3D生物打印技术在心脏组织工程中的研究进展

心脏组织工程（CTE）是一种具有发展前景的心脏修复技术，为心脏组织的研究提供了平台，其主要应用于修复受损或无效的血管、心脏瓣膜和心肌。三维（3D）生物打印技术已经越来越多地用于医学的不同领域，包括心血管疾病（CVD）。文章就CTE的3D生物打印技术的最新进展作一综述，针对特定CVD患者的3D打印模型，重点介绍了3D打印模型在先天性心脏病、冠状动脉疾病及主动脉瓣疾病等CAD中的应用，以及生物打印过程中常用于生物墨水的海藻酸盐、明胶、纤维蛋白和胶原蛋白等生物材料，并分析了3D生物打印技术在CTE领域的应用前景及未来要面临的挑战。3D生物打印技术因能够将多个细胞整合到具有复杂3D结构的打印支架中而备受关注，为多种CAD患者提供更多治疗方案，增强了临床医生对复杂疾病的理解和对复杂手术的信心。随着3D打印技术的发展和打印材料的改进，3D打印技术将在CTE中应用会越来越广泛。     

3D打印技术在先天性心脏病伴气管软化诊断与治疗中的应用

目的:运用3D打印技术建立儿童先天性心脏病伴气管软化模型,探讨3D打印建模对于临床诊断和治疗方案制定的意义。 方法:1例先天性心脏病伴气管软化的患儿,行容积螺旋穿梭技术（VHS）CT扫描后获得影像资料;将CT图像导入Mimics 17.0软件并对气管区域进行图像重建后处理,得到气管三维重建模型;再运用3-Matic10.0软件对三维模型进行网格优化操作并保存成STL格式;最后将数据导入Objet 260 3D打印机打印出三维模型。 结果:利用3D打印构建了患儿吸气相和呼气相气管模型,与气管镜检查的结果一致。 结论:通过3D打印技术打印了患儿的全尺寸气管模型,给先天性心脏病伴气管软化的临床诊断和治疗予以有效的协助和指导。     

3D打印在医学领域的应用进展

三维(3D)打印出现于20世纪90年代,最初应用于模具制造、工业设计等领域。随着打印材料的研发和控制技术的完善,其应用越来越广泛。相较于传统制造技术,3D打印在小批次、设计复杂的物件制造上具有成本和效率优势,这也使得3D打印技术在医学领域中拥有极佳的应用前景。本文简述了3D打印技术的相关概念并综述了3D打印技术在医学领域中四个方面的应用:辅助外科手术,如打印3D模型辅助医生进行术前规划,打印手术导板等;打印个性化医疗器械,如打印助听器、义肢、义齿、新型给药系统和个性化内植入物等;应用于组织工程,如打印组织工程支架以及生物3D打印技术等;应用于医学教育和基础科研,如打印3D模型用于临床教学或者解剖教学,打印3D实体模型用于生物力学研究以及3D打印人工组织器官用于药物测试和肿瘤研究等。最后总结了现有3D打印技术的不足之处,并对其在医学领域的发展前景做出展望。     

三维打印技术在肝脏外科和肝毒性评价中的研究进展

三维(3D)打印作为一种新兴的快速成型技术,已广泛应用于生物医学领域。3D打印最初在医学中主要用于可视化模型、模具的构建,但随着生物医学领域3D打印技术的发展,该技术逐渐应用在复杂组织再生和器官重构等方面,通过生物3D打印获得的人工组织和器官,有望用于器官移植以及进行新药研发和药物毒性评价等医药学相关的研究。本文重点阐述了3D打印技术在肝脏外科中的个体化应用,并重点介绍了生物3D打印技术在肝移植、药物肝脏代谢和肝毒性评价中的研究进展,并进一步对其未来发展趋势进行了展望。     

三维打印技术在狭颅症矫治手术中的应用

目的:运用三维(3D)打印技术建立具有精准解剖结构的狭颅症头颅3D模型和模拟术后头颅3D模型,探讨3D打印的3D头颅模型对临床诊断和手术计划制定的意义。方法:1例8个月患有严重狭颅症的儿童,行CT扫描后获得影像资料;使用mimics 18.0软件导入CT DICOM数据并对感兴趣区域做图像重建后处理,得到三维头颅重建模型;再运用3-Matic10.0软件对狭颅症头颅模型进行手术模拟操作,得到模拟术后的3D头颅重建模型;将患者3D头颅重建模型和模拟术后的3D头颅重建模型保存成STL格式;最后把数据导入OBJET 260 3D打印机后即完成建模过程。结果:依据3D打印模型模拟手术操作并设计手术方案,手术顺利实施,患儿在术后恢复了完美的头型。结论:3D打印技术能有效地进行辅助诊断并应用于狭颅症矫治术前手术方案的制定,为狭颅症患者带来个性化、精准化的治疗。     

调控光固化3D打印水凝胶力学性能策略的研究进展

光固化三维(three dimension, 3D)打印技术在组织器官构建等生物医学领域有广泛应用,水凝胶是常用的生物3D打印材料,其力学性能是影响3D打印生物制品质量的重要因素之一。本文从水凝胶网络结构、制备工艺条件及3D打印结构等方面综述了改善光固化3D打印水凝胶力学性能的方法,简述了目前光固化3D打印水凝胶在力学性能研究方面所面临的挑战,为进一步改善光固化3D打印水凝胶的力学性能提供参考。     

生物细胞三维打印技术与材料研究进展

生物细胞三维(3D)打印是一种新型的制造技术,通过该技术可以将细胞以及细胞支撑材料打印成复杂的具有3D结构与功能的组织。与其他3D打印技术相比,生物细胞3D打印需要对打印过程以及打印材料的生物环境进行研究。针对生物细胞3D打印的特点,本文主要讨论了生物细胞3D打印技术的发展现状,重点从打印技术与打印材料两个方面展开介绍。其中,针对现有打印技术,本文重点介绍了喷墨法、挤出沉积法、光固化成型法以及激光辅助法的精度、制备过程、材料要求以及对细胞状态影响,并在此基础上比较了各自的优势和局限性;针对常用的打印材料,本文重点介绍并对比了其交联方式、生物相容性以及应用场合等。生物细胞3D打印技术目前仍主要在实验室发展阶段,对现阶段生物3D打印技术原理与发展进行回顾总结不仅有助于思考如何将这一技术尽快投入实用,也有助于更好地规划生物3D打印的未来发展方向。     

3D打印技术在神经外科中的应用研究

近年来三维(3D)打印技术不断发展成熟,在各个行业都有一定程度应用。随着医疗成本的降低和本着追求患者治疗安全、改善预后的目标,神经外科医生也在利用此技术打印个体化血管、肿瘤等模型用于教育培训、完善术前规划等。为了使临床医生优化3D打印技术深入广泛应用于神经外科,文章综述了3D打印机、打印软件在神经外科中的应用及不足。     

3D打印钛及钛合金医疗器械的优势及临床应用现状*

3D打印作为一种新型快速成型制造技术,在个性化、复杂三维结构及难加工医疗器械的制造中,无论在成本还是交付时间上,都体现出传统技术无可比拟的优势。本文概述了3D打印医疗器械的主要应用特点和优势,重点论述了3D打印钛及钛合金医疗器械的研究动态、临床应用及病例,对其大规模广泛应用和推广前景进行了展望。     

3D打印技术在脊柱外科的应用进展

3D打印又称增材制造,是一种可以将三维的数字模型通过金属粉末或塑料等可黏性材料打印为实物模型的快速成型技术。3D打印技术广泛应用于脊柱外科、头颈外科、整形外科等外科领域。本文对3D打印技术在脊柱外科疾病诊断、术中导航、内置物定制和支具制作、医患沟通及临床教学中的应用进展进行综述,分析其优点和不足,并对3D打印技术在脊柱外科的应用前景进行展望。     

3D打印技术在颌面整形外科的应用进展

近年来,3D打印技术已经被广泛地研究并应用于生物医学领域,该技术能够有效地改善整形外科手术方式。本研究基于3D打印技术在颌面整形外科的发展现状,主要对该技术在术前模拟、医学教育、临床应用及假体制作等方面的应用作一综述,归纳了该技术在不同情况下的应用特点、应用范围及其实际应用中的优势,总结了当前3D打印技术在临床应用的新方法,分析了当前该技术的主要困难及其发展方向,并对其发展趋势进行了展望。     

3D打印技术在指关节缺损的应用研究进展

先阐述了自体移植和传统人工关节置换的优劣势,而后分析了3D打印技术具有术前精确设计模拟解剖形态,术中导航减少出血,以及3D打印假体多孔结构有利于骨长入等优点,但同时3D打印涉及打印材料、伦理以及机械强度差等难题。随着科技的进步以及材料学发展,用3D打印技术打印出来的具有生物活性的人工关节必定是未来骨科发展的新趋势。     

Personalized development of human organs using 3D printing technology

3D printing is a technique of fabricating physical models from a 3D volumetric digital image. The image is sliced and printed using a specific material into thin layers, and successive layering of the material produces a 3D model. It has already been used for printing surgical models for preoperative planning and in constructing personalized prostheses for patients. The ultimate goal is to achieve the development of functional human organs and tissues, to overcome limitations of organ transplantation created by the lack of organ donors and life-long immunosuppression.We hypothesized a precision medicine approach to human organ fabrication using 3D printed technology, in which the digital volumetric data would be collected by imaging of a patient, i.e. CT or MRI images followed by mathematical modeling to create a digital 3D image. Then a suitable biocompatible material, with an optimal resolution for cells seeding and maintenance of cell viability during the printing process, would be printed with a compatible printer type and finally implanted into the patient.Life-saving operations with 3D printed implants were already performed in patients. However, several issues need to be addressed before translational application of 3D printing into clinical medicine. These are vascularization, innervation, and financial cost of 3D printing and safety of biomaterials used for the construct.     

3D打印技术在硬组织领域的应用进展*

[摘要]近年来，随着3D打印技术的不断发展与成熟，其在医学领域的应用大有增长的趋势，国内外不少专家、学者正在进行大量尝试，试图充分应用该技术服务人类的医疗行业。文章就3D打印技术的基本原理、3D打印材料及该技术在医疗领域应用现状作简要描述与说明，使读者对3D打印技术及其在医疗领域的应用有初步了解。     

计算机辅助组织工程:概况、范围和挑战(第一部分)

计算机辅助技术结合生物学、工程学和信息科学在组织工程中应用已发展成一个崭新领域———计算机辅助组织工程(CATE)。这一新出现领域包括针对生物组织和器官替代物设计、仿真和制造的计算机辅助设计(CAD)、影像处理、建模的任意实体加工(SFF)和制造。本文就此领域的一些突出进展进行综述、介绍,尤其着重在计算机辅助组织建模、计算机辅助组织信息学和计算机辅助组织支架设计和加工三个方面。并特别从高分辨率非侵入性成像、基于影像的三维重建和基于CAD的组织模型重建技术的几个方面入手,对CATE建模发展的方法学进行了讨论。也将对组织工程中SFF技术的最新进展、生物蓝图模型对细胞及器官三维喷印的应用进行介绍。     

三维打印技术在骨组织工程领域的应用研究进展

综述了三维(3D)打印技术的出现、分类与优势等.介绍了该技术在骨组织工程领域的应用,包括光固化立体印刷、熔融沉积成型、选择性激光烧结和3D喷印的工作原理、存在的优缺点以及国内外学者在该领域的研究进展.目前骨组织工程支架的制备大多应用了3D打印技术,以生物可降解的活性材料为原料制备而成.在我国该领域虽然发展迅速,利用3D打印技术进行人工骨合成、骨科术前模拟等已经越来越普遍,亦取得了令人满意的效果,但要研发出合适的生物材料以及设备精度的改进仍是亟待解决的问题.目前,仿生器官的功能化已成为3D打印技术领域的一大困难,其中多细胞共培养、血管化及支架的制备是实现功能化必须克服的问题,相信通过努力,该项技术将会为器官的再生与修复带来更多令人瞩目的成果.     

Integration of Computed Tomography and Three-Dimensional Echocardiography for Hybrid Three-Dimensional Printing in Congenital Heart Disease

Three-dimensional (3D) printing is an emerging technology aiding diagnostics, education, and interventional, and surgical planning in congenital heart disease (CHD). Three-dimensional printing has been derived from computed tomography, cardiac magnetic resonance, and 3D echocardiography. However, individually the imaging modalities may not provide adequate visualization of complex CHD. The integration of the strengths of two or more imaging modalities has the potential to enhance visualization of cardiac pathomorphology. We describe the feasibility of hybrid 3D printing from two imaging modalities in a patient with congenitally corrected transposition of the great arteries (L-TGA). Hybrid 3D printing may be useful as an additional tool for cardiologists and cardiothoracic surgeons in planning interventions in children and adults with CHD.     

3D打印技术在脊柱外科的应用

BACKGROUND: Three-dimensional printing technology is a new technology which can quickly and accurately transform the virtual computer-aided design into the three-dimensional physical prototypes. Three-dimensional printing physical model method can replace the method of traditional preoperative planning and repair surgical simulation, with the characteristic of repeatable, which has been deepened day after day in clinical application of spine surgery. OBJECTIVE: To summarize the application status of three-dimensional printing technology in spine surgery and look forward to its future development directions. METHODS: The articles regarding the application of three-dimensional printing technology on clinical applications in spine surgery were retrieved from PubMed databases, Google Scholar, China National Knowledge Infrastructure and Wanfang Database from January 2000 to July 2015. The key words were 3D printing technology, rapid prototyping technology, spine, vertebra, department of orthopedics, fracture, joint, hand and foot, bone tumor, trauma, cervical vertebrae, thoracic vertebrae, lumbar vertebrae, sacral vertebrae, pedicle of vertebral arch, vertebral body, intervertebral disc, and clinical application. A total of 50 articles with a good representation were selected and discussed after repetitive studies and reviews were excluded. RESULTS AND CONCLUSION: The three-dimensional printing technique has been applied in preoperative diagnosis, individualized orthosis customerization, the communication between doctors and patients, teaching, the formulation of individualized and high-accurate repairing plan, intraoperative navigation and individualized implant customization. These results suggest that with the rapid development of medical imaging, digital medicine and technologies of the cell and tissue culture and new materials, three-dimensional printing technology will have a wide range of applications in spine surgery.       

3D打印技术应用于关节置换术的现状及问题对策探讨

近年来,个体化、精确化成为骨科发展的一个重要方向。3D打印技术是材料领域中出现的一项快速成型的新技术,能够将抽象的三维数字模型转变为直观、立体的实物模型。目前该技术已广泛应用于骨科手术中,不仅协助医师进行术前规划,并且能降低术中及术后并发症的发生。本文主要探讨3D打印技术应用于人工关节置换术中的现状、存在的问题并提出对策分析,进一步对其应用前景进行展望。     

3D打印技术制备器官芯片的研究现状

器官芯片是一种新兴的体外生物模型,在生物医学领域有重要的应用前景。但是,相关研究的开展通常受限于器官芯片繁琐和昂贵的制备过程。近年来,科研工作者借助3D打印技术,实现器官芯片制备的简易化、低成本化,以及芯片结构复杂化和成型一体化。这一技术的突破,有力推动器官芯片相关研究的发展,为其在生物医学领域的广泛应用提供有力支持。综述3D打印制备器官芯片的研究现状,主要包括器官芯片的发展背景、传统制造方法的局限性、 3D打印器官芯片的技术分类及其生物医学应用。列举5种基于不同成型原理的3D打印方法,归纳比较各方法的工艺特点以及制备器官芯片时的适用范围,探讨3D打印制备肝、肾、血管、心脏等器官芯片的具体实例和效果。最后分析该技术的不足之处, 并展望这一领域的发展趋势。