虽然3D打印机曾经是巨大而昂贵的设备，只有工业精英才能使用，但在过去10年里，3D打印机迅速受到了日常消费者的欢迎。我喜欢在杜克大学图书馆打印各种各样的东西，从老魔杖到笔记本电脑支架。
最近3D打印最重要的应用之一是在医疗行业。定制的植入物和假体、医疗模型和设备，以及人造皮肤，只是少数几个已经开始革新医疗保健的打印。
3D打印假肢腿:“customizable, affordable and beautiful.”
凯蒂·阿尔巴尼斯(Katie Albanese)是医学物理研究生项目的一名学生，她一直在3D打印胸部、腹部骨骼和肺部，以测试她开发的相干散射x射线成像系统。在春假期间，我有机会和凯蒂谈谈她的工作和经历。她使用散射x射线成像系统来识别乳腺内不同类型的组织，包括肿瘤。当凯蒂忙于打印真人大小的3D乳房，以确定该系统是否在正常乳房几何图形范围内工作时，她喜欢在业余时间打网球、跑步、打盹和看纪录片。以下是采访实录。
你是如何对你的项目产生兴趣的?
当我2014年来到杜克大学的时候，我并不知道我想加入医学物理专业的哪个研究实验室。在听取了我的项目内的许多教员的研究报告后，我最终选择了我的实验室，基于我与我现在的导师，放射科的Anuj Kapadia相处得如何。他正在进行一个x射线项目，希望能在组织成像中使用相干散射，但该系统还没有被用于人体大小的物体上。
你能告诉我更多关于你们开发的散射x射线成像系统的情况吗?
通常情况下，医学图像中的散点被积极地去除，因为它对传统x射线诊断图像质量没有贡献。然而，由于每一种材料
1和Bragg’s定律的独特原子间距，
1每一种材料都具有独特的散射特征。因此，使用来自样品的散射辐射(而不是通过样品传输的主x射线)，我们可以确定该材料的原子间间距，并将其追溯到该材料的实际位置，即已知的原子间间距库。
布拉格衍射:具有相同波长和相位的两束光接近晶体，并分散在晶体内的两个不同原子上。
如何使用这种方法与3D打印的身体部位?
我们用这个系统做的第一件事就是看它能否识别不同类型的人体组织(如脂肪、肌肉、肿瘤)。乳房的所有这些组织都在一个相对较小的解剖结构中，所以这就是焦点开始的地方。我们能够证明，该系统可以在一个小样本中辨别不同的组织类型，比如一块切除的人体组织。然而，为了在体内使用任何系统(这是理想的目标)，您必须确定它是否适用于正常的人体几何结构。我们系里的另一位教授建立了一个专门的乳房CT系统，所以我们用病人从那台机器上的扫描来模拟和打印一个精确的乳房，包括解剖学和物理尺寸。
,
x射线成像系统对未来研究的三大好处是什么?
使用的主要乳房假体和乳房x线照片，其中有组织样本
相干散射成像作为一种成像领域正在获得越来越大的发展势头。在几周前于圣地亚哥举行的SPIE医学成像会议上，有一个关于使用散点成像的专门部分(我们小组就这个主题进行了5次演讲中的3次!)一个主要的好处是它是非侵入性的。在医学领域，始终需要一种非侵入性的诊断步骤。有一件事，我们预见这项技术将被用来替代某些活检程序。例如，如果放射科医生在乳房x光片中发现可疑的东西，可以在散点成像系统上对该区域进行重复扫描，以确定可疑的病灶是否为恶性。它有潜力减少不必要的侵入性(和痛苦的!)活组织检查在癌症诊断中的数量。
我们设想的另一件事是，我们小组已经在这方面做了一些工作，就是使用这种成像技术来检测手术中的边缘。当病人接受乳房肿瘤切除术或乳房切除手术时，切除的组织被送往病理学检查，以确保所有的癌症都已从病人身上切除。这是通过评估样本的外边缘是否有癌症来完成的，通常需要几天的时间。如果肿瘤边缘有癌变组织，那么很可能肿瘤的范围并没有从患者身上移除，因此需要重复手术。我们的成像系统有潜力扫描整个组织样本，而病人仍然是开放的手术室。随着系统参数和扫描技术的进一步完善，这可能成为现实，并有助于防止额外的手术和可能由此产生的并发症。
项目中最困难或最令人沮丧的部分是什么?
我们在x射线中使用编码孔径，这基本上是一个面具，允许我们有一个深度分辨率的图像。孔径告诉我们散射源的来源，这样我们就可以重建。该孔径相对于我们设置的其他仪器的位置是经过仔细校准的，精确到亚毫米范围。如果系统的任何部分被移动，所有的东西都必须在代码中重新校准，这是非常耗时和令人沮丧的。所以基本上每次我们想要在我们的设置中移动一些东西来使事情变得更好或者更有效率，就像我们从头开始重新设计系统一样。
你的工作环境怎么样?
今年夏天，凯蒂在加州阿纳海姆举行的美国物理学家协会医学会议上发表了关于乳房成像的特别演讲。凯蒂;詹姆斯·多宾斯三世博士，杜克-昆山大学前项目主任，现任副教务长;Anuj Kapadia博士，Katie’s导师，现任研究生导师。
我们在医院里有一个正在工作的实验实验室。它看起来就像你可能遇到的任何其他物理实验室——凌乱不堪，布满电线和奇怪的电子设备。它与医学物理系的其他实验室不同，因为那里的很多研究都集中在图像处理或放射治疗规划上，而且可以在一台电脑上完成。这个实验室动手能力很强，我们需要自己设计这个系统。我们经常使用电动工具或焊接或焊接。
你最喜欢3D打印的什么?
3D打印已经成为一个伟大的创意社区。我现在最喜欢的网站之一，叫做Thingiverse，基本上是一个可以打印任何你能想到的3D文件的天堂，有关于最好的打印设置、打印机和墨水的评论。你可以打印任何你想打印的东西i’我已经打印了从胸部、肺部、脊椎到小动物模型，甚至哈利波特纪念品的所有东西，都可以添加到我的收藏中。如果你能想象，你就能在三维空间中打印出来，我认为这很神奇。
,
作者:Anika Radiya-Dixit
,
新闻旨在传播有益信息，英文原版地址：https://researchblog.duke.edu/2016/03/23/the-future-of-3d-printing-in-medicine/