文档介绍：3D打印应用前景
3D打印技术在耳鼻咽喉科领域的研究现状与应用前景
2015-02-25 16:05 来源：中华耳鼻咽喉头颈外科杂志 作者：赵丹珩 孙建军
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3D打印技术被认为是制造业的一次革骨链重建材料和方法进行替代手术，是目前耳显微外科研究的重点方向之一。迄今，用于听骨链成形的有钛合金听骨、HA听骨等，因为其良好的生物相容性、稳定性以及可塑性而在临床中应用较为广泛。
但是听骨结构精细、病变类型复杂以及个体外形差异等原因，术中只能选择长度、角度、外形与其接近的人工假体加以塑形、雕刻后植入。上述过程不仅增加手术时间与操作难度，而且影响听骨链的传声效率。
基于高分辨率CT扫描技术，应用后期二维多平面重组和三维容积重建技术，可以在术前明确患者的听骨链病变情况16]，并可据此有针对性地设计出重建听骨链所需之全替代假体（TORP）或部分替代假体（PORP），甚至完全还原听骨链自然形态的适形假体。如果将上述构想与计算机辅助的快速成形技术结合，将有可能制备出真正意义的个性化听骨赝复体。
多孔钛合金植人材料除了体积和质量与正常骨组织接近、质地坚硬，具有良好的生物相容性和声传递性能外，而且无强磁性，不影响MRI检查，其核心在于它的多孔结构。熊耀阳等应用3D打印成形技术制备孔径大小介于50-150 μm的多孔纯钛植入体原胚，通过检验其孔隙率、体积密度、维氏硬度、抗压强度及弹性模量测试，验证了3D打印成形技术在制备个体化多孔钛质植入体的广阔应用前景。
文献报道，孔径大于100 μm的三维连通孔隙有利于细胞生长，可增加植入体的稳定性。术前根据患者的高分辨率CT扫描结果，明确患者的听骨链缺损情况，设计好重建听骨链的人工听骨的三维影像，输入3D打印机，有可能制备出高度个性化的多孔钛合金植入听骨。
术中无需雕刻、截短、扭曲，实现理论上最佳的听骨链重建，且术后自体纤维结缔组织甚至骨组织会沿着植入体的孔隙生长，使其结合更加紧密，降低重建后脱位的风险。由于听骨链结构精细，制作精度要求极高，需使用目前打印精度最高的（可达到20 μm）直接金属激光烧结模式。它是在3D模型数据控制下，通过使用高能量激光束，局部熔化金属基体同时烧结固化粉末金属材料，并自动逐层堆叠，最终生成致密的几何形实体部件。
2. 3D打印与组织工程技术的融合：在生物工程与再生医学领域中，3D打印技术除了可用于器官模型的制造与手术方案策划、假体植入物构建外，个性化组织工程支架材料以及细胞或组织打印方面的研
究也成为研究的热点。应用计算机辅助设计和3D打印技术，快速制造个体化的组织工程支架材料、甚至可以携带细胞对组织缺损部位进行原位细胞打印，Devillard等应用激光辅助生物细胞打印制备了含活细胞的生物墨水、生物打印纸，并设计了相关流程。
该技术的成熟与完善不仅能实现修复材料与患病部位的完美匹配，甚至能在微观结构上调控材料的结构以及细胞的精确排列，更有利于促进细胞的生长与分化，获得理想的组织修复和功能重建效果。
李雪盛等通过动物听骨链缺损的修复实验表明：含缓释骨形态发生蛋白2（BMP-2）的组织工程化听骨赝复物，植入听泡3个月后，可诱导靶区新骨形成，且对耳蜗形态结构无影响。Muller等：骨样细胞系（Saos-2），其复合体可用于3D打印成骨细胞支架。随着材料学的进一步发展，用3D打印技术打印出含二氧化硅海藻酸凝胶包裹缓释BMP-2的组织工程化个性化骨赝复物，植入体内3个月后，伴随着新骨的生成及支架的降解，实现自体再生骨原位重建成为可能。
3．无活性软性假体的构建与适形修复：3D打印技术在耳鼻咽喉科其他非组织相容性需求部位的修复中也有广泛的需求，且技术相对简单。对于一些单纯外形缺损的修复与填充，如面部组织缺损、耳廓缺损、鼻部组织的缺损，目前可供患者选择的赝复体都基本是由医疗器械公司提供（手工制作而成），费时费力、成本较高。如若采用3D打印机，则可根据患者健侧外形建模打印，充分发挥3D打印“不惧复杂、个体成形”的特点，可提高外形逼真度，大幅降低成本。    
在本学科其他领域内3D打印技术也有着广泛应用：全球用3D打印的耳道内助听器的使用者已超过千万，其舒适度远超传统方法制作耳模，但制作成本却大大降低。此外，3D打印用于治疗睡眠呼吸暂停的定制型口内阻鼾器已经广泛用于临床，其适形性及舒适性明显提高，从而提高了患者使用的依从性。
应用3D打印技术构建上述高适形假体的过程包括：先对病变或缺损的部位进行图像扫描，再将数据用特殊软件处理成为可行性设计文件。最后，根据精确设计提供的数据应用相关材料（用硅胶、陶瓷或者柔软而有弹性的透明塑料）完成3D打印。
四、影响3D打印技术临床应用的主要因素    
1．材料与打印技