三维打印正在改变医疗护理，使医疗领域从大规模生产的解决方案转向为每位患者量身定制的治疗方法。例如，研究人员正在开发专为儿童设计的3D打印假手，使用轻质材料和可适应的控制系统。
这些不断进步的3D打印假肢技术展示了其日益增长的可负担性和可及性。这种个性化假肢的成功案例突显了3D打印的好处，其中通过计算机辅助设计软件生成的对象模型被传输到3D打印机并逐层构建。
我们是生物医学工程师和化学家，研究3D打印。我们研究这项快速发展的技术不仅为假肢提供了新的选择，还为植入物、手术规划、药物制造和其他医疗需求提供了新的选项。3D打印能够以各种材料制作精确形状的物体，已经导致了定制关节替换和定制剂量的多药片剂等应用。
更好的身体部件
三维打印在医疗保健中的应用始于20世纪80年代，当时科学家们使用立体光刻等技术逐层创建原型。立体光刻使用计算机控制的激光束将液态材料固化成特定的3D形状。医疗领域很快看到了这项技术的潜力，可以为每位患者设计特定的植入物和假肢。
最早的应用之一是创建组织支架，这些结构支持细胞生长。波士顿儿童医院的研究人员将这些支架与患者的自身细胞结合，构建了替代膀胱。接受植入的患者在多年后仍然健康，证明了3D打印结构可以成为持久的身体部分。
随着技术的进步，重点转向了生物打印，即使用活细胞创建功能性解剖结构。2013年，Organovo公司创造了世界上第一个3D生物打印肝脏组织，开启了创造用于移植的器官和组织的激动人心的可能性。尽管在生物打印方面取得了显著进展，但创造完整的功能性器官（如肝脏）用于移植仍处于实验阶段。当前的研究集中在开发较小、较简单的组织，并改进生物打印技术以提高细胞的生存能力和功能。这些努力旨在弥合实验室成功与临床应用之间的差距，最终目标是为需要的患者提供可行的器官替代品。
三维打印已经彻底改变了假肢的制造。它允许假肢制造商生产价格合理且完全适合患者的定制设备。他们可以根据每个个体的需求定制假手和肢体，并且随着孩子的成长轻松更换。
三维打印的植入物，如髋关节置换和脊柱植入物，提供了更精确的贴合度，这可以改善它们与身体的整合。传统的植入物通常只有标准形状和尺寸。
一些患者在接受事故后接受了定制的钛面部植入物。其他人则用3D打印的植入物替换了部分颅骨。
此外，3D打印在牙科领域也取得了显著进展。像Invisalign这样的公司使用3D打印来创建定制的牙齿矫正器，展示了个性化牙科护理的能力。
科学家们还在探索3D打印的新材料，如可以替代受损软骨的自愈生物玻璃。此外，研究人员正在开发4D打印，这种技术可以创建随时间变化形状的对象，可能带来能够适应身体需求的医疗设备。
例如，研究人员正在开发能够响应血流变化的3D打印支架。这些支架设计成可以根据需要扩展或收缩，减少堵塞的风险并改善患者的长期结果。
模拟手术
三维打印的解剖模型经常帮助外科医生理解复杂的病例并提高手术效果。这些模型由X射线和CT扫描等医学图像创建，使外科医生能够在手术前练习程序。
例如，一个3D打印的儿童心脏模型使外科医生能够模拟复杂的手术。这种方法可以缩短手术时间，减少并发症，并降低费用。
个性化药物
在制药行业，制药商可以3D打印个性化药物剂量和递送系统。精确地层层叠加每种药物成分意味着他们可以制造出每个患者所需的精确剂量。3D打印的抗癫痫药物Spritam于2015年获得美国食品药品监督管理局批准，用于输送非常高剂量的活性成分。
使用3D打印的药物生产系统正逐渐走出制药工厂。这些药物有可能在社区药店中生产和配送。医院开始使用3D打印在现场制造药物，允许根据患者的年龄和健康状况制定个性化治疗计划。
然而，需要注意的是，3D打印药物的法规仍在制定中。一个担忧是，打印后的处理可能会影响药物成分的稳定性。还需要明确指南并决定3D打印应在何处进行——无论是药店、医院还是家庭。此外，药剂师需要接受这些新系统的严格培训。
未来的打印
尽管3D打印在医疗保健领域的整体进展非常迅速，但仍存在重大挑战和机遇。其中之一是需要开发更好的方法来确保3D打印医疗产品的质量和安全性。可负担性和可及性仍然是重要问题。关于植入材料的长期安全性的担忧，如潜在的生物相容性问题和纳米颗粒的释放，需要严格的测试和验证。
虽然3D打印有潜力降低制造成本，但设备和材料的初始投资可能对许多医疗服务提供者和患者来说是一个障碍，尤其是在服务不足的社区。此外，缺乏标准化的工作流程和训练有素的人员可能会限制3D打印在临床环境中的广泛应用，阻碍那些最能从中受益的人的获取途径。
令人鼓舞的是，能够有效利用大量详细医疗数据的人工智能技术可能在开发改进的3D打印医疗产品方面发挥关键作用。具体而言，AI算法可以分析患者特定的数据，优化3D打印植入物和假肢的设计和制造。例如，植入物制造商可以使用AI驱动的图像分析从CT扫描和MRI中创建高度准确的3D模型，用于设计定制植入物。
此外，机器学习算法可以预测3D打印假肢的长期性能和潜在故障点，使假肢设计师能够优化以提高耐用性和患者安全性。
三维打印继续突破界限，包括人体本身的界限。加州理工学院的研究人员开发了一种技术，使用超声波将注入体内的液体转化为3D形状的凝胶。该方法有一天可能用于药物递送或组织替代。
总体而言，该领域正迅速朝着个性化治疗计划发展，这些计划紧密适应每个患者的独特需求和偏好，而这得益于3D打印的精确性和灵活性。
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