Ưu điểm của in 3D được thể hiện rất rõ trong lĩnh vực y tế và chăm sóc sức khoẻ với vô vàn ứng dụng. Công nghệ in 3D rất hữu ích trong sản xuất các mô hình sinh học (các mô hình bộ phận con người như xương, răng, tai giả...). Trong ứng dụng này, mô hình điện tử của bộ phận cơ thể con người được dựng bởi các hình ảnh 3D hoặc một máy quét 3D.
Sau đó, mô hình sinh học được tạo ra từng lớp từng lớp nhờ vào công nghệ in 3D. Trong ngành giải phẫu, mỗi bệnh nhân là một cá thể riêng biệt và duy nhất, mô hình sinh học 3D cho phép bác sỹ thực hiện phẫu thuật thuận lợi hơn do có được sự hiểu biết sâu hơn về cơ thể bệnh nhân và các chẩn đoán được chính xác hơn. Nhờ đó, kế hoạch phẫu thuật được chi tiết hơn, các thử nghiệm, diễn tập phẫu thuậthayhướngdẫntrongcamổđượcđảmbảovềđộchínhxácvàchấtlượng.Công
nghệ in 3D còn hỗ trợ các thử nghiệm phương pháp và công nghệ y tế mới, tăng cường nghiên cứu y khoa, giảng dạy và đào tạo đội ngũ y bác sỹ. Chẳng hạn như giúp bác sĩ có thể luyện tập phẫu thuật giả lập bằng các mô nội tạng nhân tạo hoặc chế tạo các dụng cụ trong y học được sử dụng để đưa hoặc gắn vào trong cơthể.
Ngoài ra, cũng tương tự như việc tạo mô hình sinh học, công nghệ in 3D còn được dùng để thiết kế và sản xuất các bộ phận cơ thể giúp cho phẫu thuật tái tạo và cấy ghép. Các dụng cụ y tế như máy trợ thính, khung đỡ, mặt nạ, răng giả... đều có thể sản xuất bằng công nghệ in 3D theo đúng như kích thước, hình dạng, đặc điểm của từng bệnh nhân.
Một trong những ứng dụng thú vị nhất của in 3D là chế tạo mô và các cơ quan của con người, mà người ta hay gọi là In sinh học - Bioprinting. Nhờ vào công nghệ này, hệ thống tế bào mô của con người có thể được in theo lớp bằng mực sinh học - mực thu được qua xử lý đặc biệt các tế bào con người và các chất khác. Mặc dù vẫn có một số vấn đề liên quan đến sự ổn định và chức năng cấu trúc trong in sinh học, nhưng những tiến bộ đáng kể đã được ghi nhận với mô người và các cơ quan. In sinh học hứa hẹn những cơ hội quý báu cho phát triển thuốc y tế, phương pháp điều trị thử nghiệm, nghiên cứu y học, chữa lành vết thương, và cả cấy ghép. Nếu các cơ quan này được tạo ra từ các tế bào gốc của bệnh nhân, nó sẽ ít có nguy cơ bị đào thải bởi hệ miễn dịch của ngườiđó.
Chuỗi cung ứng dược phẩm cũng được thực hiện tốt hơn với in 3D. Trong tương lai, các hiệu thuốc hoặc thậm chí cá nhân có thể tự in các loại thuốc riêng cho mình từ các hợp chất thuốc bằng cách sử dụng máy in 3D. Hệ thống yêu cầu tuỳ biến cho phép kiểm soát và phân phối thuốc chính xác. Điều này giúp giảm các chi phí liên quan và cải thiện đáng kể việc điều trị tùy theo từng cá nhân.
Trong lĩnh vực y học, công nghệ in 3D có thể giúp cứu sống một trường hợp bệnh nhân cá biệt đặc thù, mặt khác cũng có thể ứng dụng giúp nhiều bệnh nhân dần dần từng giải quyết các vấn đề sức khoẻ thông thường. Đặc biệt các ứng dụng của công nghệ này đang được phát triển mạnh trong lĩnh vực về ngoại khoa. Ví dụ như dùng để chế tạo máy trợ thính. Kể từ khi bắt đầu sử dụng máy in 3D để sản xuất máy trợ thính, hàng triệu người đã được hưởng lợi từ đó.Máytrợ thính nếu không thích hợp với tai của người sử dụng, sẽ gây áp lực lên xương tai, khiến tai bị đau và chất lượng âm thanh sẽ bị giảm theo. Nếu sử dụng máy in 3D chúng ta có thể chế tạo các sản phẩm thích hợp hơn, thoải mái hơn với từng người sử dụng. Không những thế, thời gian gần đây người ta còn đang sử dụng máy in 3D để phát triển các sản phẩm (lót) đế giày phù hợp với người gặp các vấn đề như hình dạng của xương chân, hoặc các bệnh về xương như thấpkhớp.
Về những ứng dụng của sản phẩm in 3D trong lĩnh vực ngoại khoa,các sản phẩm in 3D có thể được sử dụng để cấy trực tiếp vào trong cơ thể người. Ví dụ, do hình dạng của khớp gối rất phức tạp, khi gắn khớp nhân tạo thì chỉ cần điều chỉnh rất nhỏ về góc độ cũng có thể giúp giảm đáng kể áp lực lên đầu gối bệnh nhân. Đây chính là lĩnh vực tiềm năng lớn dành cho công nghệ in 3D. In 3D cũng bắt đầu được sử dụng để sản xuất hộp sọ nhân tạo. Cụ thể khi phẫu thuật cắt bỏ u xương ác tính của bệnh nhân, người ta thay thế phần đã bị cắt bỏ bằng phần sọ nhân tạo đã được chế tạo bằng máy in 3D. Thông thường trước kia người ta dùng titan để cấy ghép, vấn đề ở chỗ khi bệnhnhântáiphátrấtkhóđểxácđịnhvịtríphầntitanđãđượcsửdụng.Nếusửdụng
ph vớ 3 hỗ bà cấ sự cá số bà và
công nghệ in 3D có thể khắc phục nhược điểm này. In 3D còn rất hữu dụng trong giả lập mô phỏng phẫu thuật.
Trên thực tế đã có rất nhiều bộ phận cơ thể người đã được in ra thành công bằng công nghệ in 3D. Chẳng hạn, tháng 4/2013, các nhà khoa học Anh đã thành công trong việc sử dụng máy in 3D để tạo ra vật liệu giống như mô sinh học, có thể thực hiện một số chức năng giống tế bào con người. Ngay từ năm 2011, bác sĩ phẫu thuật Anthony Atala đã giới thiệu một mẫu thận nhân tạo được làm từ công nghệ in3D.
Quy trình tạo ra cácbộnhân tạo không khác nhiều quy trình sản xuất vậtdụng
ác. Vật liệu ở đây làmột hợp của collagen và các tế của bệnh nhân để tạo ra một trúc3 D . M ặ c d ù c h ư a t h ự c
àn thiện trong việc tạora bộ phận phức tạp nhung một ấu trúc đơn giản như sụn, quang đã có thể ứng dụng thực tế.
Công nghệ in 3D giúp tái 100% mô hình quảtim
.Mô hình quả tim chếtạocông nghệ in 3D đãcứu
sống tính mạng của 1 bé trai 14 tháng tuổi trong 1 ca phẫu thuật tim tháng 2/2014. Đây là kết quả chế tạo của các kỹ sư tại trường khoa học kỹ thuật J.B Speed trực thuộc Đại học Louisville.Các nhà khoa học đã tạo nên 1 mô hình quả tim của trẻ em bằng công nghệ in 3D có kết cấu giống hệt tim bệnh nhân và mang đến cảm giác như thật khi bác sĩ chạm tay vào, cho phép các bác sĩ có thể lên kế hoạch tốt hơn trước khi ca phẫu thuật được chính thức thực hiện. Sử dụng các hình ảnh chụp CT quả tim của bé trai, các nhà nghiên cứu đã tạo nên 1 mô hình quả tim bằng công nghệ in 3D với kích thước lớn gấp 1,5 lần so với kíchthướcthật.Quảtimđượcchếtạogồm3phầntừcácsợidẻo,mấtkhoảng20giờ
để thực hiện và tốn tổng chi phí 600 USD. Bác sĩ phẫu thuật tim Erie Austin III, trưởng ê kíp phẫu thuật đã sử dụng mô hình quả tim để đưa ra giải pháp và lên kế hoạch trong tiến trình phẫu thuật. Cuối cùng, ê kíp đã có thể giải quyết được tất cả các khuyết tật chỉ trong 1 ca mổ duy nhất.Mô hình quả tim chính là giải pháp để lên kế hoạch cho 1 ca phẫu thuật tim vốn dĩ hết sức phức tạpnày.
Tương tự, công nghệ in 3D cũng giúp các bác sĩ phẫu thuật ghép mặt, phẫu thuật thay xương hàm. Để tăng tỷ lệ thành công, êkíp phẫu thuật sử dụng các mô hình phần đầu giống với kích thước thật của bệnh nhân, được tạo ra nhờ ảnh chụp CT và công nghệ in 3D. Mô hình này giúp các bác sĩ nắm rõ cấu trúc giải phẫu phần mặt của bệnh nhân
ân i Dkh
n o u
ho c
c ng o tạo Giáo sư Atala và quả thậnnhântạo
người bằng
trước khi tiến hành phẫu thuật. Điều này cũng giúp rút ngắn thời gian phẫu thuật và có lợi cho bệnh nhân.
Trong y học công nghệ in 3D có những đóng góp to lớn như sản xuất ra cácbộ phận: tai, mũi, xương, răng, chân, tay … bằng những chất liệu chuẩn xác nhất có thể mô phỏng và thay thế các bộ phận của con người.
Công nghệ in 3D FDM còn có khả năng tạo ra mẫu vật, bộ phận thay thế cho xương người, hộp sọ trong ngành y học, những bộ phận hỗ trợ con người như tay giả, chân giả, để giúp con người phục hồi chức năng. Nhờ có tạo mẫu nhanh bằng phương pháp in 3D FDM mà việc liên kết các bộ phận hỗ trợ chức năng cho những người bị tai nạn lao động, tai nạn giao thông trở nên dễ dạng hơn, làm cho người sử dụng không bị đau khi liên kết những bộ phận hỗ trợ. Ngoài ra, công nghệ FDM còn tạo ra những chi tiết như hộp sọ, xương tay, xương chân, các bộ phận trên cơ thể con người để phục vụ cho ngành giáo dục yhọc.
Từ các dữ liệu CT hoặc MRI, dữ liệu sẽ được xử lí sau đó đưa vào máy tạo mẫu nhanh FDM sẽ tạo ra các phần thay thế cho con người như xương (như hộp sọ,răng)hoặc những mô hình phục vụ cho việc học tập hay giáo dục (chẳng hạn như thận), và các bộ phận khác nhau được tạo mẫu bởi những vật liệu màu sắc khác nhau, tạo những hình ảnh trực quan trong ngành giáo dục y học trong các trườngy.Các mô hình cơ quan trong cơ thể con người để giúp bác sĩ chẩn đoán các trường hợp bệnh tật cũng như xác định, lựa chọn phương án điều trị có lợi nhất, đây là vấn đề được sự quan tâm rất lớn trong ngành y khoa. Đối với kỹ thuật phục hồi chức năng, công nghệ in 3D tạo ra các chi tiết giả để phục vụ cho những nạn nhân bị mất những bộ phận trong tai nạn, với thời gian phục hồi nhanh, tạo hình để liên kết các bộ phận giả và cơ thể, đảm bảo đạt mục đích chức năng mà không làm người sửdụng.
Công nghệ in 3D đã rất thành công trong lĩnh vực nha khoa và chế tạo chân tay giả. Độ chính xác cao, cũng như độ thẩm mĩ được cải thiện giúp bệnh nhân dễ dàng thích ứng sử dụng. Với công nghệ in 3D, công ty Not Impossible Labs đã lần đầu tiên tạo ra những bộ chân tay giả với chi phí chỉ khoảng 100 USD. Các nhà khoa học tại Công ty thiết kế Autodesk và Đại học Toronto đang phát triển một phần mềm cho phép quét các bộ phận của người khuyết tất, sau đó thiết kế những bộ phận thay thế saochophùhợpnhấtvớigiáthànhthấp.Vớiyhọcpháttriểnnhưhiệnnay,những
người không may mắn bị mất đi tay hoặc chân của mình đã có cơ hội hoạt động bình thường với những bộ chân tay giả có thể cử động linh hoạt.Máy in 3D có thể đáp ứng các tiêu chí trên khi sản xuất được bàn tay nhẹ, giá rẻ và có độ tương thích cao.
Một trong những lĩnh vực được chính thức áp dụng kỹ thuậtin 3Dlà in xương người cho cấy ghép. Các nhà nghiên cứu của Đại học bang Washington (Hoa Kỳ) đã in được cấu trúc như xương, đóng vai trò như khung giàn giáo cho tế bào xương mới phát triển trước khi nó thoái hóa dần. Cấu trúc này được in bằng calcium phosphate và thử nghiệm thành công ở động vật. Các chuyên gia hy vọng phương pháp này có thể giúp chữa trị những bệnh nhân bị rạn hoặc gãyxương.
Hiện nay, các nhà khoa học đã thành công trong việc sử dụng máy in phun 3D để tái tạo các tế bào mắt, tế bào da người, in cấu trúc mô có cả mạng lưới mạch máu bên trong bằng loại "mực in sinh học" chứa các thành phần chiết xuất từ mô cơ thể.
Tuy chưa thật sự hoàn hảo, song công nghệ in 3D đang có những bước tiến dài trong lĩnh vực phẫu thuật, y học. Những ứng dụng tiên tiến trên đây cho thấy công nghệ in 3D đang giúp ích cho các bệnh nhân và mở ra xu hướng y học mới.