3D打印醫(yī)療領(lǐng)域回顧
醫(yī)藥生物行業(yè)是目前3D打印技術(shù)擴(kuò)張最為迅猛的行業(yè),。3D打印技術(shù)不僅促進(jìn)了再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域在人造活體組織與器官方面的研究,，還能夠?yàn)獒t(yī)療生物行業(yè)提供完整的個(gè)性化治療方案,。比較典型的應(yīng)用有3D手術(shù)預(yù)規(guī)劃模型,、手術(shù)導(dǎo)板,、植入物,，康復(fù)醫(yī)療器械,、口腔器械,、生物組織與器官等,。通過(guò)觀察2017年前兩季度醫(yī)用3D打印技術(shù)的發(fā)展進(jìn)度,，可知其在如下7個(gè)領(lǐng)域的最新進(jìn)展。
01 手術(shù)規(guī)劃模型
在手術(shù)前根據(jù)患者的CT或核磁共振數(shù)據(jù)進(jìn)行三維建模,，然后通過(guò)3D打印機(jī)將模型打印出來(lái),，就得到一個(gè)醫(yī)療模型。3D打印的醫(yī)療模型最主要的作用是讓醫(yī)生在手術(shù)前可以直觀的看到手術(shù)部位的三維結(jié)構(gòu),，有助于醫(yī)生規(guī)劃手術(shù)方案,。尤其針對(duì)復(fù)雜手術(shù)，有助于降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn),，提高手術(shù)的成功率,。
從骨科手術(shù)到心臟手術(shù)再到肝臟手術(shù)……越來(lái)越多的手術(shù)開(kāi)始借助3D打印的醫(yī)療模型。例如2015年上海市第一人民醫(yī)院普外科中心主任彭志海教授團(tuán)隊(duì)采用3D打印技術(shù)為一位來(lái)自貴州的患先天性自身免疫性肝硬化門(mén)靜脈高壓癥的病人進(jìn)行活體肝移植,。我國(guó)南方醫(yī)科大學(xué)附屬第三醫(yī)院（廣東省骨科醫(yī)院）骨腫瘤科團(tuán)隊(duì)成功為一名脊索瘤患者切除了脊椎,，并植入3D打印人工椎體,，這是廣東首例3D打印換脊骨手術(shù)的成功案例。
02 手術(shù)導(dǎo)板
手術(shù)導(dǎo)板是將手術(shù)預(yù)規(guī)劃方案在手術(shù)中準(zhǔn)確實(shí)施的輔助性手術(shù)工具,，3D打印技術(shù)尤其適合制造異型或個(gè)性化的導(dǎo)板,。Materialise制造的兒科3D打印手術(shù)導(dǎo)板已獲美國(guó)FDA的生產(chǎn)許可。
上海逸動(dòng)醫(yī)學(xué)科技有限公司在骨科手術(shù)導(dǎo)板領(lǐng)域運(yùn)用國(guó)際上領(lǐng)先的SSM_Knee?技術(shù),，從多張負(fù)重位X光片數(shù)據(jù)進(jìn)行膝關(guān)節(jié)三維統(tǒng)計(jì)學(xué)建模（Statistical Shape Modeling,，SSM）及三維力線測(cè)量分析，在電腦上模擬截骨平面,、人工全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)手術(shù)置換全過(guò)程,，虛擬化設(shè)計(jì)手術(shù)中實(shí)施截骨的導(dǎo)向?qū)О宀⑹褂冕t(yī)用材料進(jìn)行3D打印。手術(shù)中醫(yī)生只需要將導(dǎo)板貼附于關(guān)節(jié)表面然后實(shí)施定位截骨即可,，準(zhǔn)確性高于傳統(tǒng)方法,，避免了人為因素，手術(shù)操作簡(jiǎn)單,，不破壞髓腔,。
03 植入物
近年來(lái)，醫(yī)療行業(yè)越來(lái)越多地采用金屬3D打印技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)和制造醫(yī)療植入物,。3D打印技術(shù)用于制造骨科植入物,，既可以制造出更多結(jié)構(gòu)復(fù)雜的植入物，又可以有效降低定制化,、小批量植入物的制造成本,，提升生產(chǎn)速度。
目前,，牛津高性能材料公司（OPM）公司的3D打印骨植入物已獲得歐洲專利批準(zhǔn),。并且，OPM還是第一家也是唯一一家獲得美國(guó)FDA批準(zhǔn)的3D打印患者特異性聚合物基植入物的公司,。澳洲也成功實(shí)施了首例3D打印鈦-聚合物胸骨植入手術(shù),，這款3D打印的新型胸骨植入物能夠更好地幫助重建人體內(nèi)的“堅(jiān)硬與柔軟組織”?；颊呋謴?fù)迅速,，術(shù)后僅12天就能出院。
2016年6月12日,，世界首個(gè)3D打印脊椎植入手術(shù)在北醫(yī)三院完成,。
04 康復(fù)醫(yī)療器械
與3D打印鈦合金定制化飛機(jī)零部件和超級(jí)轎跑個(gè)性化零部件一樣，假肢,、助聽(tīng)器等康復(fù)醫(yī)療器械同樣具有小批量,、定制化的需求，并且設(shè)計(jì)具備復(fù)雜性，傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床受到加工角度等因素的限制往往難以實(shí)現(xiàn),，而對(duì)3D打印技術(shù)而言卻是輕而易舉,，并且利用3D打印技術(shù)制作單個(gè)定制化康復(fù)輔具的成本會(huì)顯著下降。目前,，Phonak與德國(guó)3D打印公司EnvironTEC一起合作開(kāi)發(fā)出定制式鈦金屬助聽(tīng)器VirtoB-Titanium,，這是史上最小的3D打印定制鈦金屬助聽(tīng)器。
近日,，英國(guó)公司Torc2開(kāi)創(chuàng)性地開(kāi)發(fā)出一種耐用的柔性3D打印塑料,。它是一種熱塑性復(fù)合材料，在37℃下是固體,，在55℃左右時(shí)則具有良好的延展性,，可以重塑。這意味著可以直接在患者身上調(diào)整和改變由這種材料制成的3D打印醫(yī)療設(shè)備,，這可能改變肢體損傷等病情的治療方式,。
據(jù)開(kāi)發(fā)者介紹，這種材料可以用來(lái)制造治療腦癱和髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良的夾板和支撐物,，也適合用來(lái)為下肢假肢制造可重塑的襯套,，有潛力替代熟石膏在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用。這種材料的關(guān)鍵特性是它可以在低溫下軟化,。溫度在55℃左右時(shí),，醫(yī)療專業(yè)人員可以直接在患者身上重塑它。這既減少了浪費(fèi),，降低了成本,，因?yàn)橹圃煲粋€(gè)可輕松重塑的設(shè)備就夠了，而不是之前的好幾個(gè)類似的設(shè)備,，同時(shí)也節(jié)省了安裝時(shí)間,，提升了患者體驗(yàn)。
這種3D打印材料的應(yīng)用并不局限于腦癱和髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良,，許多情況下都需要一整套的支撐物和夾板,，其中很多都需要經(jīng)常調(diào)整和改變，而Torc材料改變起來(lái)很快,、很容易,。隨著它的進(jìn)一步發(fā)展,，還會(huì)有更多可能性,。
05 口腔科器械
近年來(lái)，以軟件設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的牙科修復(fù)變得十分普及,。很多牙科診所,、實(shí)驗(yàn)室或?qū)I(yè)義齒生產(chǎn)企業(yè)都引入了3D打印技術(shù)。結(jié)合3D打印的數(shù)字化口腔技術(shù)為牙科行業(yè)帶來(lái)了精度高、成本低,、效率高的科技成果,，以及與規(guī)范化生產(chǎn)鏈相符的口腔數(shù)據(jù)。
許多牙科診所或?qū)嶒?yàn)室都利用3D打印機(jī)來(lái)制造患者牙齒模型,。牙科3D模型可以用作模具并使用傳統(tǒng)方法輔助生產(chǎn)牙冠,、假牙等；還可用來(lái)規(guī)劃或模擬手術(shù)過(guò)程,，加強(qiáng)與患者的手術(shù)溝通,。而直接3D打印義齒也已實(shí)現(xiàn)。
Envision TEC公司已經(jīng)獲得FDA的認(rèn)證,，運(yùn)用3D打印技術(shù)來(lái)打印臨時(shí)牙冠,。據(jù)估計(jì)，到2020年,，大多數(shù)牙醫(yī)都會(huì)逐漸開(kāi)始使用3D打印的牙冠,。此外，通過(guò)3D打印技術(shù)生產(chǎn)的牙齒矯正器也正在走向應(yīng)用,。國(guó)外ClearCorrect公司已經(jīng)使用Stratasys公司的3D打印設(shè)備和材料生產(chǎn)透明矯正器,。國(guó)內(nèi)也有時(shí)代天使這樣的隱形矯正器品牌。3D打印技術(shù)還可用來(lái)制作金屬材料的牙冠固定橋等修復(fù)體,。
06 生物組織與器官
之前提到使用金屬,、塑料等非活體組織材料3D打印的定制化假肢、牙科,、骨科植入物,、助聽(tīng)器外殼等醫(yī)療器械都屬于“初級(jí)階梯”。而打印血管,、軟骨組織這類單一的活體組織屬于“中級(jí)階梯”,。3D打印的人工肝臟、心臟等人工器官則屬于“頂級(jí)階梯”,。無(wú)論是人造血管,、軟骨組織，還是肝臟組織,、腎臟組織,，其核心是特定類型細(xì)胞的分離（或定向誘導(dǎo)）及大規(guī)模擴(kuò)增。而生物3D打印技術(shù),，在人工組織,、器官培養(yǎng)過(guò)程中可以更好地構(gòu)建三維形狀，即讓人體細(xì)胞按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的形狀來(lái)生長(zhǎng),。
日本京都大學(xué)已經(jīng)研發(fā)出促進(jìn)神經(jīng)再生的生物3D打印導(dǎo)管,，可能幫助患者的神經(jīng)損傷恢復(fù),。
俄羅斯生物科技集團(tuán)3D Bioprinting Solutions已成功將3D打印甲狀腺植入小鼠體內(nèi)。
2016年底中國(guó)科學(xué)家也成功將3D打印血管植入恒河猴體內(nèi),，這標(biāo)志著在打印血管及其他器官用于人類移植方面邁出了重要的一步,。
而加拿大生物公司Aspect聯(lián)手強(qiáng)生研發(fā)出3D打印膝關(guān)節(jié)軟骨。
法國(guó)也完成了全球首例3D打印模具輔助制作定制化支氣管的植入手術(shù),。
07 3D打印制藥
3D打印可以實(shí)現(xiàn)多種材料精確成形和局部微細(xì)控制,，從而可研制出具有復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的裝置。而通過(guò)3D打印成形技術(shù)制備的藥物緩釋裝置,，與傳統(tǒng)壓片方法相比具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì),。通過(guò)調(diào)整打印液流速、噴頭移動(dòng)速度,、打印液液滴直徑,、粉末鋪層厚度、噴涂次數(shù),、噴涂角度,、噴涂位置等工藝參數(shù)，可以改變藥劑中含量,、輔料成分和組成,，從而改變藥物釋放速率和釋放量。這將使通過(guò)CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）為單個(gè)患者設(shè)計(jì)制造理想化的治療方式成為可能,。目前,，3D打印已經(jīng)能夠協(xié)助科學(xué)家研習(xí)開(kāi)發(fā)可探測(cè)病毒的醫(yī)用傳感器。而加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）推出的新型生物墨水可經(jīng)由噴射3D打印成藥物,。
