3D打印:改变医学历史 人工关节用电邮传送

3D打印技术的特质，使得它除了在航天航空领域有着独到的优势，在医学应用方面同样前景广阔。3D打印适合个性化的、小批量的产品加工制造，特别适合医学不规则的、个性化的、定制化的应用。

一次制造250个牙冠

杨永强教授和他所在的华南理工大学，对3D打印技术在医学应用方面也有比较深入的研究，比如牙科的牙冠固定桥、个性化舌侧托槽、膝关节的假体、外科手术导板以及植入体等方面都所有涉及。

杨永强说，目前非常普遍的烤瓷牙就可以采用3D打印技术制作。人们在做假牙时，通常的做法就是把坏的牙齿用冠套包起来，但是金属包上不好看，所以很多人选择烤瓷牙，烤瓷牙的里面是一个金属的牙冠，外面涂上一层很薄的瓷，瓷的颜色和牙齿的颜色是一致的，“金属牙冠是由很多材料组成，比如牙科金、钛合金、钴铬合金等。”

杨永强讲述了大概的过程：首先是牙科医生用金刚石车针把患者的牙磨削，把牙冠套的空间留出来，然后通过硅橡胶取出牙模，再翻成一个石膏模，将石膏模拿到加工厂，加工厂再将石膏模通过3D扫描，把牙冠套设计出来，之后用3D打印的方式打出金属冠来，再上瓷，烤瓷，最后装在病人牙齿上。

他们所做的工作就是将病人的石膏模进行三维扫描，“这是一个反求的过程”，并用软件设计牙冠套，再用金属3D打印机打印出来。杨永强介绍道，德国的设备一次能直接制作200-250个牙冠，他们研发的设备能做100多个，价格也是德国设备的四分之一到五分之一。

舌侧托槽从外面看不出

除了牙冠固定桥，还有更深入的应用：个性化舌侧托槽。杨永强说，很多十几岁的小孩，牙齿长得不整齐，然后就去医院做矫治，一般采用的是唇侧标准矫治器，这种矫治最大的弊端就是张嘴都是一口钢牙，成年人更不愿意做。

而个性化舌侧托槽，则是按照牙齿的内侧面去设计托槽，每个人的每一颗牙齿的内侧面都是不同的，因此要取每个人每颗牙齿的内侧面数据，根据这些数据来设计托槽，“这个绝对是个性化的。”如果用标准的托槽，又大又不好看，个性化舌侧托槽做出来并装到患者牙齿上之后，从外面完全看不出来。

杨永强介绍了大概的制作过程，先用CT扫描，获得牙齿的外形结构参数，采用反求工程的方法建立牙齿的CAD模型并存储于计算机中，“这是数字化牙模，不是真正的石膏模”。在计算机里，把牙齿进行移动、扭转、拔牙的调整，使得牙齿在计算机里排列整齐，计算机就能记录下来移了多少位，转了多少角度，再经过多项工序，设计出适合牙齿的托槽，和牙齿非常贴合。“这个托槽是非常个性化的，不同人的牙齿，最终设计出的托槽会不一样”，然后再将这个托槽通过3D打印机打印出来，“经过一些打磨，可以做得非常光滑，还可以根据一些客户的需求镀金。”

他说，广州瑞通生物目前已经开始采用这种舌侧矫治器，并拿到了注册许可证，“这是一种非常好的隐形矫治的方式，其最核心的技术就是3D打印技术。”   

更换假体不用进口

目前，对于老年人骨质增生导致膝关节弯曲困难，最好的解决办法是换一个假体--人工关节，“这是一个比较成熟的手术”，但是存在一个问题，标准假体都是进口的，这些进口的假体是根据欧美人的骨骼特点设计的，而中国人和外国人骨骼特征是不一样，因此标准的假体对中国人来说要么大，要么小，不能完全吻合。因此，不仅需要制作适合中国人的标准化假体，还要制作适合每个人的个体化假体。“根据每一个人的骨骼特点设计完全符合你的假体，这也是发展趋势。”

制作过程离不开3D技术，先用CT扫描，再用CAD重建骨骼数据，重建后在计算机里“切”骨头，“切”完后，覆盖一个个体化的假体，“假体完全符合这个人的骨骼特征”，设计出来之后，还可以通过email，上传到3D打印设备打印出来。“目前，这项技术的前期工作已经开展。”   

人体骨骼也能打印

杨永强指出，3D打印技术在医学领域最早的应用，就是外科手术的导航，它属于一种间接利用，通过CT扫描，把人体的骨骼、硬组织在计算机里重现，建立CAD模型后，通过3D打印出来。打印出来的都是树脂的、高分子材料，虽然不能直接用，但可以作为医生制定手术方案的手术导航的模板。直观来讲，医生是看不到人体骨骼结构的，3D扫描并打印出来后，可以拿在手上，并且做成1:1的模板，就可以制定手术方案。“这得一个比较成熟的应用。”

他介绍道，他们正在研究的打印手术导板技术，与外科手术导航有较大的区别，手术导板就是制作手术的器械模板，“怎么去下刀，怎么去切骨头，它都是有固定的模板，这些器械是一种小批量的生产，做模具都不是很容易。”

他讲述了应用手术导航模板成功完成股骨置换手术例子。一位股骨肿瘤患者，需要切掉原来的股骨，换一个生物骨上去。他们在通过CT扫描，取得骨骼数据后，在骨头上面设计一个做手术的导板，这些导板上设计了许多密密麻麻的孔，而且角度也是非常独特。以前他们做过塑料的模板，但塑料的不好消毒，也很软，这次他们就换成不锈钢的模板，硬度高。用这些导板做手术时，生物骨上的孔只有用导板才能打得了。后来患者通过x光发现，手术比较成功。

他们目前做了二十余种外科手术导板，杨永强认为，“在外科里面，用3D技术打印手术导板是一项非常实用的技术，而且成本相对于手术来讲，不是很高。”

另外他们在多孔骨和植入体方面也做过一些尝试，比如模仿髋关节打印一些“金属骨头”，力度和骨骼很接近，广州有家医院还用3D打印技术打印牙科种植体，“3D打印技术在牙科的应用，不是与想象的还差很远，而是已经在很多方面使用了。”

打印器官有伦理的考虑

提到3D打印在医疗领域的应用，很多人就会自然而然地想到会不会打印出器官来？杨永强说，从技术来讲是可以实现的，要想打印器官，首先用生物实验的方法，把细胞一个一个分离出来，然后又用打印机的喷头，把细胞一个一个打出来。细胞分离已经有这样的技术了，也有人开发出设备，可以将细胞打出各种形状。“从理论上讲，打印器官是可行的，但是离应用还有相当长的距离。”

他认为还有几个方面需要解决，首先细胞打印出来，首要要保证它是活的，因为细胞要在特定的环境里才能存活。再者，打印器官出来，要保证它有功能，比如打印一个肝脏，不是说拿细胞打出肝脏的形状出来就具有肝脏的功能。“这不是3D打印本身的问题，还牵涉到生物学方面的研究”。另外，还有一个伦理问题，克隆人的细胞和打印细胞，是一个很接近的问题，克隆遇到了一些伦理的问题，打印胞也会面对伦理问题。“这也需要社会去解决。”

杨永强说，相对于其他技术，3D打印技术在医学领域的研究，与国外差距不算大，国际上和国内都是近几年才开始。而这项技术发展遇到的最大的困难则是医疗许可和认证，因为毕竟有很多材料是要进入人体，需要对材料进行认证。“不过，医学将是3D打印技术最适合的领域，它的应用将会非常广泛。”



来源：北京晚报