算机系统之中，然后将其分成二维的平面数据，再通过打印机逐层打印的方式制造出三维的实体造型，将计算机系统中的设计变成实物，增材制造技术生产出来的产品具有成本低、精度高、速度快等特点，所以才能满足患者的差异性需求。

与传统的工艺技术相比，增材制造技术能够最大程度地使制造业的先进技术在医疗领域得到应用，首先，利用增材制造技术进行生产时，往往都是以一个小时为周期，简化了传统工艺技术的复杂的工序，节省了大量的生产时间，提高了生产的效率，使人们获得成品的时间大大缩短。其次，用户可以针对自身的实际情况下选择不同的增材制造设备，其最高精度能够达到0.1毫米，可以制造出满足各种质量要求的产品。再者，通过3D打印的智能化信息系统，生产产品所需的材料用量能够得到精准把控，增材制造的特性使产品在制造过程中几乎不会产生资源浪费，进一步节约了生产成本。此外，使用增材制造设备能够使产品按照提前设置好的程序自发地进行生产，相关工作人员也可以通过控制平台对生产过程进行实时监测。

2 增材制造技术的具体应用

2.1 辅助治疗

当前阶段，增材制造技术在医学领域的辅助作用有两个方面，一方面是利用增材制造技术能够根据患者病灶部位的医学影像，进行一比一的三维立体模型构建并打印出来，帮助外科医生更清晰地了解患者的病情，制定出最符合患者实际情况的治疗计划，同时还可以利用模型进行手术模拟，对治疗计划进行改善，尽可能地提高手术成功的概率。另一方面，根据患者的扫描图像，利用增材制造技术可以定制最符合患者生理特点和身体结构的医疗辅助器械，既缩短了设备的生产周期，同时也使医疗器械和患者之间的适配度更高，使治疗过程更加精准、高效。

比如，在对多名非小细胞肺癌患者进行治疗时，可以利用增材制造技术对患者的螺旋CT进行三维重构，并利用3D打印机打印出与患者的患侧肺血管和配病灶等比例的实体模型，然后对所有该病患者的术中情况与重建的影响进行对比，观察血管的符合率。此外，国外的一个医疗器械公司还利用增材制造技术，打印出了含有蛋白多糖和丰富胶原蛋白的“仿真皮肤”，能够直接与人的皮肤接触并渗透到皮肤组织之中，对于治疗皮肤损伤的效果很明显。

2.2 植入物打印

在骨科和口腔领域的治疗过程中，经常会有损伤骨组织和牙齿缺损的患者，因为每个患者的损伤部位和损伤程度都很大的差异，所以在植入物也有所不同。增材制造技术能够根据患者损伤部位的三维信息和患者的实际情况，选择并制作合适的植入物，是治疗的效率和手术的成功率都得到大幅度提高。

比如在对脊索瘤患者进行治疗时，就可以给患者植入利用增材制造技术制造的植入物，与传统植入物相比，这种多阶段的植入物除了满足患者治疗的基本需求之外，个性化定制的特点还加强了连接部分的稳定性，而且由于增材制造技术产品有着很高的精度，所以制造出的植入物的结构基本上和骨小梁的结构一致，更好地实现骨整合。

2.3 生物打印

增材制造技术能够个性化定制的特性还为人造器官的人造组织的创造提供了保障，使特定类型细胞能够依照设计好的方式进行分离和扩张，形成成熟的人体组织，比如人造血管、人造肝脏等。现在已经有医疗团队将增材制造技术和多光子聚合技术进行整合，制造出了能够在其表面生成出人体细胞的人造血管。此外来自约翰霍普金斯等多个世界知名学府的多学科联合研究团队利用增材制造技术生产出了定制化的神经导引管，能够引起运动并感觉到神经的生长，对运动功能和受损神经的修复有重要的作用。

2.4 医疗器械的设计与制造

与传统的医疗器械制造方式相比，利用增材制造技术能够大幅度地减少制造周期，降低生产成本，同时也能减少产品的设计周期和开发成本，特别是在制造小批量的定制化的医疗机械设备时，技能降低成本又能实现在传统的加工方式下很难制造的结构。

比如在对患者进行舌癌的术后放疗时，可以利用增材制造技术制造出适合患者的定制支架，减少患者口腔黏膜炎发生的概率，

2.5 医疗设备维修

工作人员在对医疗设备进行维修时，经常会出现零配件停产或者短缺的问题，又或者市场上配件的价格过高，这些问题经常导致维修过程不能顺利进行。利用增材制造技术能够在短时间内将损坏的部件进行三维的复制和构建，缩短设备维修的周期，减少设备损坏或者停用给医院带来的经济损失。

结束语

综上所述，增材制造技术在我国医疗领域的许多方面都得到了广泛应用，在骨科和口腔以及精神外科领域更是积累了多年的实践经验。但是相比于英美等发达国家，增材制造技术在我国医疗领域的应用还处在初级阶段，核心技术、硬件设备等都是从国外引进的，国内在这方面的技术还没有完全成熟。所以要想使增材制造技术在我国医疗领域得到最大程度地开发和利用，还需要出台一系列的优惠政策来吸引相关人才投入到相关技术的研究上，另外也需要对医疗从业者进行宣传和培训教育，使他们能够在治疗过程中正确使用增材制造技术产品。

参考文献：

[1]李春旭，Dario Pisignano，赵宇，薛佳佳.增材制造技术的医疗应用进展[J].Engineering，2020，6（11）：42-62.

[2]张洪宝，胡大超.增材制造技术的应用及发展[J].上海应用技术学院学报（自然科学版），2016，16（01）：93-98.

[3]罗春娅. 增材制造技术在医学领域的研究进展[C]//.全国第十四届红外加热暨红外医学发展研讨会论文及论文摘要集.，2013：256-258.

作者简介：

李旭鹏（出生年月：1986年08月），性别：男，民族：汉，籍贯：辽宁省鞍山市，学历：硕士研究生，职称：中级工程师，研究方向：增材制造，自动化，机械设计。

罗翠（出生年.月1987年5月），性别：女，民族：汉，籍贯辽宁省鞍山市，学历：本科，职称：主治医师，研究方向：老年病，康复医疗，内科学。