3、医疗领域的3D重建与数字打印技术

医疗领域的3D重建与数字打印技术

1. 引言

3D打印作为一项快速发展的革命性技术，在制造业产生了重大影响，广泛应用于航空航天、军事、工程、建筑、化工、汽车和医疗等多个领域。与传统方法相比，3D打印（即增材制造技术）能轻松制造具有复杂内部结构和设计的产品。汽车和航空航天行业使用3D打印技术已有30多年，而医疗和制药领域则随着新型可生物降解材料的发展开始应用该技术。如今，3D打印在临床领域的应用迅速扩展，涵盖了从个性化植入物到防护设备等多个方面。

医疗3D打印的历史可追溯到1983年Chuck Hull发明的立体光刻技术。此后，该技术不断发展，如1988年首次进行细胞微定位生物打印，90年代初开始3D打印牙科植入物和定制假肢等。近年来，技术的进步使得利用人体细胞打印器官成为可能，如2019年巴西研究人员成功3D打印出具有完整肝脏功能的迷你肝脏。

医生通常依靠二维（2D）的X射线、CT和MRI图像来了解病理情况，但3D重建技术可以增强对病理和结构关系的理解和可视化，有助于更准确地进行手术规划。3D打印模型还具有触觉特性，可用于分析复杂病例、进行手术练习以及医学教学和患者教育。此外，器官移植需求的增加推动了组织工程的发展，3D器官打印相比传统支架制造技术具有更高的设计灵活性和自动化程度。3D打印的个性化药物能够提供适合每个患者的准确剂量，促进药物吸收，并控制细胞分布和细胞外基质以进行药物测试。

2. 文献综述

医学从业者利用3D重建模型进行诊断和预后决策，患者特定的重建模型有助于外科医生处理复杂病例，增强其信心。3D打印的最大优势在于定制化，能减少不必要资源的使用，降低频繁修改部件的成本，且与传统植入物制造相比，具有速度快和可重复性好的特点。