3D打印定制個性化手術刀

寂靜天花板

　3D打印技術所具有的快速性、準確性數字化模型驅動的個性化制造及擅長制作復雜形狀實體的特性，使它在醫學領域有著非常廣泛的應用前景。目前，一些醫療專家已經成功通過3D打印技術，根據各自的專業、需求，定制個性化手術器械。同仁醫院的眼科醫生正是依靠該技術，為自己定制了一把手術刀。
　　個性化的手術刀
　　3D打印在學界被稱為增材制造，或者快速成形。傳統的加工方法是切削加工，而3D打印是一種利用材料層層堆積，制造三維實體結構的技術。它最重要的特點就是可以個性化定制和對復雜結構的制造。

　　北京市計算中心的齊軼鵬博士告訴《中國科學報》記者，在醫療領域，無論是被施術者還是施術者，都存在個體差異，有了3D打印技術，通過獲取病人和醫生的數據，可以提前進行手術規劃、器械規劃。

& ?) |' {& f9 H　　這把定制的手術刀看上去并沒有什么特別，但齊軼鵬透露，刀頭的夾角是其中的關鍵所在。同仁醫院的眼科醫生希望通過調整角度，使手術刀既符合自身的使用習慣，又有利于提升對特定病人的手術成功率。

7 k9 M5 b" S. D& Q　　“最初，是由醫生提出自己的需求，我們據此快速完成數字化模型構建，而后精確快速原型迭代。”齊軼鵬表示，該手術器械的定制過程并不復雜。手術刀的方案設計只用了1個小時，3D技術打印出原型僅用半個小時就立等可取。

: ~; t2 [. P2 v$ V　　在他看來，這種制作方法最大的優勢在于響應速度。“患者從入院到手術一般不會超過一周時間，因此，手術、器械規劃都需要在一周之內完成。傳統的加工方法無法在這么短的周期內完成所有的流程。”

/ [. w0 A( G4 i! I　　材料與成型技術
　　據齊軼鵬介紹，目前，3D技術的發展特別依賴于材料和成型技術的配合。
& x9 g/ A! G8 X) q# ?$ F* A7 i
　　在醫學領域，根據不同的應用需求，打印材料一般可以分為四種。第一種統稱為沒有生物學性能的材料，主要用來制作體外的個性化模型，用于手術規劃、疾病治療，或者輔助大夫與患者溝通，手術器械就是其中之一；第二種則是具有生物相容性的材料。用這種材料制作的個性化器件就可以植入到體內，幫助修復缺損的器官，恢復功能；第三種是可降解的生物活性材料。這種材料可以幫助體內組織的再生，同時它可以被身體吸收并排出。

　　前三種材料都是沒有生命的，而在醫學3D打印中，最有挑戰性的打印材料是有生命的，即把活細胞當作打印材料，它可以打印出細胞構成的三維結構，用于研究組織的再生、研究疾病發生的原因和藥物作用等。

　　除此之外，在諸多的成型技術中，POLYJET技術是齊軼鵬認為的目前在性能和精度方面最為出色的，醫用3D打印多采用的是這種方法，此次定制的手術刀也正是使用該打印技術成型的。
, e9 }# \: ^& w. h' M7 e' {
. ~* E" }; j0 O; o) t1 Z　　齊軼鵬說，POLYJET被稱為樹脂噴射固化技術，它所使用的是一種光敏樹脂材料。這種材料對特定波長的光十分敏感，照射后可以固化。POLYJET類似于一種“噴墨打印機”，在成型室里鋪上一層超薄的光敏樹脂。每鋪完一層后，噴頭架邊上的紫外光球立即發射紫外光，快速固化和硬化每層光敏樹脂。每打印完一層，機器內部的成型底盤就會極為精確地下沉，而噴頭繼續一層一層地工作，直到原型件完成。
) @5 _" ?4 l8 H5 [' w
　　在成型時，POLYJET使用了兩種不同的光敏樹脂材料：一種是用來成型實體部件的成型材料，另一種類膠體則用來作為支撐部件的支撐材料。成型完成后，只用一個水噴頭就可以輕易地移除支撐材料，留下光滑的表面。
7 U3 A) V$ x6 L. X& U
　　他告訴記者，POLYJET技術是由國外公司發明并申請專利的，目前在國內并沒有自己的設備和專利許可，必須依賴進口，因此，能夠使用該打印技術的機構也寥寥無幾。
6 n; W  X5 p* E; A
% K2 e6 y0 D3 w$ z0 r$ X& ?0 @# Y　　普及面臨挑戰
* l) j/ D4 Q+ H% t# {) Z9 \& G0 w　　盡管，3D打印在醫療領域應用潛力無限，但我國尚無相關的3D打印醫療器械安全有效評價體系和法律支撐。《醫療器械注冊管理辦法》中明確規定，3D打印醫療器械的臨床研究必須報CFDA審批后才能進行。齊軼鵬表示，目前，醫療人員還無法在醫療實踐中使用3D打印的醫療器械，只能作為實驗治療用。
. F, k( I1 a- r: v0 x2 r' b' ?
2 }$ ?! }: e) k# u6 O" q& F4 Y　　“適用3D打印的材料還在研究階段，且國內3D打印機核心技術相對薄弱，已有的成型技術發展得比較粗糙。”齊軼鵬坦言，要在醫療領域深入、普及3D打印依然面臨技術挑戰。