4. 支撐的處理。這是一個(gè)非常重要的因素。像圖3 所示的模型我們必須采用無(wú)支撐的方式進(jìn)行打印，因?yàn)槲⒓?xì)血管的體積幾乎和支撐處于同一數(shù)量級(jí)，去除支撐將損壞模型的結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在很多3D打印機(jī)通過(guò)雙噴頭技術(shù)打印蠟或在水溶液中能溶解的支撐材料，從而將支撐的去除做到無(wú)損傷。

圖3 鐘世鎮(zhèn)院士血管灌注解剖標(biāo)本的3D打印復(fù)制

5. 打印成本。技術(shù)/ 經(jīng)濟(jì)性能是重要的綜合指標(biāo)。為支撐上海市第一人民醫(yī)院母子拼肝手術(shù)，我們直接用美國(guó) Stratasys — Connex 3 設(shè)備打印，如圖4a所示，質(zhì)量固然很好，但成本高昂，只能用作科研服務(wù)，根本無(wú)法在臨床中推廣。我們對(duì)打印工藝進(jìn)行改進(jìn)，使模型既滿足醫(yī)學(xué)需求，成本又降低到患者可以承擔(dān)，如圖4b 所示。

圖4 兩種不同打印工藝制作的肝臟模型

結(jié)論：必須根據(jù)臨床需求專業(yè)地選擇打印設(shè)備，用一個(gè)簡(jiǎn)單的FDM桌面機(jī)到處為醫(yī)院作打印服務(wù)的現(xiàn)象頗顯混亂。

個(gè)體化治療是21 世紀(jì)臨床醫(yī)學(xué)發(fā)展方向之一。上海交通大學(xué)和原上海第二醫(yī)科大學(xué)早在上世紀(jì)80 年代就合作開展個(gè)體化人工關(guān)節(jié)置換的臨床研究，圖5 是當(dāng)時(shí)的一個(gè)成功案例：患者的兩個(gè)髖關(guān)節(jié)先天發(fā)育不正常( 圖5a )；通過(guò)CT 數(shù)據(jù)圖像處理和三維建模，獲得計(jì)算機(jī)屏幕上的骨骼三維模型( 圖5b)；但它還不能滿足“量體裁衣，度身定做”個(gè)體化關(guān)節(jié)的需求，為此關(guān)注到國(guó)外發(fā)展的快速原型技術(shù)。鑒于國(guó)內(nèi)當(dāng)時(shí)尚無(wú)這種設(shè)備，我們根據(jù)其原理，按CT 片切割塑料板，手工堆積制作了骨盆和髖關(guān)節(jié)的實(shí)體模型( 圖5c )，設(shè)計(jì)制造了個(gè)體化人工髖關(guān)節(jié)( 圖5d)，手術(shù)取得了成功( 圖5e )。這項(xiàng)個(gè)體化關(guān)節(jié)置換技術(shù)通過(guò)產(chǎn)業(yè)化在國(guó)內(nèi)推廣應(yīng)用，獲2004 年國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

圖5 3D打印模型支撐下完成的個(gè)體化人工關(guān)節(jié)置換案例

利用3D 打印模型預(yù)制接骨板的技術(shù)已成為今天臨床廣泛應(yīng)用的技術(shù)。

長(zhǎng)期以來(lái)，個(gè)體化植入物主要通過(guò)切削加工中心制造，時(shí)間長(zhǎng)、工藝復(fù)雜。金屬直接3D打印的出現(xiàn)成為個(gè)體化骨科植入手術(shù)的強(qiáng)大推力，它能快速地制作形態(tài)復(fù)雜的植入物。圖6 是國(guó)內(nèi)北京大學(xué)第三醫(yī)院和第四軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院的一些成功案例。

圖6 兩大醫(yī)院的成功案例

金屬3D打印最大的優(yōu)勢(shì)是可以制作多孔結(jié)構(gòu)骨科植入物，它是傳統(tǒng)切削加工無(wú)法實(shí)現(xiàn)、而又是骨科植入物迫切需要的結(jié)構(gòu)，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1. 可以用比較輕的重量實(shí)現(xiàn)三維解剖結(jié)構(gòu)的幾何仿真。

2. 可以通過(guò)不同的多孔結(jié)構(gòu)、孔徑、孔隙率的變化，調(diào)整植入物的剛度，改善植入物的應(yīng)力遮擋效益。

3. 多孔表面通過(guò)微納米修飾技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)植入物和骨組織、甚至軟組織的長(zhǎng)合。

4. 可以在孔隙內(nèi)植骨或生成組織工程化骨，降低植入物中人工材料的用量，增加生命骨的成分，將骨科植入物設(shè)計(jì)提升到一個(gè)新的技術(shù)層面。

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