3D真的可以打印生命么?

(美洲华联社西达赛奈医疗中心讯)说到“3D打印”,大家一般会感到“科技感十足”,超级高端的科技。虽然3D打印机已进入消费电子市场一段时间,但这并非是3D打印技术的全部应用形式及未来。在这个科学技术日新月异的时代,“3D打印”也成为目前最有代表性的最新的高科技之一,将在未来的5-10年改变我们的生活。

 3D打印的出现,颠覆了传统的制造业,创造了更多的可能性,并节省资金和减少材料浪费,在未来具有广阔的发展前景。

3D打印在医学领域有什么应用?

目前,3D打印技术已经在众多行业中得到运用,比如在航空航天领域有3D打印的 无人机,在汽车行业有3D打印的汽车,在建筑业有3D打印的别墅,在时尚行业有3D打印的珠宝,在食品行业有3D打印的美食,在教学中有3D打印的三维模型等等。

神奇的3D打印技术在医药领域也已经有了较为广泛的应用,主要可以包括以下四个方面:

•       3D打印模型,用于医学教学、病例讨论等。比如本文下面将介绍的西达-赛奈医疗中心3D打印了心脏的模型,以更加精准的制定手术方案;

•       3D打印医疗器材,比如假肢,助听器等。再如本文下面将介绍的骨折病人使用的3D打印定制骨科夹板(cast),比石膏更容易让病人恢复;

•       3D打印用于组织功能的支撑体,比如下颌骨、器官支架、颅骨;

•       3D打印人体组织和器官,比如3D打印耳朵,3D打印肾脏,3D打印血管等等 。这些“量身定制”的个体化器官,与患者的身体匹配更精准。 

西达-赛奈3D打印心脏模型

每1000个新生儿中,约有8个新生儿患有先天性心脏缺损。尽管许多新生儿不需要立即治疗,但在他们的一生中大多数情况仍然需要外科手术或者心脏介入手术。在这些病人中,患有肺动脉瓣狭窄的年轻病人只有很少的治疗选择,因为他们之中仅有15%的病人可以使用微创的经导管的心脏瓣膜修复手术,而对于剩余的85%的病人,只能选择常规开胸手术 (open-heart surgery)。

 

西达-赛奈Guerin Family先天性心脏病项目的主任Evan Zahn, MD 与 Alistair Phillips, MD 成功的利用3D打印技术,让微创的经导管瓣膜科技能让更多的病人所使用。他们究竟是如何做的的呢?

 

原来他们将MRIs或者CT扫描的二维图像发送到3D打印机,经过约3个小时的打印,3D打印出一位病人的心脏模型。这个心脏模型具有病人所有独特的特征,可以为Zahn教授,Phillips教授以及他们的团队提供关键性的空间信息。

“我们可以通过这个模型,摸索我们究竟应该如何将这个经导管的瓣膜放入到曾经我们认为不能采用这种微创治疗方案的病人心脏中”Zahn教授说道,“我们可以正确的找到需要填充的空缺,在这些有着复杂病症病人的瓣膜中,找到我们可能会用到支架的位置,来创造一个理想的‘着陆场’( landing zone)”。

Zahn教授补充道,“当你拿着像心脏的东西,放在手中并感受到它,你可以将这整个手术过程概念化了。先虚拟化的做一次手术,可以让我们能在开始真正手术之前,弄清楚更多错综复杂的细节。结果会更加的可以预测,可以让新型的微创科技,比如这种经导管的瓣膜治疗方法,史无前例的应用到更多的病人“。

3D打印技术造福骨折的患者

美国大约有600万人骨折,骨折的患者为了让骨头复位或固定,通常要打上沉重的石膏。这些石膏不仅常常让人发痒,感到不舒服,还影响美观。

感谢3D打印技术,可以让骨折患者戴上更加时尚的定制骨科夹板(cast)。3D打印的 cast有着开放的格子状的塑料设计,可以为每一位病人量身订制。它们具有防水功能,让人更加的舒服,甚至可以帮助骨头愈合的更快。

这款3D打印的 cast 的原理也很容易理解:扫描机获取了患者断裂肢体的具体信息,设计软件可以利用这些信息来构造一个私人订制的cast,并由3D打印机打印出来。近日,一家位于西班牙,名为Xkelet的初创公司,因为设计这款cast,赢得了德国红点设计大奖(一项很有名望的国际设计大赛)。

西达-赛奈的骨科医生Dr. Carol Lin说道,这款cast对于评估皮肤的健康与重新清理创伤是很有帮助的,尤其是对于皮肤很薄的老年人,也可以减少病人来医院随访的次数。

3D打印生命阶梯

“3D打印”,即“三维立体打印”,是快速成型(Rapid prototyping)技术的一种,是一种由CAD(计算机辅助设计)数据通过成型设备以材料累加的方式制成实物模型的技术。3D打印技术以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体。

美国康奈尔大学机械工程与计算机科学技术教授胡迪·利普森在2013年出版了《3D打印:从想象到现实》一书,提出了一个“3D打印生命阶梯”的概念。利普森教授认为:把身体各部位根据复杂性排列成一个很高的阶梯。无生命的假肢会位于阶梯的底层;中层将是简单的活性组织,如骨与软骨;简单组织之上将会是静脉和皮肤;最靠近阶梯顶层的将是复杂且关键的器官,如心脏、肝脏和大脑;生命阶梯的顶层将是完整的生命单位。

 目前,3D打印技术已经实现所构想的阶梯的底层,中层,甚至高层。或许有一天,完整功能的人造生命形式也能通过神奇的3D打印技术来实现哦。