3D打印醫(yī)療領域回顧
醫(yī)藥生物行業(yè)是目前3D打印技術擴張最為迅猛的行業(yè)。3D打印技術不僅促進了再生醫(yī)學領域在人造活體組織與器官方面的研究，還能夠為醫(yī)療生物行業(yè)提供完整的個性化治療方案。比較典型的應用有3D手術預規(guī)劃模型、手術導板、植入物，康復醫(yī)療器械、口腔器械、生物組織與器官等。通過觀察2017年前兩季度醫(yī)用3D打印技術的發(fā)展進度，可知其在如下7個領域的最新進展。
01 手術規(guī)劃模型
在手術前根據(jù)患者的CT或核磁共振數(shù)據(jù)進行三維建模，然后通過3D打印機將模型打印出來，就得到一個醫(yī)療模型。3D打印的醫(yī)療模型最主要的作用是讓醫(yī)生在手術前可以直觀的看到手術部位的三維結構，有助于醫(yī)生規(guī)劃手術方案。尤其針對復雜手術，有助于降低手術風險，提高手術的成功率。
從骨科手術到心臟手術再到肝臟手術……越來越多的手術開始借助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隊采用3D打印技術為一位來自貴州的患先天性自身免疫性肝硬化門靜脈高壓癥的病人進行活體肝移植。我國南方醫(yī)科大學附屬第三醫(yī)院（廣東省骨科醫(yī)院）骨腫瘤科團隊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打印換脊骨手術的成功案例。
02 手術導板
手術導板是將手術預規(guī)劃方案在手術中準確實施的輔助性手術工具，3D打印技術尤其適合制造異型或個性化的導板。Materialise制造的兒科3D打印手術導板已獲美國FDA的生產(chǎn)許可。
上海逸動醫(yī)學科技有限公司在骨科手術導板領域運用國際上領先的SSM_Knee?技術，從多張負重位X光片數(shù)據(jù)進行膝關節(jié)三維統(tǒng)計學建模（Statistical Shape Modeling，SSM）及三維力線測量分析，在電腦上模擬截骨平面、人工全膝關節(jié)置換術手術置換全過程，虛擬化設計手術中實施截骨的導向導板并使用醫(yī)用材料進行3D打印。手術中醫(yī)生只需要將導板貼附于關節(jié)表面然后實施定位截骨即可，準確性高于傳統(tǒng)方法，避免了人為因素，手術操作簡單，不破壞髓腔。
03 植入物
近年來，醫(yī)療行業(yè)越來越多地采用金屬3D打印技術來設計和制造醫(yī)療植入物。3D打印技術用于制造骨科植入物，既可以制造出更多結構復雜的植入物，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。并且，OPM還是第一家也是唯一一家獲得美國FDA批準的3D打印患者特異性聚合物基植入物的公司。澳洲也成功實施了首例3D打印鈦-聚合物胸骨植入手術，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“堅硬與柔軟組織”。患者恢復迅速，術后僅12天就能出院。
2016年6月12日，世界首個3D打印脊椎植入手術在北醫(yī)三院完成。
04 康復醫(yī)療器械
與3D打印鈦合金定制化飛機零部件和超級轎跑個性化零部件一樣，假肢、助聽器等康復醫(yī)療器械同樣具有小批量、定制化的需求，并且設計具備復雜性，傳統(tǒng)數(shù)控機床受到加工角度等因素的限制往往難以實現(xiàn)，而對3D打印技術而言卻是輕而易舉，并且利用3D打印技術制作單個定制化康復輔具的成本會顯著下降。目前，Phonak與德國3D打印公司EnvironTEC一起合作開發(fā)出定制式鈦金屬助聽器VirtoB-Titanium，這是史上最小的3D打印定制鈦金屬助聽器。
近日，英國公司Torc2開創(chuàng)性地開發(fā)出一種耐用的柔性3D打印塑料。它是一種熱塑性復合材料，在37℃下是固體，在55℃左右時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整和改變由這種材料制成的3D打印醫(yī)療設備，這可能改變肢體損傷等病情的治療方式。
據(jù)開發(fā)者介紹，這種材料可以用來制造治療腦癱和髖關節(jié)發(fā)育不良的夾板和支撐物，也適合用來為下肢假肢制造可重塑的襯套，有潛力替代熟石膏在醫(yī)療領域的應用。這種材料的關鍵特性是它可以在低溫下軟化。溫度在55℃左右時，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，降低了成本，因為制造一個可輕松重塑的設備就夠了，而不是之前的好幾個類似的設備，同時也節(jié)省了安裝時間，提升了患者體驗。
這種3D打印材料的應用并不局限于腦癱和髖關節(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)常調整和改變，而Torc材料改變起來很快、很容易。隨著它的進一步發(fā)展，還會有更多可能性。
05 口腔科器械
近年來，以軟件設計為基礎的牙科修復變得十分普及。很多牙科診所、實驗室或專業(yè)義齒生產(chǎn)企業(yè)都引入了3D打印技術。結合3D打印的數(shù)字化口腔技術為牙科行業(yè)帶來了精度高、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)。
許多牙科診所或實驗室都利用3D打印機來制造患者牙齒模型。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；還可用來規(guī)劃或模擬手術過程，加強與患者的手術溝通。而直接3D打印義齒也已實現(xiàn)。
Envision TEC公司已經(jīng)獲得FDA的認證，運用3D打印技術來打印臨時牙冠。據(jù)估計，到2020年，大多數(shù)牙醫(yī)都會逐漸開始使用3D打印的牙冠。此外，通過3D打印技術生產(chǎn)的牙齒矯正器也正在走向應用。國外ClearCorrect公司已經(jīng)使用Stratasys公司的3D打印設備和材料生產(chǎn)透明矯正器。國內(nèi)也有時代天使這樣的隱形矯正器品牌。3D打印技術還可用來制作金屬材料的牙冠固定橋等修復體。
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、助聽器外殼等醫(yī)療器械都屬于“初級階梯”。而打印血管、軟骨組織這類單一的活體組織屬于“中級階梯”。3D打印的人工肝臟、心臟等人工器官則屬于“頂級階梯”。無論是人造血管、軟骨組織，還是肝臟組織、腎臟組織，其核心是特定類型細胞的分離（或定向誘導）及大規(guī)模擴增。而生物3D打印技術，在人工組織、器官培養(yǎng)過程中可以更好地構建三維形狀，即讓人體細胞按照預先設計好的形狀來生長。
日本京都大學已經(jīng)研發(fā)出促進神經(jīng)再生的生物3D打印導管，可能幫助患者的神經(jīng)損傷恢復。
俄羅斯生物科技集團3D Bioprinting Solutions已成功將3D打印甲狀腺植入小鼠體內(nèi)。
2016年底中國科學家也成功將3D打印血管植入恒河猴體內(nèi)，這標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)手強生研發(fā)出3D打印膝關節(jié)軟骨。
法國也完成了全球首例3D打印模具輔助制作定制化支氣管的植入手術。
07 3D打印制藥
3D打印可以實現(xiàn)多種材料精確成形和局部微細控制，從而可研制出具有復雜內(nèi)部結構的裝置。而通過3D打印成形技術制備的藥物緩釋裝置，與傳統(tǒng)壓片方法相比具有獨特優(yōu)勢。通過調整打印液流速、噴頭移動速度、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CAD（計算機輔助設計）為單個患者設計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)助科學家研習開發(fā)可探測病毒的醫(yī)用傳感器。而加州大學洛杉磯分校（UCLA）推出的新型生物墨水可經(jīng)由噴射3D打印成藥物。
