美國醫(yī)學(xué)圖書館3D打印服務(wù)及其啟示

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3D打印技術(shù)是使用三維模型，通過熱熔噴嘴或激光束把金屬粉末或塑料逐層堆積黏結(jié)成型[1]，在建筑、教育、醫(yī)學(xué)、車輛工程、航空航天及珠寶等領(lǐng)域均有應(yīng)用[2]。1985年至今，美國不斷嘗試將3D打印技術(shù)應(yīng)用到器官移植、細(xì)胞組織、整形外科、腫瘤治療、骨關(guān)節(jié)外科及生物技術(shù)等醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域[3]。2012年，美國化學(xué)學(xué)會(huì)的J. Fortunak提出，采用3D打印技術(shù)可降低成本且藥品生產(chǎn)不受時(shí)空限制[4]。2014年，美國《地平線報(bào)告》(高教版)報(bào)道稱3D打印技術(shù)2-3年內(nèi)將在教育機(jī)構(gòu)普及[5]。2015年，李克強(qiáng)主持“國務(wù)院先進(jìn)制造與3D打印”專題講座，指出3D打印技術(shù)將推動(dòng)中國制造業(yè)的發(fā)展[6]。

3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)展迅速，但醫(yī)學(xué)圖書館開展3D打印服務(wù)剛剛起步。2014年，美國國立醫(yī)學(xué)圖書館(NLM)為美國國立衛(wèi)生研究院的全體員工提供免費(fèi)的3D打印服務(wù)，鼓勵(lì)打印生物醫(yī)藥相關(guān)的作品[7]。隨后，德克薩斯州大學(xué)醫(yī)學(xué)中心圖書館(The University of Texas Health Science Center at San Antonio's，UT HSC)[8]、佛羅里達(dá)大學(xué)醫(yī)學(xué)中心圖書館(University of Florida Health Science Center Library，UF HSC)[9]、賓夕法尼亞大學(xué)生物醫(yī)學(xué)圖書館(University of Pennsylvania Biomedical Library，Upenn)[10]、安妮特與歐文生物醫(yī)學(xué)圖書館(the Annette and Irwin Eskind Biomedical Library，EBL)[11]相繼開展3D打印服務(wù)。

經(jīng)調(diào)查，國內(nèi)高校圖書館引入3D打印服務(wù)的時(shí)間平均比美國晚1-2年。目前，我國(包括港澳臺(tái)地區(qū))已有部分公共圖書館和9所高校圖書館(上海交通大學(xué)圖書館[12]、復(fù)旦大學(xué)圖書館[13]、華東理工大學(xué)圖書館[14]、北京大學(xué)圖書館[15]、新鄉(xiāng)學(xué)院圖書館[16]、香港中文大學(xué)圖書館[17]、香港科技大學(xué)圖書館[18]、香港理工大學(xué)圖書館[19]及臺(tái)灣交通大學(xué)圖書館[20])提供3D打印服務(wù)。但從文獻(xiàn)、新聞和網(wǎng)站報(bào)道來看，尚未發(fā)現(xiàn)我國醫(yī)學(xué)圖書館開展此項(xiàng)服務(wù)。因此，介紹美國醫(yī)學(xué)圖書館應(yīng)用3D打印服務(wù)的先進(jìn)理念，分析其3D打印服務(wù)案例與經(jīng)驗(yàn)，對我國醫(yī)學(xué)圖書館開展3D打印服務(wù)將有一定的參考價(jià)值。

1 醫(yī)學(xué)圖書館開展3D打印服務(wù)的意義

醫(yī)學(xué)圖書館開展3D打印服務(wù)的意義不在于“新奇”，而是注重醫(yī)學(xué)新技術(shù)的推廣，滿足醫(yī)學(xué)院校的教學(xué)與臨床實(shí)踐需求，用服務(wù)詮釋圖書館“以人為本”的理念，深層次挖掘用戶的隱性知識(shí)。

1.1 幫助用戶掌握醫(yī)學(xué)新技術(shù)

J.Griffey指出，圖書使信息民主化，互聯(lián)網(wǎng)使溝通民主化，3D打印技術(shù)使物品的生產(chǎn)民主化[21]。3D打印技術(shù)的最新發(fā)展產(chǎn)生在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，如打印特殊醫(yī)學(xué)設(shè)備、植入管及身體器官[22]。J.Thilmany預(yù)測20年內(nèi)可實(shí)現(xiàn)3D打印心臟[23]。醫(yī)學(xué)的進(jìn)步需要高精度的3D打印設(shè)備及熟練的建模技術(shù)，因此推廣3D打印服務(wù)對于醫(yī)學(xué)圖書館是至關(guān)重要的。

1.2 滿足臨床教學(xué)需求

醫(yī)學(xué)圖書館開展3D打印服務(wù)可滿足醫(yī)學(xué)院校日益增長的臨床實(shí)踐和教學(xué)模具需求，培養(yǎng)用戶的創(chuàng)新思維和視覺空間能力。未來的教科書和期刊中的案例會(huì)包含不同手術(shù)的3D打印模型鏈接。3D模型打印費(fèi)用低，可以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化打印，從而幫助臨床醫(yī)生優(yōu)化手術(shù)方案。Shapeways的博客詳細(xì)報(bào)道整形外科醫(yī)生通過CT掃描影像和3D建模軟件來打印患者骨骼[24]。

1.3 開展相關(guān)增值服務(wù)

通過圖書館，用戶在享受3D打印這種昂貴技術(shù)和資源的同時(shí)，可以享受各種相關(guān)增值服務(wù)，包括3D打印創(chuàng)客空間、3D建模和醫(yī)療設(shè)備的相關(guān)專業(yè)書籍，3D打印在各種基礎(chǔ)和臨床的應(yīng)用案例講座、視頻和現(xiàn)場演示等。這將拓展醫(yī)學(xué)圖書館的服務(wù)功能，提升圖書館在科研和用戶學(xué)習(xí)中的支持地位，吸引更多的用戶參與到圖書館的創(chuàng)新服務(wù)中來[25]。

2 美國醫(yī)學(xué)圖書館的3D打印服務(wù)案例

近幾年，開展3D打印服務(wù)的圖書館數(shù)量在不斷增加。據(jù)R.Gallant 統(tǒng)計(jì)，2013年全球共計(jì)51所圖書館開展3D打印服務(wù)，其中25所面向社會(huì)公眾開放[26]。以下為美國5所醫(yī)學(xué)圖書館開展3D打印服務(wù)的情況。

2.1 美國國立醫(yī)學(xué)圖書館(NLM)

NLM是隸屬于美國國立衛(wèi)生研究院(National Institutes of Health,NIH)的衛(wèi)生與公眾服務(wù)部。為促進(jìn)生物醫(yī)學(xué)的教育研究，2014年在NIH基金支持下NLM開展3D打印服務(wù)。3D打印機(jī)與3D掃描儀均為自助服務(wù)，NIH職員可免費(fèi)打印醫(yī)學(xué)相關(guān)物品。NLM網(wǎng)站多模塊多角度推廣了此項(xiàng)服務(wù)，包括建模與使用、3D打印文件交換平臺(tái)、3D打印熱點(diǎn)追蹤、優(yōu)秀作品展示[27]。NIH的Darrell Hurt借鑒YouTube模式創(chuàng)建3D打印文件交換平臺(tái)，分享生物醫(yī)學(xué)的建模文件及相關(guān)視頻，均可免費(fèi)下載，幫助NIH用戶進(jìn)行深入的醫(yī)學(xué)研究。

2.2 德克薩斯州大學(xué)醫(yī)學(xué)中心圖書館(UT HSC)

為增強(qiáng)新技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)中的傳播，UT HSC提供了專業(yè)信息和指導(dǎo)服務(wù)[28]。2014年UT HSC圖書館開展3D打印服務(wù)，使用群體為本校師生、研究人員及醫(yī)學(xué)中心的附屬成員。2014-2015年測試期間免費(fèi)，未來將收費(fèi)。該館明確規(guī)定嚴(yán)禁打印武器，管理員也有權(quán)拒絕打印。為保證資源的合理使用，該館不接受同一物品重復(fù)多次打印。館員創(chuàng)建了3D打印服務(wù)博客，可及時(shí)與用戶分享打印信息。

2.3 佛羅里達(dá)大學(xué)醫(yī)學(xué)中心圖書館(UF HSC)

該館于2014年正式提供3D打印服務(wù)，館內(nèi)配置1臺(tái)3D打印機(jī)(Makerbot Replicator 2)。并利用網(wǎng)站推廣此項(xiàng)服務(wù)，在3D打印使用模塊中，介紹NIH 3D打印文件交換平臺(tái)。圖書館的3D打印機(jī)滿足了普通用戶的需求，如用戶需要高端設(shè)備，可到學(xué)校的A2 Fab Lab實(shí)驗(yàn)室[29]。學(xué)校鼓勵(lì)學(xué)生參與3D建模制作，并組建學(xué)生設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，挖掘用戶的隱性知識(shí)。

2.4 賓夕法尼亞大學(xué)生物醫(yī)學(xué)圖書館(Upenn)

該館的3D打印服務(wù)面向全體學(xué)生、教師及附屬員工。用于臨床實(shí)踐及學(xué)術(shù)研究的用戶可享受免費(fèi)使用，需附打印物品的簡要介紹。圖書館網(wǎng)站有視頻培訓(xùn)、文件修復(fù)、建模開源軟件及3D打印圖片展示。3D打印建模軟件來源于NIH 3D打印文件交換平臺(tái)和NASA 3D資源。除本館提供3D打印服務(wù)外，學(xué)校附屬的兒童醫(yī)院也提供不同型號的高精準(zhǔn)3D打印機(jī)，滿足用戶個(gè)性化需求。

2.5 安妮特與歐文生物醫(yī)學(xué)圖書館(EBL)

該中心的生物醫(yī)學(xué)圖書館旨在成為范德比爾特的知識(shí)和醫(yī)學(xué)中心的信息管理中心。安妮特與歐文生物醫(yī)學(xué)圖書館網(wǎng)站詳細(xì)介紹3D打印服務(wù)的開放時(shí)間及打印費(fèi)用。強(qiáng)調(diào)使用者應(yīng)嚴(yán)格遵守法律法規(guī)，嚴(yán)禁侵犯他人版權(quán)及知識(shí)產(chǎn)權(quán)。為傳播新技術(shù)、鼓勵(lì)師生創(chuàng)新，用于生物醫(yī)藥及學(xué)術(shù)研究的使用者享有3D打印優(yōu)先權(quán)。

3 美國醫(yī)學(xué)圖書館的3D打印服務(wù)經(jīng)驗(yàn)

3.1 設(shè)備情況

本文調(diào)查的5所美國醫(yī)學(xué)圖書館的3D打印設(shè)備來源分為基金資助和自購，見表1。NIH基金用來鼓勵(lì)醫(yī)學(xué)院校推廣新技術(shù)，2014年NLM、UT HSC及UF HSC通過該基金為用戶提供3D打印服務(wù)。Upenn 和EBL自費(fèi)購買3D打印設(shè)備。國內(nèi)開展此項(xiàng)服務(wù)的圖書館均無配備3D掃描儀。Makerbot Replicator憑借良好的性能及合適的價(jià)位成為圖書館的首選設(shè)備[30]。隨著3D打印材料的升級，安全環(huán)保的PLA成為圖書館的首選材料。美國醫(yī)學(xué)圖書館的3D掃描儀配備情況不均，僅NLM及UF HSC圖書館配置此設(shè)備。隨著3D打印服務(wù)的推廣，3D掃描儀的配備將更加完善。

國外醫(yī)學(xué)圖書館的設(shè)備受基金支持較為普遍。相比之下，國內(nèi)的設(shè)備以自購為主，且少有我國醫(yī)學(xué)圖書館推出3D打印服務(wù)的報(bào)道。開展此項(xiàng)服務(wù)的高校圖書館中，設(shè)備來源分為自購、自主研發(fā)及捐贈(zèng)3種方式。其中，香港中文大學(xué)圖書館自主研發(fā)3D打印設(shè)備，臺(tái)灣交通大學(xué)圖書館通過捐贈(zèng)獲得設(shè)備，其他圖書館均為自費(fèi)購買。

表1 美國醫(yī)學(xué)圖書館設(shè)備來源、3D掃描儀配備情況

3.2 生物醫(yī)學(xué)3D建模來源

3D打印文件交換平臺(tái)(NIH 3D Print Exchange)是由NIH基金資助建設(shè)的專門用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的3D打印文件數(shù)據(jù)庫。由于醫(yī)學(xué)院校用戶對3D建模軟件熟悉度較低，掌握三維建模技術(shù)需耗費(fèi)大量時(shí)間，而通過交換平臺(tái)可以快速獲得所需資源。創(chuàng)始者H.Darrell希望該平臺(tái)成為用戶交流和下載分享的空間。

網(wǎng)站共分四部分資源，分別是醫(yī)藥解剖，特殊實(shí)驗(yàn)器具，蛋白質(zhì)和高分子、細(xì)菌和組織細(xì)胞。如用戶希望掌握3D建模技術(shù)，可在學(xué)習(xí)板塊下載開源軟件。用戶在遵守相關(guān)法律法規(guī)的前提下，可申請賬號上傳或下載模型文件。美國的許多網(wǎng)站可檢索到開源代碼的假肢制作文件，其中以開源假肢工程(The Open Prosthetics Project，OPP)最為著名。該網(wǎng)站由戰(zhàn)爭中失去右臂的士兵J. Kuniholm建立，提供種類多樣且具有藝術(shù)氣息的個(gè)性化可替換假肢建模文件，用戶可免費(fèi)下載[33]。相同的商品假肢需要100 000美元，3D打印后成本降低到1 000美元，節(jié)省了患者時(shí)間及費(fèi)用。

3.3 收費(fèi)模式

3D打印是新興技術(shù)，圖書館需對用戶進(jìn)行建模軟件和設(shè)備的使用培訓(xùn)。NLM明確規(guī)定，用戶必須經(jīng)過培訓(xùn)認(rèn)證后方可使用此項(xiàng)服務(wù)。其他館雖有培訓(xùn)，但未做強(qiáng)制要求。本文調(diào)查的5所醫(yī)學(xué)圖書館均有明確條文規(guī)定嚴(yán)禁打印槍支及非法物品、嚴(yán)禁侵犯他人版權(quán)及知識(shí)產(chǎn)權(quán)。在美國，基金支持的醫(yī)學(xué)圖書館有充足財(cái)力為用戶提供免費(fèi)的3D打印服務(wù)；部分非基金支持的醫(yī)學(xué)圖書館采取收費(fèi)制度，以保障3D打印相關(guān)設(shè)備的正常維護(hù)。收費(fèi)方式主要以重量和打印時(shí)間為主，其中UF HSC圖書館和安妮特與EBL設(shè)立最低打印金額，付款方式分為現(xiàn)金和信用卡。

我國開展3D打印服務(wù)的圖書館缺少基金支持，主要集中在經(jīng)濟(jì)條件較好的地區(qū)。3D打印服務(wù)分為試用期和正式服務(wù)。為推廣新技術(shù)、拓寬視野及激發(fā)興趣，試用期間預(yù)約用戶可享受免費(fèi)服務(wù)，如上海交通大學(xué)圖書館、復(fù)旦大學(xué)圖書館、北京大學(xué)圖書館、新鄉(xiāng)學(xué)院圖書館；正式服務(wù)為有償服務(wù)，如華東理工大學(xué)圖書館、香港中文大學(xué)圖書館、香港科技大學(xué)圖書館、香港理工大學(xué)圖書館及臺(tái)灣交通大學(xué)浩然圖書館。正式服務(wù)均有詳細(xì)的收費(fèi)細(xì)則，均按打印物品重量收費(fèi)，其中臺(tái)灣交通大學(xué)浩然圖書館設(shè)立最低打印金額。

4 我國醫(yī)學(xué)圖書館開展3D打印服務(wù)的策略

4.1 合理配置經(jīng)費(fèi)資源

醫(yī)學(xué)圖書館購置3D打印機(jī)需考慮經(jīng)費(fèi)問題，各館應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求購買合適的機(jī)型，合理有效地配置經(jīng)費(fèi)資源。美國部分醫(yī)學(xué)圖書館的3D打印服務(wù)由NIH基金支持，可有效減輕圖書館的經(jīng)費(fèi)壓力。目前普通精準(zhǔn)度的3D打印機(jī)購買價(jià)格在2 500美元以下。Makerbot Replicator機(jī)型在圖書館應(yīng)用最廣，其價(jià)格在1 700-2 700美元不等。Cube機(jī)型來自3D 系統(tǒng)廠家，基本價(jià)格在1 300美元左右。圖書館應(yīng)根據(jù)自身經(jīng)濟(jì)狀況及師生的需求層次，積極申請新技術(shù)基金，配置適合本館的3D打印機(jī)型。另外，臺(tái)灣交通大學(xué)浩然圖書館接受3D打印設(shè)捐贈(zèng)備，能節(jié)省預(yù)算，是圖書館與3D生產(chǎn)商的雙贏模式。

4.2 關(guān)注知識(shí)產(chǎn)權(quán)相關(guān)問題

筆者調(diào)查的5所醫(yī)學(xué)圖書館的網(wǎng)站均聲明嚴(yán)禁打印武器及違法物品、嚴(yán)禁侵犯他人版權(quán)等知識(shí)產(chǎn)權(quán)行為。3D建模的版權(quán)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)是圖書館開展3D打印服務(wù)的棘手問題。與圖書復(fù)印問題類似，3D打印急需相關(guān)的法律法規(guī)，3D打印法律條文的滯后或缺失直接影響圖書館的服務(wù)水平。圖書館應(yīng)正確引導(dǎo)用戶合理使用3D打印機(jī)及建模資源。國內(nèi)高校圖書館提供的3D打印服務(wù)要求作者提供原創(chuàng)作品，避免版權(quán)糾紛。

4.3 加強(qiáng)專業(yè)館員培訓(xùn)

良好的技術(shù)人才支撐是醫(yī)學(xué)圖書館發(fā)展不可缺少的基礎(chǔ)條件。雖然醫(yī)學(xué)院校用戶可在NIH 3D打印文件平臺(tái)下載模型，但是仍急需培養(yǎng)3D打印技術(shù)專業(yè)人員來保障打印服務(wù)的正常開展。

5 結(jié)語

隨著3D打印設(shè)備價(jià)格的降低、三維設(shè)計(jì)軟件的智能化以及打印材料的更新，在不久的將來專業(yè)人員和普通用戶均可掌握3D打印技術(shù)。Facebook推出的圖書館員的專屬區(qū)域創(chuàng)客空間和感知圖書館(Maker Spaces and the Participatory Library)，為圖書館提供了許多優(yōu)秀的3D文件資源[3]。圖書館員能夠?yàn)橛脩籼峁?D打印環(huán)境與知識(shí)，如使用培訓(xùn)、法規(guī)政策、教育模具及未來發(fā)展趨勢，可幫助用戶發(fā)掘資源、創(chuàng)建發(fā)現(xiàn)工具，建立推薦資源收藏。

價(jià)格適中和易于使用的3D打印機(jī)對圖書館具有重要作用，如今用戶會(huì)在圖書館學(xué)習(xí)使用3D打印機(jī)。醫(yī)學(xué)圖書館應(yīng)意識(shí)到3D打印技術(shù)深刻影響著醫(yī)學(xué)進(jìn)程。實(shí)際上，并不是每個(gè)醫(yī)學(xué)圖書館都需要購買3D打印機(jī)，但是所有的圖書館都需要清楚這項(xiàng)新技術(shù)對未來發(fā)展的意義。