医疗器械与革新发明
科技的突飞猛进让人们进入了一个又一个全新的时代，3D打印技术已不再是一个新名词，它从20世纪80年代横空出世之后高速发展，如今已逐渐被人们所熟知。3D打印已渗透到产品制造的多个领域和行业，比如医疗行业、科学研究、航天国防、教育业及制造业等。3D打印技术可以在不用模具和工具的条件下生产任意复杂的部件，能够快速生产高端的定制化产品，满足各种个体化需求。因此，在人们健康意识不断提高的今天，3D打印技术在矫形鞋垫的个性化定制中越来越受到人们的关注。 13D打印在医学领域的应用现状
3D打印技术在医学领域一直快速发展，其高效快速准确建立三维模型的特性与医疗领域讲究精准的要求不谋而合，适合于多种领域，比如复杂骨折手术、骨折术后患者的康复、人工膝关节修复、牵引成骨、手术导航与定位器具等个性化内植入物及医疗器械的制造。3D打印制造的人类骨骼组织、矫形器、牙科的正畸牙套、隐形眼镜、助听器等无生命修复形式已经存在于世界各地成千上万人的体内。
在骨科3D打印技术既能够帮助医生完成手术又能很好的解决假体和骨头愈合不良或者连接松动等问题。3D构件在制造打印时，精度要求高，出来的成品能与患者骨头结构实现完美契合，更加稳固。现在3D打印技术已然成为骨科手术的新宠，它通过数字化技术和软件，利用3D打印机，直接打印出骨关节模具，不仅解决了手术中的难题，也大大提高了患者的恢复质量，缩短了愈合时间，给患者带来了福音。由于
骨肿瘤、车祸等造成的骨骼缺损、颌面损伤、颅骨修补等，无法用一般修复产品进行，3D打印产品可以提供有效的解决方案，尤其是这些打印的假体都是依据患者的需求个体化定制的，为患者带来更多的舒适感。
在制药方面，3D打印技术可以实现药物活性成分的个性化定制、剂量的个性化定制、形状的个性化定制以及使药物拥有特殊的微观结构，改善药物的释放行为，从而提高疗效并降低不良反应，比传统药物更具优势。
3D打印的医疗模型可以让医生直观地看到手术部位的三维结构，帮助医生规划手术方案，尤其是复杂的手术，更有助于降低手术的风险，提高手术的成功率，比如在肝癌患者的病灶切除、心脏病患者的手术中，医生都可以借助3D打印技术将原本复杂的手术精准化、简单化。3D打印的医疗模型也可以用于医学教学、病例讨论等。在今年抗击新冠病毒疫情的过程中，3D打印制作的新冠肺炎患者的肺部模型就可以用于医护人员的科学研究。它还通过打印口罩、口罩扣、护目镜、防护面罩等防疫设备，帮助人们在疫情期间做更好的防护。3D打印还可以应用于医疗器械、植入物、生物组织器官的打印。借助3D打印技术，皮肤组织修复和重建，肢体置换，甚至器官的移植等都已得以实现。
3D打印技术在医疗领域的主要应用价值体现在更好地为患者进行个体化，以高效、精准的数字化设计与手段制造定制化的医疗器械，使其设计更加合理、精准。作为一项新兴科技产业，3D打印技术在医疗领域产生了深远的影响，不仅推动了医
浅谈3D打印在矫形鞋垫中的应用
覃聪
【摘要】随着人们对康复的重视不断提高，个性化定制的矫形鞋垫越来越受到人们的青睐，尤其在儿童康复中备受关注。近年来3D打印技术迅猛发展，具有快速制作个性化器具，满足各种个体化需求的优势，因此在矫形鞋垫的应用中也逐渐得到重视。主要对3D 打印技术在矫形鞋垫制作中的应用研究进展进行综述。
【关键词】 3D打印技术；矫形鞋垫；应用；康复
中图分类号 R496文献标识码 A 文章编号1671-0223(2021)06-080-03
作者单位：537100 广西省贵港市人民医院儿内科
Health Protection and Promotion March 2021 Vol.21 No.6
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疗卫生事业的迅猛发展，更是让人们享受到科技发展带来的高品质生活。
23D打印在矫形鞋垫中的应用进展及优势
在当今社会，由于各种因素人们的足部疾病发病率高，足部的异常甚至可能引发身体其他部位的疾病。除了临床手术和药物外，利用矫形足垫对足部疾病进行矫治已经广泛受到人们的青睐。矫形足垫主要是根据正常的人体生物力学结构以及患者的个体需求来设计和制作的，它具有给予足底一定的支撑、均衡足底压力、改善步行状态、补偿下肢长度以及预防矫正足部畸形等作用。始于2014年美国SOLS公司就可以根据用户上传的足部扫描数据进行分析及验证，将数据转化成3D数字模型，再根据模型在3D打印机上制作出用户专属的鞋垫，帮助用户更舒适地行走。同年，RSPrint公司使用Rsscan的Footscan动态压力测量系统，通过扫描使用者的足部获取足的形状并收集使用者行走和跑步时足底压力的分布数据，再根据静态和动态数据使用软件设计定制鞋垫，最后通过3D打印生成3D鞋垫[1]。矫形鞋垫可以在一定程度上预防运动损伤，如应力性骨折、足底筋膜炎、足踝扭伤[2]。轶达工坊与爱上高尔夫球具公司正在为高尔夫爱好者研发专用3D打印鞋垫，可以控制局部软硬度，增加击球稳定性、防止足部受伤[3]。3D打印矫形鞋垫主要是通过生物力学原理设计，支持足弓实现足部三点支撑，可以矫正跟骨内外翻，平衡足底压力，减少足部疲劳和疼痛、增加双脚走路的舒适性。
足部矫形器在预防及矫治膝关节炎、腰部疼痛及足部畸形，改善患者临床症状等方面还具有良好的效
果[4-7]，在临床中已逐渐应用于足部及下肢疾患的防治。国内南京军区解放军第454医院内分泌科通过CT扫描数据、足底压力数据为基准，采用3D打印为糖尿病患者制作糖尿病足鞋垫，可以有效预防足部溃疡的发生[8]。杨宗宇、刘非等应用3D打印矫形鞋垫平足症，前后足弓高度差异有统计学意义，可明显改善患者的症状，并且舒适度高，使用安全方便[9]。甘道夫、瞿玉兴研究发现，3D打印矫形鞋垫配合医学运动锻炼在缓解跖筋膜炎患者的足部疼痛及行动障碍中获得满意的疗效[10]。
如今人们对康复的需求及重视程度不断提高，既往常规矫形鞋垫的设计已远远不能满足各种个体化需求。传统方法制作的矫形鞋垫对制作师的技术和临床经验要求高，加工工艺复杂，个体差异性较大，生产效率较低，矫形器拟合效果差，存在许多不足之处，如制作流程复杂、时间过长、笨重、不美观，不能与身体部位良好契合等。计算机辅助设计与制作的矫形鞋垫精度高、效率快，能够实现远程扫描、设计和制作，节省了交通和时间成本，可以根据患者的需求个性化制作，更加适合患者[11]。随着科技的突飞猛进，扫描精度和准确度越来越高，计算机加工技术也逐渐突破，3D打印技术可以将作业流程数字化，无需开模成型，生产效率不受定制化设计的影响，设备材料支持用户端制造等[12]。
33D打印在儿童矫形鞋垫中的应用
软瓷生产线
儿童足踝是一个复杂的解剖器官，涉及很多骨、关节、肌肉、韧带及肌腱等结构。在足弓成型的过程中，会因为各种不良习惯或先天性问题，导致足部问题产生。因为有足弓、足跟、前脚掌等多种结构部位，儿童的足部问题因人而异，比如高足弓、扁平足，扁平足夹杂后足外翻等。即使是单一的扁平足，也有扁平程度不一样的区别。因此，在儿童足踝畸形的诊治上，根据患儿足部大小不同、形状需求不同等制作出个性化的足部矫形器尤其重要。3D 打印技术可用于辅助制定方案、打印精细骨科内置物以及制作个性化儿童足踝矫形器，已然成为人们关注的焦点。早在2010年国外就有学者研究报道了采用3D打印技术为马蹄内翻足患儿制作各部位不同厚度的支具内垫，可以让足底各部位压力重新分布，进而矫正马蹄内翻足，该支具内垫与传统石膏固定相比具有更好的实用性和舒适感[13]。近年来在国内也出现了相关报道。弓太生、韩珵琨等研制的不同弓高的足弓支撑垫，对轻度扁平足儿童的足弓起到了干预作用[14]。覃聪在3D打印矫形鞋垫脑瘫儿童下肢不等长的设计研究中发现，依托3D打印技术的矫形鞋垫，对患儿具有极佳的舒适性、耐用性、实用性及易用性，在临床中起到积极作用。该研究采用的是一款简单易用的3D 打印鞋垫设计工具Gensole，不需要昂贵的3D扫描
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现代养生 2021年3月第21卷第6期
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设备，不需要CT、MRI扫描建模，更加便捷易操作[15]。每个患儿的足部大小不同、足弓底不同、形状需求不同，并且足部随着年龄的增长而发生变化，普通的矫形器很难满足所有患儿的需求，个体化效果差，因此3D打印的个性化定制优势在儿童康复领域日益显现。
4目前存在的问题及未来发展
3D打印技术在医学方面的应用虽然有很多优势，但作为一项新技术，材料过于单一、大部分材料仍需由国外购进，成本居高不下，人们认识不够以及存在疑虑等因素给3D打印技术的推广带来了较大的影响[16]。目前3D打印成型技术有SLA光固化、SLS选择性激光烧结、FDM熔融沉积成型、DLP数字光处理等成型技术，3D打印鞋垫大多采用单一的材料制作，根据选择不同的材料需要采用不同的成型技术。而人体的足部结构非常复杂，涉及到骨关节结构、肌肉、筋膜、韧带以及不同病症病理的需求，对材料的材质（软硬度、韧性、熔点等方面）具有不同的要求。同时因为不同的材料，熔点不同，对3D打印设备的加热、保温、支架设计、编织设计等有很高的专业要求，进而增加了设计的难度。此外，设计制作矫形鞋垫，如何获取足部数据是关键，通常采用MRI、CT扫描数据建模的方法具有一定局限性，尤其是儿童在扫描中依从性差、家属担心辐射、反复扫描成本高等尤为增加难度。设计软件、操作技术的门槛如何进一步简单化，让普通医师乃至基层医师能够掌握开展3D技术，仍需进一步研发。但是相信未来在国家加大对3D打印技术的创新投入、经济投入、人才培养及宣传力度，以上难题将被一一攻克，会大大地加快这项技术发展的进度，从而为我国医学领域提供更多的帮助和保障。
随着人们健康意识的增强，个性化定制矫形鞋垫的需求将会大大增加，3D打印技术在矫形鞋垫中的应用将非常值得期待。
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[2021-03-05收稿]
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