【中關村在線辦公列印頻道原創】「喂，什瑪特，拿吃的來！」在很多俄羅斯童話裡，達官顯貴都會這樣招呼一個看不見的僕人，再用他憑空拿出來的麵包、烤肉和格瓦斯招待賓客。但如果這些故事發生在現在，「什瑪特」的工作很可能增加了一項新的內容：「喂，什瑪特，拿一條新的胳膊來，治好我剛剛在戰場上受的傷！」
3D列印為何成手術臺上那顆救命的稻草？
這種科幻搬的場景如今已經成為現實，這得歸功於3D列印技術的進步。目前，3D列印已經廣泛應用於醫療行業，醫生們通過3D列印製作人體某一部分的模型來輔助外科手術，或者為某些治療過程提供引導、輔助，甚至直接在人體植入3D列印「人體器官」等等，都已成為現實。
3D列印的器官可用於戰場療傷（電影《辛亥革命》截圖）
（圖源：baidu）
可以想像，未來某一天，我們的身體器官壞了，怎麼辦？掏出手機，掃一掃，輸入電腦，連結3D印表機，分分鐘列印出一個一模一樣的替代品，植入我們的身體，我們的細胞能生長在其中，我們的血液能在其中流淌，甚至這些替代品能夠與我們血肉相連……3D列印的定製化人體組織成功應用於手術，不僅解決了困擾世界醫學領域許久的難題，更是讓科幻片中的情景不再是夢。
（圖源：baidu）
3D列印幫助更多的醫生降低了手術風險，讓患者解除痛苦，突破了傳統手術無法攻克的難題，似乎成了手術臺上唯一救命的稻草。儘管3D列印在生物醫學的應用屬於起步階段，但短短數年發展至今已有不少令人嘆為觀止的成果。
一、MIT新系統將MRI轉化為可3D列印模型只需1小時
近日，麻省理工學院的研究人員與波士頓兒童醫院的醫生聯合研發出一種利用3D列印技術列印心臟模型圖的醫學系統。這種系統可以在數小時內將MRI掃描數據轉化成可3D列印的醫療模型。
3D列印心臟醫療模型
（圖源：3ders.org）
該系統以核磁共振成像為藍本，只需掃描心臟的8個橫截面輪廓，通過設計好的算法，一小時內就能列印好心臟模型，不必再像以前一樣花費近10個小時且多次掃描。3D列印技術目前已應用於多種領域，使得科技向前邁進一大步。
二、我國首個3D列印人工髖關節獲國家批准
近日，我國首個3D列印人體植入物——人工髖關節產品獲得國家食品藥品監督管理總局註冊批准，該產品也是國際上首個通過臨床驗證後獲得註冊的3D列印人工髖關節假體。本次獲得註冊的人工髖關節產品屬於三類骨科植入物是我國監管等級最高的醫療器械產品。
3D列印人工髖關節
（圖源：3ders.org）
曾主刀完成世界首例應用3D列印技術人工定製樞椎治療寰樞椎惡性腫瘤的北京大學第三院骨科主任劉忠軍坦言，此次審批註冊成功，意味著3D列印植入物得到了認可，為同類產品獲批開闢了先河。後續研製的同類產品也有望加速得到審批。該產品為患者提供了使用先進技術治療病痛的有效手段，產品國產化後將打破國外產品對高端市場的壟斷，大大降低價格，為患者節約大筆醫療支出。
三、3D列印鈦合金胸肋骨拯救癌症患者
近日，西班牙一家醫院成功施行了首例3D列印鈦合金胸肋骨植入手術，被治癒的是一名54歲的男子，他被診斷出胸壁肉瘤，這個惡性腫瘤的生長位置比較特殊，與他的胸肋骨部分長在了一起，為達到更好的治療效果，西班牙薩拉曼卡大學醫院的手術小組藉助了3D列印技術。
3D列印鈦合金胸肋骨結構
該團隊首先通過高解析度的CT掃描患者的胸腔，然後重建了一個包括腫瘤在內的模型，以便外科醫生準備規劃並儘量減少對患者的身體傷害。然後利用從病人身上獲取的掃描數據創建了植入物的3D數字模型，然後再利用使用澳洲聯邦科學與工業研究組織（CSIRO）在今年5月剛剛建立的Lab 22中的Arcam 3D印表機製作出了最終的成品。如今患者已經出院，身體狀況良好。
四、納米級微型製造技術新突破：3D列印血管
近日，歐盟支持的一個名為ArtiVasc 3D的研究項目有了新進展，該項目的目標是開發出一種全新的納米級微型製造技術，用來製造含有血管的人造組織，一旦這個項目獲得成功，就有可能與新陳代謝的組織相結合，共同製造出可實用的、能夠創建出替代組織供人類使用的系統。
血管是整個技術的核心，也是軟組織開發過程中最具挑戰性的問題之一，因為它是為人造皮膚這樣的多層組織提供營養的關鍵。只有具備了和真實血管一樣的供養能力，人造組織才有可能進一步生成表皮和真皮之類的上層組織。目前科學家們在人體以外獲得的這種多層組織厚度僅有200微米，但是一個完整的皮膚系統包括皮下組織，其厚度可以達到幾毫米。
研究者們還表示，他們已經開發出了一整套的工具，能夠靈活適應各種不同的材料、形狀、和尺寸。此外，他們還利用現有皮膚模型相結合的方式，在一種新型的生物反應器中成功培養出了厚度高達12mm脂肪組織。
五、3D列印促成世界首例兒童雙手移植手術
8歲美國男童Zion，在他兩三歲的時候，遭遇了一場生死劫，由於細菌感染，導致他身體很多器官衰竭，威脅到了他的生命。作為一個兩三歲的孩子，Zion失去了他的雙手和膝蓋，同時也失去了腎臟功能，不得不從媽媽Pattie Ray身上移植一個腎過去。但是這也意味著，Zion的餘生都將伴隨著抗排斥藥物。
8歲美國男童Zion
辛運的是，來自賓法尼亞醫學院的醫生為其實施了雙手移植手術。為了確保這次移植能夠成功，醫療團隊對他的前臂進行了詳細的CT掃描。Levin博士和他的團隊成員根據他們掃描的數據製作了3D列印樣品。3D列印出來的樣品的內部構造和Zion的手臂數據完全一樣，這個精確測量3D列印模型手讓醫生得以確定捐贈者的肢體可以進行成功移植。
目前，Zion正在接受常規的專業治療，以恢復手部的功能，並繼續對任何可能的排斥跡象進行檢測。這是世界第一例兒童雙手移植手術，目前已獲得巨大成功。
六、12歲男孩植入3D列印脊椎為全球首例
2014年8月份，北京大學研究團隊成功在12歲男孩明浩身上植入了3D列印脊椎，這屬全球首例。據了解，這位小男孩的脊椎在一次足球受傷之後長出了一顆惡性腫瘤。為了阻止癌細胞的擴展，醫生不得不選擇移除掉腫瘤所在的脊椎。不過這次的手術比較特殊的是，醫生並未採用傳統的脊椎移植手術，而是嘗試先進的3D列印技術。
3D列印脊椎
研究人員表示，這種植入物可以跟現有骨骼非常好地結合起來，而且還能縮短病人的康復時間。不過這裡需要提醒的是，這種3D脊椎不是所有人都能在家中列印出來的，因為其採用的原料是鈦合金粉末，而這種粉末是不能直接注入到MakerBot等這樣的3D印表機裡使用。
由於植入的3D脊椎可以很好地跟周圍的骨骼結合在一起，所以它並不需要太多的錨定。此外，研究人員還在上面設立了微孔洞，它能幫助骨骼在合金之間生長，換言之，植入進去的3D列印脊椎將跟原脊柱牢牢地生長在了一起，這也意味著未來不會發生鬆動的情況。
七、中國完成世界首例3D列印漏鬥胸矯形手術
近日，第四軍醫大學唐都醫院胸腔外科成功為一名複雜漏鬥胸患者，使用3D列印鈦合金鋼板實施了胸骨抬舉術，在漏鬥胸矯形手術史上實現了重大突破，在國際上尚屬首例。
18歲女孩夏玲
患者是一名來自山西的18歲女孩夏玲，今年她剛參加完高考。並以優異的成績考上了重點醫科大學的臨床醫學專業。然而，很不幸的是，小小年紀的她居然患上了嚴重的胸廓畸形，包括前胸壁重度漏鬥胸、後脊柱S側彎、左側胸廓內凹、右側胸廓外凸。
由於患者胸廓畸形程度比較嚴重，而且前2次手術均失敗，傳統的胸骨抬舉術和矯形鋼板無法達到理想的矯形效果。鑑於胸腔外科此前在3D列印技術方面積累了大量經驗，所以決定使用3D列印技術為該患者製作一個個性化的矯形鋼板。
在進行了一些列嚴密的準備工作之後，該院胸腔外科醫師共同為夏玲實施了漏鬥胸矯形手術，手術歷時6個小時，畸形的胸骨被抬高了近5cm，患者及家屬對矯形效果非常滿意。該鋼板完美貼合患者胸廓，且能夠根據患者的胸廓大小自由伸縮，不僅實現了個人定製，同時克服了傳統鋼板對胸廓的限制作用，在鋼板上增加了伸縮可調節結構。
八、英國男子因腫瘤切除左臉 3D列印重塑面部
2013年，英國《每日郵報》曾報導，英國60歲的埃裡克·莫傑因惡性腫瘤被迫切除了整個左臉，吃飯喝水都極不方便。近日，醫生為他重塑了面部，而重塑的過程主要是利用3D列印技術完成的。
英國男子埃裡克·莫傑
（圖源：騰訊網）
四年前埃裡克·莫傑被診斷出患有癌症，左側臉頰長出了個網球大小的惡性腫瘤。但隨著腫瘤被成功切除，埃裡克不僅失去了左眼，左側顴骨和大部分下顎骨也被切除，整個左臉留下了個大洞，只能藉助餵管進食。
後來埃裡克被引薦給在英國倫敦皇家醫院擁有醫師資格證書的牙醫兼移植專家安德魯·達烏德。達烏德醫生利用3D列印技術幫埃裡克重塑了他的左臉。現在埃裡克看起來和正常人沒什麼區別，並且可以正常的喝水進食，說話也更清晰了。
九、3D列印製造人體器官 何時能夠列印全身？
類似的案例還有很多，這裡就不再逐一列舉，看完上面的案例，相信我們對3D列印在醫療領域的應用已經有了一個大概的印象。於是有人發問，既然3D列印這麼神奇，能夠製造人體器官，是不是就意味著3D列印能夠列印全身各個部位的器官呢？
3D列印製造人體器官
3D列印在醫學領域的應用，是一個由遠到近的過程，離人體越遠的，如義肢、骨骼關節，已經比較普及了。反之，離人體越近的應用，如組織修復和體內器官移植，樂觀估計還需5到10年才能獲得突破。
簡單來說，3D列印在醫學領域的應用，一方面是通過患者病變部位掃描成像，利用3D印表機將二維圖像列印成3D模型，讓病人和醫生更為直觀地觀察和溝通，並根據模型反應的實際情況量身定做手術方案，保證手術精度，另一方面，通過3D模型，用特殊的「墨汁」列印活體細胞，在體外培育出活體組織和仿生器官，再植入人體內。
3D列印人體器官
目前我國人體器官市場的供求比為1：100。單以腎移植手術為例，每年進行移植的患者為3000人，而需求者高達30萬。大多數患者只能在等待配體的過程中病情惡化甚至離世。這些寒心的數據不能不讓人對3D列印寄予厚望。
好萊塢經典電影《重生男人》中有這樣一段劇情：在未來，人們根本不用擔心會因器官病變而死於非命，亦無需等待遙遙無期的捐贈者，只需支付一筆費用，就能獲得一個功能與外表兼顧的人造器官回歸正常生活。
電影《重生男人》畫面：切割人體器官（截圖）
就像電影中描述的那樣，我們真切希望3D列印能在醫療領域發揮出應有的價值，以挽救更多的生命，不過該技術目前還處於起步階段，如何讓3D列印醫療領域真正發揮效用，還需要在列印材料、器官精確數據等多個方面實現進一步的技術性突破。