浅谈3D打印医疗设备的未来.docx

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1、浅谈3D打印医疗设备的未来目录-X-Z1刖百在过去的几年间，世界各地关于3D打印医疗设备的新闻事例层出不穷，从3D打印的助听器到手术工具，如镣子和术中牵引器等，3D打印在医疗领域的应用潜力正在被不断证实。毫无疑问，3D打印正在逐渐按改变医学界的游戏规则。随着新的医疗工具和小工具如雨后春笋般涌现，3D打印正变得越来越容易获得，价格也越来越低。也许未来，由于技术的不断发展，从身体器官到植入物都可以进行3D打印。然而，除了目前的创新之外，3D打印在医疗领域还有什么值得期待的？南极熊今天就与你一道来探讨这个问题。图1工作中的3D打印技术1. 3D打印医疗设备的过去和现在增材制造，也被称为3D打印，起源

2、于20世纪80年代。第一个记录在案的用于替换缺失或无法使用的人体部件的3D迭代可以归功于日本，当时HideoKodama尝试了一个快速成型系统。虽然他没能为这项创新申请专利，但他通常被认为是增材制造系统的第一个发明者。多年以后，三位法国开发者试图升级快速成型系统。与Hide。一样，他们也没能为这一举措申请专利。同年，查尔斯-赫尔成为第一个拥有建立创建3D模型系统专利的开发者。图2查尔斯赫尔（Charles Hull）自从被创造以来，一些公司和初创公司已经尝试使用增材制造技术。2016年，第一台SLS （选择性激光烧结）打印机发布，取得了商业成功，CAD （计算机辅助设计）工具也随之开始普遍使用

3、。当第一个假肢在2016年被打印出来时，虚构变成了现实，医学界终于为不断上升的器官和植入物的需求找到了一个突破口。今天，3D打印机随处可见，价格也处于历史低位。这种无处不在的情况使大家有可能开发出不同的3D打印材料。根据一项研究，80%的高科技制造商依靠3D打印进行产品原型制作。2. 3D打印的特点和好处科学家和作家们多年来一直在探索和发掘3D打印的优势和功能。在1980年发行的星球大战系列第四集帝国反击战的最后一幕中，天行者卢克从一个机器人那里得到了一只假手。虽然那是虚构的，但医学界确实已经实现了这种幻想一一3D打印的假手。图3医生和科学家们正在努力完善3D打印附属物，如手、耳朵等，用于先进

4、的假体。总的来说，当下3D打印的优势和特点主要可以分为以下几点：1）快速原型制作3D打印加快了增材制造的原型设计过程。今天，器官和植入物的原型可以在短短几小时内打印出来。快速性是3D打印比机器原型制作更受青睐的原因。除了速度之外，它也具有非常可观的成本效益。2）设计的灵活性用于3D打印的材料已经发生了变化。医疗工具和设备可以用钢、酸、钛、甚至巧克力都可以进行3D打印。材料的变化使设计变得灵活。另外，与传统打印相比，3D打印没有任何限制。3）浪费最小化3D打印减少了资源的浪费。生产打印件只需要生产部分所需的材料。与其依赖大块的回收材料，3D打印只使用零件需要的材料。4）易于使用3D打印对每个人来

5、说都是便捷易学的。新的3D打印机的发展为每个人提供了学习和利用创新的机会。由于政府的有利举措，你可以得到一台打印机，并开始使用它，没有任何限制。5）成本效益高在过去，你需要有许可证才能使用3D打印机，而今天，你只需要有意愿就能得到一台。打印机可以在任何地方买到，这确保了其成本效益。3 .现状：已临床应用于外科、 口腔科等，3D打印帮助医生突破医疗禁区走进南方医科大学深圳医院“数字外科3D打印中心”，3台体型小但功能强大的3D打印机整齐排列在桌上，旁边还摆放着几个已打印好的骨骼实物模型样品。南方医科大学深圳骨科主任桑宏勋团队通过打印出来的实物模型，实现对骨骼受损部位、移位程度及走向的清晰掌握，依

6、此了解病人的病情，并计划手术方案，从而将3D打印技术成功应用到骨折、骨科修复和畸形矫正手术中。“如果病人的骨关节严重缺损，按照以前的方法，可能没有办法手术或者要把关节全部换掉。但如今借助3D打印技术协助，可以实现缺损多少，就移植多少，实现了精准医疗，还可以降低手术中意外情况发生的风险。”桑宏勋告诉记者。如今在3D打印技术协助下，该团队已经完成700多例骨科手术，其中五分之一是疑难病例，包括高危的颈椎、胸椎疾病和先天性脊柱畸形等。对于风险高难度大的手术，术前规划非常重要。传统上，通过CT、核磁共振（MRI）等影像设备获取患者真实的数据，是医生手术规划的基础，但得到的医学影像是二维的。如今，利用分

7、析软件可以将二维数据转成逼真的三维数据，3D打印机可以将三维模型直接打印出来，既可辅助医生进行精准的手术规划、提升手术的成功率，又方便医生与患者就手术方案进行直观的沟通。此外，即使在治疗失败后，3D打印也可以为医患双方提供可溯源的依据。今年7月，桑宏勋接诊了一位70多岁的张老先生。由于颈椎痛得厉害，张老先生连吃饭、刷牙等事情都做不了，也走不了路，只能用轮椅代步。CT显示，张先生椎管狭窄严重，7节颈椎中有6节椎管发生了病变，椎管狭窄压迫颈动脉狭窄，导致他失去正常活动能力。”传统方法可以选择前路或者后路的方式进行手术，但术中要把变狭窄的椎管扩充到多大，怎么去扩，都只能全凭主刀医生的经验，连助手、护

8、士等都不知道怎么去做这个手术，病人对于医生的手术方案和效果也不会很清楚。”桑宏勋说。而在给张老先生做手术的时候，他先用3D打印技术，打出病人1： 1的颈椎模型，通过模型，清楚地知道病人椎管狭窄的程度，然后跟手术团队成员一起制定手术方案，规划把椎管扩张的范围、扩张的地方和部位，以及螺钉要植入的方向和部位等，手术中再配备导航板进行操作，最后手术很成功。术后一周，张老先生就可以站起来了。有着20多年脊柱外科临床经验，并在国内率先开展脊柱机器人手术和数字骨科手术的桑宏勋，十分看好3D打印技术在骨科等外科领域的广阔应用前景。“3D打印在术前规划、术前教学、术中的导航和导板以及术后评估中发挥重要作用。”桑

9、宏勋说，3D打印与临床结合，使得临床手术更加精准，实现量体裁衣，度身定做，解决了许多临床上的各种难题。目前，在临床上，深圳不少医院已经应用或正在开展临床试验的技术包括生理、病理模型3D打印，个性化导航导板3D打印、个性化植入物打印等。其中，深圳艾科赛龙科技有限公司自主研发的个性化导航导板3D打印已通过广东省3类临床医疗器械准入的审批，这也是我国被批准临床应用的首个3D打印个性化导航导板，进一步推动了 3D打印技术在临床上的应用。医疗借助于3D打印技术，正带来医疗领域的巨大变革。如今，南方医科大学深圳医院数字外科3D打印中心，3D打印技术应用到颌面外科、整形烧伤科、口腔科等临床上。南医大深圳医院

10、烧伤整形科主任朱雄翔告诉记者，在烧伤整形领域，3D打印已经实现了器官再造和修复重建。对于一些先天性缺耳的病人，医生以3D打印的耳朵模型为对照，取自体肋部的软骨“雕”成跟另一只几乎一致的耳朵，并植入皮肤下，等软骨与皮瓣长成一体，再行移植手术，把新长出的耳朵移植到耳朵缺损位置，实现耳朵再造。2015年，港大深圳医院整形外科团队就实施了深圳首例以3D打印辅助的耳廓塑型的再造手术，帮助一位右耳廓先天发育不全9岁女孩“长”出新耳朵。4 .进展：3D打印人体植入物已获应用，升级版可以实现“私人定制”个人的骨骼因为受伤骨折或因为病变受到破坏之后，医学上采用的最基本的治疗方法就是让骨折断端复位，然后等待其自然

11、愈合。如果因为骨质破坏造成了骨缺损，则在缺损区进行植骨，即填充从病人自身相对不重要部位切取的自体骨，然后等待其长成一体，这种形式被称为骨融合。骨折的愈合时间一般为3个月，如果存在骨缺损，需要植骨填充，以达到骨融合的目的，所需时间往往会更长。然而，在临床上，有一些骨肿瘤病人，因为骨骼或者关节被肿瘤侵袭严重，手术中若造成大面积的骨缺损或者截骨，就不得不植入假体。目前，以钛合金为主要材料的金属植入物在临床上应用最广泛。深圳艾科赛龙科技有限公司创始人赵小文告诉记者，国际上，美国FDA近年来已经批准上市了 86个3D打印植入物产品，大部分是脊柱植入物。在国内，中国国家食品药品监督管理总局批准注册的3D打

12、印人体植入物仅有两项，分别是2015年获批的“3D打印人工酸关节产品”和2016年5月获批的“金属3D打印内植物一一人工椎体”。不过，目前金属3D打印的人工懿关节和人工椎体在临床上还没有大量应用。“这些产品只能应用于个别的恶性肿瘤病人，而且要通过医院伦理委员会的审批，还要看植入体对病人有没有影响，加上还没有收费标准，临床使用还很少桑宏勋说。对于临床医生来说，目前的3D打印植入物还有一个不足，就是产品的“标准化”，还不适合个体化的病人。“因为目前批准的人工t宽关节和人工椎体的打印只能批量生产，并不能个性化定制，所有都是标准化产品，都是均码。赵小文说，而由于骨科病人的病情不一样，骨缺损或者截骨的位

13、置不一样，植入的假体也要“个性化定制”。在赵小文的办公桌上，有一小段的钛合金3D打印脊椎，这是一个脊柱肿瘤病人一节脊椎1： 1的模型。这个病例来自于艾科赛龙与北京一家医院正在进行的临床试验，患者于今年7月进行了手术，手术切除肿瘤的时候，同时切除了一节被肿瘤“吃”掉了的脊椎。少了一节脊椎，下一步如何恢复脊椎结构、保护脊髓，让病人回归正常生活，对临床是一个挑战。于是，临床医生精心研究患者的病情后，依据其解剖结构，利用金属3D打印技术为他“量身定制” 了一节人工脊椎，这段“私人定制”的内植物形态、大小、曲度与患者原本的脊椎完全契合，上面还有海绵一样的微孔，类似于人体骨骼结构中的骨小梁，可以帮助病人的

14、脊柱恢复正常功能。这款个体化的钛合金3D打印植入物是艾科赛龙正在研发的一款新产品，与已经批准的金属3D打印内植物产品不同的是，该产品属于个性化的产品，“一人一款”。在艾科赛龙公司的展示柜里，记者发现这款钛合金3D打印植入物不仅可以修复脊柱，还可以修复脑颅、颌面骨、胸骨等部位。赵小文透露，从2014年开始，该公司已经与第四军医大、南方医科大学附属医院、深圳市第二人民医院等国内近10家机构完成50多例的临床试验，”相对于传统手术和标准化的产品，个性化的3D打印植入物更科学，更能解决临床上的疑难问题。”赵小文说。目前，艾科赛龙正准备向国家食药监管总局申报注册该产品。5 .未来：生物打印是未来挑战，打

15、印人工器官不是梦在南方医科大学深圳医院数字骨科中心，通过CT、核磁共振（MRI）等扫描技术，一层一层扫描病人变形或者缺损的骨关节，再在电脑上利用分析软件将获取的数据转成一个立体模型，然后再连接3D打印机。通过设定相应程序，3D打印机就会“吭哧吭哧”地打印出一个逼真的骨骼实物模型。如今，在深圳，这种3D打印病人器官模型的技术已普遍用于骨科、心脏外科、神经外科等科室的手术规划中，1： 1的器官模型清晰地将病人的解剖结构呈现给医生，一定程度上帮助医生提高复杂手术的成功率、降低手术风险。尽管业内人士表示，目前，我国医学3D打印技术跟国外几乎同步，个别的领域可能还要超过他们。但是，从目前科研和临床应用来看，我国医学3D打印仍处于打印无生命的器官模型和骨骼内植物阶段，3D生物打印人体组织和器官又还有很长的路要走。8月14日，广东省医学3D打印应用转化工程技术研究中心落户南方医科大学深圳医院，并成立临床基地，这意味着3D打印技术在临床上的应用转化正在快速发展。在深圳，3D打印在临床上和研发上有哪些新进展？又还有哪些短