引用本文： 李青峰. 3-D打印技术在整形外科的应用. 中国修复重建外科杂志, 2014, 28(3): 266-267. doi: 10.7507/1002-1892.20140060 复制
从技术而言，3-D打印技术的出现和发展，为整形外科手术带来了前所未有的变革。依据CT或MRI数据，利用3-D打印技术可以快速精确地制造三维结构完全仿真的生物模型，用于临床辅助诊断、复杂手术方案的制定、个性化假体的制作，也可用于医学教学[2]。
D’Urso等[3]对3-D打印模型的精确性进行了验证，他们将45例术前通过3-D打印模型诊断和手术设计的患者与通过传统影像学诊断的患者进行比较，结果显示诊断准确率由影像学组的65.5%提高到模型组的95.2%，测量误差从影像学组的44%降低至模型组的8%，而且手术时间明显缩短。以此证明了3-D打印模型是直观的测量工具，也是手术设计的仿真模具，有助于各种先、后天因素造成的严重畸形病例的诊断、治疗及术前设计和模拟手术。
Levine等[4]将术前采集的CT数据通过CAD软件进行手术模拟，得到截骨线、骨块移动的目标位置等信息，利用3-D打印技术制作术中引导装置，在手术中实时提示截骨线、骨块移动的位置信息等，起到指导手术的作用。他们将该技术应用于70余例手术，包括下颌骨重建术、正颌手术、颌面部创伤修复和颞颌关节重建术，均取得良好的重建效果。3-D打印技术应用的典型案例是下颌骨组织缺损修复，腓骨瓣的准确塑形与植入是恢复下颌骨自然弧度和进行牙种植术的基础。利用3-D打印技术制作的下颌骨修复模型可起到导板的作用，引导腓骨瓣的准确塑形和植入[5-6]，将下颌骨功能性修复由经验型提升到目标性治疗阶段。在此类手术中应用3-D打印技术已成为一种标准化治疗手段。此外，在面部外伤后重建、趾间关节重建颞颌关节等手术中也出现了利用3-D打印模型作为手术模板导航的相关报道。
2 第二阶段
随着材料科学的发展，近年来有学者开始尝试以生物材料代替以往的模型材料，经CAD软件处理后，打印出可直接用于人体的植入物。Saijo等[7]采用磷酸三钙粉末等生物材料制备个性化假体，经后处理后术中无需雕刻，可直接植入人体，将3-D打印技术由单纯的模型制造拓展到生物制造，引领3-D打印技术应用进入第二阶段。
传统的3-D模拟和打印技术主要用于解决复杂三维结构和形态学问题，而新近发展起来的“生物打印技术”概念，则是将数字化和3-D打印技术的优势应用于组织和器官构建上，以解决组织、器官构建中存在的微环境模拟困难问题。组织中基质形成的三维结构不仅是组织形态的框架，也包含了丰富的细胞、细胞与组织间相互功能协调的生物学信息。通过结缔组织（可吸收生物材料和胶原、透明质酸等）支架打印和不同细胞的定位打印，可较好模拟生理组织结构，从而完美构建组织和器官，并通过培养和植入人体达到修复组织器官缺损的目的。
这一技术的发展迎合了整形外科的另一重点研究方向，即组织修复材料（包括生物材料）研发的需求，结合再生医学、干细胞和组织工程学等的发展，生物打印技术呈现了在未来组织、器官构建中的核心作用和巨大发展潜力。
3 第三阶段
在3-D打印技术发展的基础上，结合细胞生物学、计算机辅助设计和生物材料学等多个领域的研究成果，该技术逐渐走向了第三阶段--生物活性打印。它是一种新型的组织工程技术，不但能构建形态、结构复杂的组织工程支架，而且能实现不同密度的种子细胞在不同支架材料中的三维精确定位，实现细胞与生物材料的同步打印，最终构建仿生组织和器官，以修复重建和替代受损、破坏、丢失的人体器官，也称组织打印或器官打印。
2006年4月旧金山一个实验生物学会议上，美国哥伦比亚密苏里州大学的生物物理学家Harber Fugax首次提出3-D生物打印技术，其生物打印依赖的是“生物墨水”的墨滴，是一簇直径几百微米的细胞，按组织或器官的三维结构来构建三维支架，在支架上播种细胞，使其生长增殖。这一崭新的理念一经提出，立即引起了同行们的广泛关注及探索。
Boland等[8]应用3-D打印技术将牛血管内皮细胞和藻酸盐水凝胶同步打印，形成内皮细胞-水凝胶三维复合物，成功打印出具有活性的微脉管结构，为打印血管奠定了基础。有研究者应用3-D打印技术成功打印出仿生三维神经组织。据报道，美国北卡罗来纳州维克弗斯特大学的Anthony Atala教授用器官打印方法培育的人造膀胱，已成功救治了7个儿童。此外，维克弗斯特大学的3-D打印机还成功打印出肾脏模型。在其他一些实验室，科学家们也在研究如何利用可降解支架培育人造心脏、肺和肝脏，让“定制移植”成为可能。
随着器官打印技术的研究和发展，该技术有望成功打印与正常组织和器官相同功能及结构的仿生组织和器官，彻底解决自体或同种异体移植所存在的局限和难题，如器官来源不足、排斥反应等，将3-D打印技术的应用发展至新的高度。
4 发展前景
目前成熟的3-D模拟和打印技术将在复杂骨结构和软组织形态的修复重建和重塑中进一步广泛应用，并在未来10年中逐步完成对设备平台、材料、方法等的定型。而3-D生物打印技术，将被引入再生医学及组织工程学研究中，并为临床组织与器官缺损的修复重建提供重要技术支持。
从技术而言，3-D打印技术的出现和发展，为整形外科手术带来了前所未有的变革。依据CT或MRI数据，利用3-D打印技术可以快速精确地制造三维结构完全仿真的生物模型，用于临床辅助诊断、复杂手术方案的制定、个性化假体的制作，也可用于医学教学[2]。
D’Urso等[3]对3-D打印模型的精确性进行了验证，他们将45例术前通过3-D打印模型诊断和手术设计的患者与通过传统影像学诊断的患者进行比较，结果显示诊断准确率由影像学组的65.5%提高到模型组的95.2%，测量误差从影像学组的44%降低至模型组的8%，而且手术时间明显缩短。以此证明了3-D打印模型是直观的测量工具，也是手术设计的仿真模具，有助于各种先、后天因素造成的严重畸形病例的诊断、治疗及术前设计和模拟手术。
Levine等[4]将术前采集的CT数据通过CAD软件进行手术模拟，得到截骨线、骨块移动的目标位置等信息，利用3-D打印技术制作术中引导装置，在手术中实时提示截骨线、骨块移动的位置信息等，起到指导手术的作用。他们将该技术应用于70余例手术，包括下颌骨重建术、正颌手术、颌面部创伤修复和颞颌关节重建术，均取得良好的重建效果。3-D打印技术应用的典型案例是下颌骨组织缺损修复，腓骨瓣的准确塑形与植入是恢复下颌骨自然弧度和进行牙种植术的基础。利用3-D打印技术制作的下颌骨修复模型可起到导板的作用，引导腓骨瓣的准确塑形和植入[5-6]，将下颌骨功能性修复由经验型提升到目标性治疗阶段。在此类手术中应用3-D打印技术已成为一种标准化治疗手段。此外，在面部外伤后重建、趾间关节重建颞颌关节等手术中也出现了利用3-D打印模型作为手术模板导航的相关报道。
2 第二阶段
随着材料科学的发展，近年来有学者开始尝试以生物材料代替以往的模型材料，经CAD软件处理后，打印出可直接用于人体的植入物。Saijo等[7]采用磷酸三钙粉末等生物材料制备个性化假体，经后处理后术中无需雕刻，可直接植入人体，将3-D打印技术由单纯的模型制造拓展到生物制造，引领3-D打印技术应用进入第二阶段。
传统的3-D模拟和打印技术主要用于解决复杂三维结构和形态学问题，而新近发展起来的“生物打印技术”概念，则是将数字化和3-D打印技术的优势应用于组织和器官构建上，以解决组织、器官构建中存在的微环境模拟困难问题。组织中基质形成的三维结构不仅是组织形态的框架，也包含了丰富的细胞、细胞与组织间相互功能协调的生物学信息。通过结缔组织（可吸收生物材料和胶原、透明质酸等）支架打印和不同细胞的定位打印，可较好模拟生理组织结构，从而完美构建组织和器官，并通过培养和植入人体达到修复组织器官缺损的目的。
这一技术的发展迎合了整形外科的另一重点研究方向，即组织修复材料（包括生物材料）研发的需求，结合再生医学、干细胞和组织工程学等的发展，生物打印技术呈现了在未来组织、器官构建中的核心作用和巨大发展潜力。
3 第三阶段
在3-D打印技术发展的基础上，结合细胞生物学、计算机辅助设计和生物材料学等多个领域的研究成果，该技术逐渐走向了第三阶段--生物活性打印。它是一种新型的组织工程技术，不但能构建形态、结构复杂的组织工程支架，而且能实现不同密度的种子细胞在不同支架材料中的三维精确定位，实现细胞与生物材料的同步打印，最终构建仿生组织和器官，以修复重建和替代受损、破坏、丢失的人体器官，也称组织打印或器官打印。
2006年4月旧金山一个实验生物学会议上，美国哥伦比亚密苏里州大学的生物物理学家Harber Fugax首次提出3-D生物打印技术，其生物打印依赖的是“生物墨水”的墨滴，是一簇直径几百微米的细胞，按组织或器官的三维结构来构建三维支架，在支架上播种细胞，使其生长增殖。这一崭新的理念一经提出，立即引起了同行们的广泛关注及探索。
Boland等[8]应用3-D打印技术将牛血管内皮细胞和藻酸盐水凝胶同步打印，形成内皮细胞-水凝胶三维复合物，成功打印出具有活性的微脉管结构，为打印血管奠定了基础。有研究者应用3-D打印技术成功打印出仿生三维神经组织。据报道，美国北卡罗来纳州维克弗斯特大学的Anthony Atala教授用器官打印方法培育的人造膀胱，已成功救治了7个儿童。此外，维克弗斯特大学的3-D打印机还成功打印出肾脏模型。在其他一些实验室，科学家们也在研究如何利用可降解支架培育人造心脏、肺和肝脏，让“定制移植”成为可能。
随着器官打印技术的研究和发展，该技术有望成功打印与正常组织和器官相同功能及结构的仿生组织和器官，彻底解决自体或同种异体移植所存在的局限和难题，如器官来源不足、排斥反应等，将3-D打印技术的应用发展至新的高度。
4 发展前景
目前成熟的3-D模拟和打印技术将在复杂骨结构和软组织形态的修复重建和重塑中进一步广泛应用，并在未来10年中逐步完成对设备平台、材料、方法等的定型。而3-D生物打印技术，将被引入再生医学及组织工程学研究中，并为临床组织与器官缺损的修复重建提供重要技术支持。