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用3D打印给你做个超级英雄的假肢

发布时间:2015-03-25作者:器械科

在专业3D打印设备的制造商正特意为牙科使用者研制推广3D打印技术的同时,其在非牙科医疗领域的应用也正进入全新的快速发展时期。

3D打印心脏的特写

医疗卫生是当今引发持续讨论的话题,但医疗卫生并不都和政策有关。治疗和技术的创新正在改革人们的医疗关怀方式,尽管某些方法要么是难以跟上时代,要么是与改善生活或拯救生命的目标相去甚远。现在,随着辅助制造行业的快速发展(这些越来越受欢迎的技术经常指3D打印机),医疗卫生行业的未来正以熟悉同时又引人注目的方式进步着。

在专业3D打印设备的制造商正特意为牙科使用者研制推广3D打印技术的同时,其在非牙科医疗领域的应用也正进入全新的快速发展时期。

3D打印:个性化医疗

在制造业背景下,相比于与其他热门产业例如航天、汽车等,3D打印的医疗应用是相当独特的。为什么呢?答案显而易见,在所有的医疗卫生应用中都体现着人类元素,与拯救人类生命或者显着提高人类生活质量这样的成功结果相比,花费成了次要的顾虑。

但根据我们最近对这个领域的十年预估,在数字3D设计,医学成像和3D打印领域有异常强烈的协同作用,三者相互促进是解决医疗问题的力量,医生们可以通过病人自身的数据而捕获(结果),进行操作,并最终借助3D打印技术运用任何形状和大小的物理解决方案。没有这样的技术,个性化医疗很难实现,因为病人们需要能够简单快速制造的独一无二的元件。

3D打印技术有潜力通过各种革命性的医疗解决方案来影响千千万万的人,尤其是其中两块特别有趣的领域:外科手术和其他棘手健康状况的治疗。

改革手术方式

在如今的手术室里,尽管医生们能够很容易地将一台手术里习得的经验教训应用于其他手术,3D打印在手术室里的应用一般仍局限于相对较少的手术类型。举个例子,有关3D打印医疗模型使用的前沿案例研究正在迅速地引起关注,例如两岁的米娜?可汗(Mina Khan)和她所使用的心脏模型就使用了这一技术,该模型使外科医生能构建定制的移植心脏来修补她心室的缺陷。

外科医生们认识到3D打印技术能减少手术时间,降低错误或是并发症的风险,并且可通过使用3D打印的手术模型和工具来为病人提供更好的结果——在目前实现面部移植的努力中这是显而易见的。

现在专业的3D打印机使用有多种纹理、透明、灵活的光固化型树脂,所以在手术开始前,外科医生可以根据病人骨头、血管或是其他器官的CT扫描数据来计划复杂的手术,然后转成3D打印的电子文档以供操作研究。对于涉及到打断或是钻入骨骼结构的手术,例如下颚手术、全膝关节置换术或是其他涉及到关节的手术,3D打印也能够根据打印的定制参考的和工具完美适用。

运用医学成像和3D建模技术,医生们现在也可以用3D打印机来建造可以被固定到病人骨骼结构的临时工具,为重塑骨架提供一个精准的“蓝图”,从而完美地适应标准大小的植入装置。定制的打印钻孔导板保证螺钉被准确放置以确保与病人身体合适匹配。

在十年内,3D打印的医疗模型和定制的手术导板很可能成为许多手术的标准流程,包括心脏手术、,下颚手术、,全膝关节置换术、,髋关节置换术、,颅内植入、,肩关节手术、,脊椎手术或者更多其他手术。

让不可治变得可治

在快速发展的3D打印医疗手段中,最振奋人心的结果之一就是它能给予原先毫无希望的病人以帮助,无论是经济上的困难还是特定条件下的限制。全世界上百万人都无法接受关键性手术治疗,现在,一些案例中,3D打印正帮助人们消除那些障碍。

安装假肢手和人工桡动脉(在手肘以下)时存在一个奇特的现象。就总市值而言,大部分医疗设备公司对于这类假肢的需要并不会增加。传统的人工桡动脉十分昂贵,一般来说每个产品花费在一万到两万美元,甚至更多。假肢会逐渐退出广泛应用,并且如果病人还年轻并仍在成长中,一副假肢是不现实的——尤其当病人还要依靠另一个功能健全的肢体时。一千个人中没有一百个也有十个人能在人工桡骨帮助下过上更好的生活,但他们现在根本就不能享受一个可行的解决方案。

然而3D打印正改变这种局面——迅猛地改变。

过去两年里,涌现出大量完全定制的功能性假肢,它们甚至用最廉价的3D打印机就能完成。根据e-Nable在内的志愿者团体联系打印设备与需要假肢者的经验分析,这些假肢的总成本(包括材料在内)不过几百美元。

这是一个计划用于面部移植的3D打印模型。

甚至对于没有3D打印机的人来说,拥有功能型假肢手也突然成为可能——包括了那些假肢仅仅几个月就不适应生长中的身体,而在童年时代饱受煎熬的孩子们。现在,只要拥有了一台打印机,就可以在24小时内为儿童打印出新的假肢。并且,这些假肢完全实现了“私人订制”。现在,许多孩子因为拥有仿制其最爱的超级英雄的假肢而兴奋不已。

植入用3D打印髋和脊椎尽管仍只占有整个植入物品市场的极小一部分,却成为技术治愈不治之症的又一伟大案例。

专业医学移植提供者正用工业打印机为病人打造定制的植入物,否则那些病人们很难找到用传统方式植入的办法。随着人口老龄化程度增加,老年人身体机能正在退化,所以不太可能让他们的髋接受两次甚至三次手术。通过3D打印制造专业植入物往往是有希望长效治愈患者的唯一方案。

接下来是什么呢?

除了模型,手术导板和植入物等已经证实的方法,工程师们也在探索更具实验性又有可能改变生活的途径。

骨骼支架的现状几十年来基本都不受质疑。传统的玻璃纤维外套需要专业人员辅助穿戴,而其臃肿的设计和保持干燥的限制很大程度影响了日常生活。优雅的3D打印支架不久将打破这一局面,因为病人可以在数秒间迅速地打开关闭支架,同时其材质让皮肤得以呼吸不至于腐烂分解,克服了传统玻璃纤维外套的一大弊病。该设备能够简单迅速穿脱的性能节省了骨折病人与专家90%的预约时间。同时,轻巧贴身的设计让穿戴者在愈伤期间更加自由地过正常生活。

3D打印医疗卫生方案仍有待提高。当桡骨假肢技术迅速发展时,腿部假肢仍面临严重的3D打印挑战:单单使用最易获得的打印机和打印材料不能满足持续增长的对于假腿的需要。定制的3D打印“罩子”本质上是对传统金属假腿美化,这也许是3D打印唯一能对假腿改进的领域了。但是在这一领域或是其他领域的未来创新潜力不可限量

正是医疗设计的创新者们愿意跳出常规思考,3D打印才能推动医疗卫生的变革。3D打印的医疗应用无论是处在最初的实验阶段还是已经处于改革医疗实践的前沿都以以下三点为旨:能够治疗更多原先无法医治的病人;给病人更好地疗效;消耗医学专家更少的直接关怀时间。这就是医疗卫生行业的未来——3D打印让医生治疗更多病人,承担更少风险。(撰文:斯科特?邓纳姆 翻译:尤衡一 审稿:董子晨曦)

关于作者:斯科特?邓纳姆(Scott Dunham)是SmarTech Markets Publishing公司的一位高级分析师,这是一家专营辅助制造和3D打印的公司。邓纳姆经常在世界范围的3D打印工业活动担任重要发言人,并且将出席4月1日Additive Disruption峰会和5月19日的RAPID会议。他在Live Science上发表了这篇文章。




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