3D打印医疗领域回顾

 医药生物行业是目前3D打印技术扩张最为迅猛的行业。3D打印技术不仅促进了再生医学领域在人造活体组织与器官方面的研究，还能够为医疗生物行业提供完整的个性化治疗方案。比较典型的应用有3D手术预规划模型、手术导板、植入物，康复医疗器械、口腔器械、生物组织与器官等。通过观察2017年前两季度医用3D打印技术的发展进度，可知其在如下7个领域的最新进展。 

01 手术规划模型

 在手术前根据患者的CT或核磁共振数据进行三维建模，然后通过3D打印机将模型打印出来，就得到一个医疗模型。3D打印的医疗模型最主要的作用是让医生在手术前可以直观的看到手术部位的三维结构，有助于医生规划手术方案。尤其针对复杂手术，有助于降低手术风险，提高手术的成功率。

 从骨科手术到心脏手术再到肝脏手术……越来越多的手术开始借助3D打印的医疗模型。例如2015年上海市第一人民医院普外科中心主任彭志海教授团队采用3D打印技术为一位来自贵州的患先天性自身免疫性肝硬化门静脉高压症的病人进行活体肝移植。我国南方医科大学附属第三医院（广东省骨科医院）骨肿瘤科团队成功为一名脊索瘤患者切除了脊椎，并植入3D打印人工椎体，这是广东首例3D打印换脊骨手术的成功案例。

02 手术导板

 手术导板是将手术预规划方案在手术中准确实施的辅助性手术工具，3D打印技术尤其适合制造异型或个性化的导板。Materialise制造的儿科3D打印手术导板已获美国FDA的生产许可。

 上海逸动医学科技有限公司在骨科手术导板领域运用国际上领先的SSM_Knee®技术，从多张负重位X光片数据进行膝关节三维统计学建模（Statistical Shape Modeling，SSM）及三维力线测量分析，在电脑上模拟截骨平面、人工全膝关节置换术手术置换全过程，虚拟化设计手术中实施截骨的导向导板并使用医用材料进行3D打印。手术中医生只需要将导板贴附于关节表面然后实施定位截骨即可，准确性高于传统方法，避免了人为因素，手术操作简单，不破坏髓腔。

03 植入物

 近年来，医疗行业越来越多地采用金属3D打印技术来设计和制造医疗植入物。3D打印技术用于制造骨科植入物，既可以制造出更多结构复杂的植入物，又可以有效降低定制化、小批量植入物的制造成本，提升生产速度。

 目前，牛津高性能材料公司（OPM）公司的3D打印骨植入物已获得欧洲专利批准。并且，OPM还是第一家也是唯一一家获得美国FDA批准的3D打印患者特异性聚合物基植入物的公司。澳洲也成功实施了首例3D打印钛-聚合物胸骨植入手术，这款3D打印的新型胸骨植入物能够更好地帮助重建人体内的“坚硬与柔软组织”。患者恢复迅速，术后仅12天就能出院。

 2016年6月12日，世界首个3D打印脊椎植入手术在北医三院完成。

04  康复医疗器械

 与3D打印钛合金定制化飞机零部件和超级轿跑个性化零部件一样，假肢、助听器等康复医疗器械同样具有小批量、定制化的需求，并且设计具备复杂性，传统数控机床受到加工角度等因素的限制往往难以实现，而对3D打印技术而言却是轻而易举，并且利用3D打印技术制作单个定制化康复辅具的成本会显著下降。目前，Phonak与德国3D打印公司EnvironTEC一起合作开发出定制式钛金属助听器VirtoB-Titanium，这是史上最小的3D打印定制钛金属助听器。

      近日，英国公司Torc2开创性地开发出一种耐用的柔性3D打印塑料。它是一种热塑性复合材料，在37℃下是固体，在55℃左右时则具有良好的延展性，可以重塑。这意味着可以直接在患者身上调整和改变由这种材料制成的3D打印医疗设备，这可能改变肢体损伤等病情的治疗方式。

 据开发者介绍，这种材料可以用来制造治疗脑瘫和髋关节发育不良的夹板和支撑物，也适合用来为下肢假肢制造可重塑的衬套，有潜力替代熟石膏在医疗领域的应用。这种材料的关键特性是它可以在低温下软化。温度在55℃左右时，医疗专业人员可以直接在患者身上重塑它。这既减少了浪费，降低了成本，因为制造一个可轻松重塑的设备就够了，而不是之前的好几个类似的设备，同时也节省了安装时间，提升了患者体验。

 这种3D打印材料的应用并不局限于脑瘫和髋关节发育不良，许多情况下都需要一整套的支撑物和夹板，其中很多都需要经常调整和改变，而Torc材料改变起来很快、很容易。随着它的进一步发展，还会有更多可能性。

05  口腔科器械

 近年来，以软件设计为基础的牙科修复变得十分普及。很多牙科诊所、实验室或专业义齿生产企业都引入了3D打印技术。结合3D打印的数字化口腔技术为牙科行业带来了精度高、成本低、效率高的科技成果，以及与规范化生产链相符的口腔数据。

 许多牙科诊所或实验室都利用3D打印机来制造患者牙齿模型。牙科3D模型可以用作模具并使用传统方法辅助生产牙冠、假牙等；还可用来规划或模拟手术过程，加强与患者的手术沟通。而直接3D打印义齿也已实现。

 Envision TEC公司已经获得FDA的认证，运用3D打印技术来打印临时牙冠。据估计，到2020年，大多数牙医都会逐渐开始使用3D打印的牙冠。此外，通过3D打印技术生产的牙齿矫正器也正在走向应用。国外ClearCorrect公司已经使用Stratasys公司的3D打印设备和材料生产透明矫正器。国内也有时代天使这样的隐形矫正器品牌。3D打印技术还可用来制作金属材料的牙冠固定桥等修复体。

06  生物组织与器官

 之前提到使用金属、塑料等非活体组织材料3D打印的定制化假肢、牙科、骨科植入物、助听器外壳等医疗器械都属于“初级阶梯”。而打印血管、软骨组织这类单一的活体组织属于“中级阶梯”。3D打印的人工肝脏、心脏等人工器官则属于“顶级阶梯”。无论是人造血管、软骨组织，还是肝脏组织、肾脏组织，其核心是特定类型细胞的分离（或定向诱导）及大规模扩增。而生物3D打印技术，在人工组织、器官培养过程中可以更好地构建三维形状，即让人体细胞按照预先设计好的形状来生长。

 日本京都大学已经研发出促进神经再生的生物3D打印导管，可能帮助患者的神经损伤恢复。

 俄罗斯生物科技集团3D Bioprinting Solutions已成功将3D打印甲状腺植入小鼠体内。

 2016年底中国科学家也成功将3D打印血管植入恒河猴体内，这标志着在打印血管及其他器官用于人类移植方面迈出了重要的一步。

  而加拿大生物公司Aspect联手强生研发出3D打印膝关节软骨。

 法国也完成了全球首例3D打印模具辅助制作定制化支气管的植入手术。

07 3D打印制药

 3D打印可以实现多种材料精确成形和局部微细控制，从而可研制出具有复杂内部结构的装置。而通过3D打印成形技术制备的药物缓释装置，与传统压片方法相比具有独特优势。通过调整打印液流速、喷头移动速度、打印液液滴直径、粉末铺层厚度、喷涂次数、喷涂角度、喷涂位置等工艺参数，可以改变药剂中含量、辅料成分和组成，从而改变药物释放速率和释放量。这将使通过CAD（计算机辅助设计）为单个患者设计制造理想化的治疗方式成为可能。目前，3D打印已经能够协助科学家研习开发可探测病毒的医用传感器。而加州大学洛杉矶分校（UCLA）推出的新型生物墨水可经由喷射3D打印成药物。