南加州大学（USC）的科研团队近期在增材制造领域取得突破，成功利用3D打印技术制造出每单元成本仅约30美元的磁共振成像（MRI）线圈。相关研究由USC维特比工程学院与马克与玛丽·史蒂文斯计算学院的研究人员共同完成，成果发表于《自然·通讯》。

MRI线圈是放置在人体表面用于检测组织射频信号的专业天线，目前商用线圈每套成本在1万至5万美元之间。这类线圈制造工艺复杂，且普遍采用一成不变的通用设计，限制了与不同解剖结构的贴合度，进而降低了成像质量。核心工程挑战在于寻找一种兼具高导电性和柔韧性的材料——行业标准铜是刚性的，而大多数柔性替代品则牺牲了导电性。

为破解这一难题，USC Ming Hsieh电气与计算机工程系助理教授Yasser Khan与领导动态成像科学中心（DISC）的电气与计算机工程教授Krishna Nayak共同主导了该项目，团队成员包括学生研究员Félix Muñoz和研究助理教授Ye Tian。他们确定银墨水为答案，将其打印在柔软、类橡胶的热塑性聚氨酯（TPU）基底上，该材料能达到固态铜约95%的信号效率，同时保持可拉伸性，能与人体皮肤的自然弹性高度匹配。

线圈采用标准Gerber文件设计，与电路板制造中使用的数字格式相同，并用Voltera NOVA直写式打印机自动化生产，省去了传统线圈制造中手工装配的高成本和长生产时间。每个线圈仅需8分钟即可打印完成，耗材成本可控在每单元约30美元。Muñoz指出，尽管银是贵金属，但每个线圈所需银量极少，因此成本极低。

在手腕成像测试中，这些3D打印线圈阵列相比商用线圈提供了四倍高的对比度和五倍高的锐度。共同领导研究的博士生Félix Muñoz指出，每个线圈所需银量极少，尽管银是贵金属，耗材成本仍可控制在每单元约30美元。图像分辨率上比商业同类产品高出四倍。

南加州大学凯克医学院儿科与放射学副教授、洛杉矶儿童医院合作者John Wood将该技术描述为“游戏规则改变者”，用于检测儿童和婴儿中未确诊的疾病。他解释道，目前线圈为成人设计，对儿科应用适应性差，现有线圈最初为成人设计而后缩小尺寸，常常无法适应成长中婴儿快速变化的解剖结构。“婴儿的心脏可能只有核桃大小，”Wood说，标准不可定制设计无法提供所需的精确度。新平台使定制化变得快速且经济实惠。

Khan表示，团队的下一步是患者测试。Nayak认为儿科肺部成像将是首个临床应用，其他目标包括腕部损伤、支气管肺发育不良监测、吞咽功能评估以及新生儿胃肠道评估。“一切都从信号开始，”Wood强调，更强的信号捕获能力可以提升多种疾病的诊断准确性。由于线圈价格低廉且兼容低成本便携工具，该技术也为在全球农村及资源有限地区扩展高质量MRI的可及性开辟了道路。

USC团队的工作属于更广泛的努力范畴，增材制造正开始在医疗硬件领域挑战传统制造模式。此前，厦门大学的研究人员曾使用3D打印制造射频探头头，用于常规及非常规MR实验，尽管存在一定的导电性折衷，但打印探头头实现了更高的信噪比。在更广泛的医疗硬件领域，3D Systems展示了床边增材制造如何整合工程师、外科医生和制造到医院内部——在巴塞尔大学医院生产了世界上首个符合MDR标准的3D打印面部植入物，与传统异地生产相比，减少了治疗延误、提高了精度并降低了成本。