解析！3D打印技術(shù)在植入式醫(yī)療器械中的應(yīng)用

3D打印技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的作用愈發(fā)得到重視。2016年6月24日，國務(wù)院辦公廳發(fā)布了《關(guān)于促進(jìn)和規(guī)范健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)應(yīng)用發(fā)展的指導(dǎo)意見（國辦發(fā)〔2016〕47號(hào)）》，明確包括3D打印技術(shù)在內(nèi)的7種醫(yī)療器械研發(fā)技術(shù)將獲得國家重點(diǎn)扶持。幾乎同一時(shí)間，美國食品藥物管理局（FDA）發(fā)布了針對(duì)3D打印醫(yī)療設(shè)備的準(zhǔn)則草案；在韓國，3D打印醫(yī)療器械的商業(yè)化也在緊鑼密鼓地推行。種種跡象都表明，3D打印作為醫(yī)療的一種主流技術(shù)的進(jìn)程已經(jīng)在加速到來。

3D打印技術(shù)基于自身的數(shù)字化優(yōu)勢(shì)，能有效滿足個(gè)性化、精準(zhǔn)化醫(yī)療，提高效率，得到了專業(yè)人士和普通民眾的認(rèn)可。3D打印制備的醫(yī)療器械不僅具備定制性、可制造性和機(jī)械性能方面的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)其制備過程快捷，沒有額外的儲(chǔ)存和運(yùn)輸成本；使用3D 打印技術(shù)的手術(shù)時(shí)間短、創(chuàng)傷面積小、成功率高，病人痛苦小、恢復(fù)快，后遺癥較少�，F(xiàn)在，不同方向、不同種類的3D打印技術(shù)紛紛出現(xiàn)在醫(yī)療市場(chǎng)，3D打印成為了充滿希望的朝陽產(chǎn)業(yè)。

根據(jù)增材制造領(lǐng)域知名的市場(chǎng)咨詢公司W(wǎng)ohlers Associates2016年發(fā)布的報(bào)告，2014年，全球增材制造和3D打印市場(chǎng)銷售額達(dá)到59.65 億美元，與2013 年相比增長了20 億美元，增長率達(dá)到25.9%（圖1）。Wohlers Associates認(rèn)為3D打印2020年將占據(jù)全球制造市場(chǎng)5%的份額，而這已經(jīng)足以使3D 打印成為一個(gè)市場(chǎng)容量高達(dá)6400億美元的大行業(yè)。其中，北美和歐洲占據(jù)了市場(chǎng)總銷售額的68%，而亞太市場(chǎng)將占27%。

圖1  3D 打印市場(chǎng)年銷售額變化

就中國而言，3D打印臨床的驅(qū)動(dòng)因素主要有以下4點(diǎn)：人口老齡化、居民可支配收入增加、醫(yī)療水平提升、全民健康意識(shí)提升。特別是人口老齡化的問題，Tang X曾報(bào)道：預(yù)計(jì)到2040 年，65 歲及以上老年人口占總?cè)丝诘谋壤龑⒊�過20%。同時(shí)，老年人口高齡化趨勢(shì)日益明顯，80歲及以上高齡老人正以每年5%的速度增加，到2040年將增加到7500多萬，過半數(shù)老年人長期處于慢性病狀態(tài)。

根據(jù)美國2016年的3D打印報(bào)告，2016年全球3D打印市場(chǎng)銷售額將達(dá)到73億美元；而到2020 年，這一市場(chǎng)預(yù)計(jì)將增長到210億美元，3D打印醫(yī)療設(shè)備將占15%的份額。目前原型作為主要應(yīng)用的3D 打印市場(chǎng)僅占全球制造業(yè)市場(chǎng)的0.04%，這一數(shù)字有望增長到5%，這足以使3D打印成為一個(gè)市場(chǎng)容量高達(dá)6400億美元的大行業(yè)。

3D 打印技術(shù)在醫(yī)療行業(yè)的應(yīng)用
從打印材料角度來看，3D打印材料可以分為聚合物材料、金屬材料、陶瓷材料和復(fù)合材料4類，使用的材料主要有工程塑料、光敏樹脂、橡膠類材料、金屬材料和陶瓷材料等，彩色石膏材料、人造骨粉、細(xì)胞生物原料及砂糖等食品材料也在3D打印領(lǐng)域得到了應(yīng)用。根據(jù)不同的功能需求，3D打印技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域廣泛使用不同種類的材料，如使用多孔鈦制備骨骼植入物、使用高分子材料制備組織支架、使用生物活性陶瓷制備相容性結(jié)構(gòu)等。除此之外，3D打印也會(huì)與其他高新產(chǎn)業(yè)復(fù)合，使打印成品功能更優(yōu)秀。

從打印方式角度來看，目前在醫(yī)療行業(yè)應(yīng)用的主要3D打印技術(shù)有熔融擠出技術(shù)（FDM）、光固化技術(shù)（SLA/DLP）、材料噴射打印技術(shù)（Polyjet/Projet/SCP）、選擇性激光熔化技術(shù)（SLM）、電子束熔融技術(shù)（EBM）、自動(dòng)注漿成型陶瓷打印技術(shù)（robcasting）、粉末粘合藥片打印技術(shù)（ZipDose）、選擇性激光燒結(jié)（SLS）和立體光刻陶瓷打印技術(shù)（LCM）等。這些技術(shù)已經(jīng)能從術(shù)前打印病灶模型、術(shù)中定制手術(shù)導(dǎo)板和人體缺損部分的替代品3個(gè)層次為醫(yī)療問題提供幫助；對(duì)于第4個(gè)層次即生物3D打印，暫時(shí)還缺乏臨床應(yīng)用的實(shí)例，但已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)研究中為醫(yī)生提供便利，例如跨越一些臨床操作中的倫理障礙等。

從應(yīng)用方式角度來看，3D打印技術(shù)除了用于制備植入物，為病人快捷、準(zhǔn)確地定制醫(yī)療器械，還可以通過數(shù)據(jù)化方法指導(dǎo)醫(yī)生，如通過觸覺式自由建模軟件，醫(yī)生在電腦上就可以進(jìn)行手術(shù)實(shí)踐，讓醫(yī)生提前進(jìn)行術(shù)前準(zhǔn)備（圖2），而不需要患者實(shí)例。通過這種方法，3D打印技術(shù)在建立良好的醫(yī)患關(guān)系、制定手術(shù)計(jì)劃以及進(jìn)行醫(yī)師培訓(xùn)等方面也發(fā)揮了重大作用。

圖2  醫(yī)生利用建模軟件在電腦上進(jìn)行手術(shù)預(yù)演

3D 打印技術(shù)醫(yī)療應(yīng)用案例分析

3D 打印義齒
中國有94%的人口存在牙齒問題，10個(gè)人中就有1個(gè)人安裝了假牙（義齒），年均假牙消費(fèi)量達(dá)8165萬顆。目前市面上，假牙的制作主要采用傳統(tǒng)人工鑄造和數(shù)控機(jī)床（CNC）切削加工制作方法。人工鑄造的方法過程較慢，返修率大；CNC制作成本高且精度較低。隨著3D打印技術(shù)的普及，3D打印制作義齒的應(yīng)用也正蓬勃興起。

3D打印在口腔醫(yī)學(xué)的基本應(yīng)用包括：修復(fù)領(lǐng)域、正畸領(lǐng)域、種植領(lǐng)域、頜內(nèi)外科領(lǐng)域。在修復(fù)領(lǐng)域，可以利用3D打印技術(shù)制作牙冠、咬槽骨、義齒等（圖3）。在種植領(lǐng)域，種植義齒的時(shí)候利用模型進(jìn)行手術(shù)模擬可以減少手術(shù)的誤差和風(fēng)險(xiǎn)，且性能優(yōu)于傳統(tǒng)CT影像種植。在正畸領(lǐng)域，可以制作個(gè)性化的正畸產(chǎn)品，給患者美觀舒適的體驗(yàn)。

圖3  牙科3D 打印數(shù)字化流程

牙醫(yī)可以使用金屬粉末激光熔融打印義齒（圖4），或利用可以進(jìn)行消蝕鑄造的樹脂材料制作牙冠和牙橋的原始蠟型，結(jié)合專門的鑄造工藝得到優(yōu)質(zhì)的金屬鑄造件；通過使用3D打印手術(shù)導(dǎo)板，牙醫(yī)可以輕松地將植入物放到準(zhǔn)確的位置，而不必像傳統(tǒng)方法那樣全憑自己的經(jīng)驗(yàn)去猜測(cè)，3D掃描和3D打印對(duì)傳統(tǒng)模具的取代，也減緩了患者在醫(yī)療過程中的痛苦。

圖4  3D 打印的義齒

當(dāng)前最先進(jìn)的牙科3D打印產(chǎn)品是是普蘭梅卡公司今年發(fā)布的Planmeca Creo，這款機(jī)器基于數(shù)字光處理（DLP）技術(shù)（圖5），可以3D打印定制牙科夾具、植入物、手術(shù)導(dǎo)板及其他的醫(yī)療模型。在全球范圍內(nèi)，目前已逾數(shù)千的3D打印模型、牙冠、牙橋在牙科診所中使用。

圖5  普蘭梅卡3D 打印機(jī)Planmeca Creo 和打印成品

3D打印技術(shù)在齒科方面的應(yīng)用可以總結(jié)為：用自動(dòng)化科技替代了大量的人工操作，使得一顆義齒蛻變成擁有高科技、低成本、高質(zhì)量的“優(yōu)秀義齒”。

3D 打印骨科植入物
骨科植入物市場(chǎng)中最主要有3個(gè)類別：關(guān)節(jié)植入物、脊柱植入物、創(chuàng)傷植入物（如骨釘、骨板）。2016年全球關(guān)節(jié)、脊柱、創(chuàng)傷植入物市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到418億美元。其中，關(guān)節(jié)植入物為229億美元，脊柱植入物為113億美元，創(chuàng)傷植入物為77億美元。在全球市場(chǎng)中，關(guān)節(jié)植入物的占比最高，達(dá)到了54.7%。3D打印技術(shù)在骨科中的應(yīng)用方式主要可以分為指導(dǎo)醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)和打印患者需要的植入物兩個(gè)方面，此外，也可以打印一些輔助器材，例如美國密歇根大學(xué)與Altair Engineering和Stratasys公司攜手合作，共同組成了CYBER團(tuán)隊(duì)。該團(tuán)隊(duì)最近接受America Makes（美國國家增材制造創(chuàng)新研究員）的委托和資助，致力于開發(fā)出一種解決方案，該方案將利用3D打印和工業(yè)4.0來改造踝足矯形器（AFO）的設(shè)計(jì)、舒適性、實(shí)用性和定制。

醫(yī)生可以利用電子計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）來獲取骨科患者特定部位的三維數(shù)據(jù)，并根據(jù)患者需要做出調(diào)整，打印出仿真的創(chuàng)傷骨骼系統(tǒng)模型。醫(yī)生依靠此模型來設(shè)計(jì)手術(shù)方案，可以預(yù)估手術(shù)進(jìn)程，優(yōu)化手術(shù)方案。另一方面，由于骨科手術(shù)往往需要大量的植入物，醫(yī)生可以通過計(jì)算機(jī)軸向斷層掃描（CAT）成像，并通過計(jì)算機(jī)軟件對(duì)該圖像進(jìn)行鏡像，就可以使用3D打印定制植入物，這種方法可以實(shí)現(xiàn)高精度、高強(qiáng)度、高時(shí)效和高性價(jià)比；可以實(shí)現(xiàn)沒有工具成本、沒有改成型成本，達(dá)到快速生產(chǎn)的目的。2016年北京大學(xué)第三醫(yī)院劉忠軍為一名脊索瘤患者植入了世界首個(gè)3D打印多節(jié)段胸腰椎植入物——長達(dá)19 cm的脊柱（圖6），成功替代了患者被徹底切除的5節(jié)脊椎。這種人工椎體的3D打印一步成型，在簡(jiǎn)化工藝、降低庫存和運(yùn)輸壓力等環(huán)節(jié)的成本遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的鈦網(wǎng)工藝。該椎體在性能上的優(yōu)勢(shì)顯著，其機(jī)械性能滿足了病人所需的連接和支撐功能，利用3D打印定制性的便利，可以專門設(shè)計(jì)連接結(jié)構(gòu)以增強(qiáng)穩(wěn)定性，人工椎體上的微孔結(jié)構(gòu)類似骨小梁，能讓相鄰正常椎體的骨細(xì)胞長入其中，實(shí)現(xiàn)骨整合。

圖6  北京大學(xué)第三醫(yī)院為患者植入的3D 打印脊柱

北京大學(xué)第三醫(yī)院的手術(shù)不是孤例。近日，全球最大的骨科及醫(yī)療科技公司之一美國Stryker公司研制的3D打印后路腰椎間融合器已經(jīng)獲得美國藥品食品管理局（FDA）批準(zhǔn)。這種椎間融合設(shè)備采用了專門為精準(zhǔn)適配脊椎骨生長發(fā)和生物性固定設(shè)計(jì)的3D打印多孔鈦材料，可用于腰椎自體移植物/同種異體骨移植、修補(bǔ)性脊柱固定系統(tǒng)，如椎弓根釘、棒體、盤體。通過后部植入的方式，可大大提高脊柱治療的效果。

目前各大全球性醫(yī)療器械公司都推出了各自的3D打印骨科植入物產(chǎn)品（圖7）。FDA已批準(zhǔn)了85個(gè)3D打印骨科植入物，包括Skryker、Zimmer等提供骨科植入物的3D打印解決方案的醫(yī)療器械企業(yè)。4WEB Medical公司已獲得FDA批準(zhǔn)的脊柱側(cè)桁植入物、足踝桁架植入物、ALIF前路脊柱桁架系統(tǒng)。能提供強(qiáng)有力的力學(xué)支撐，保證修正的完整性。3D打印植入物的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以促進(jìn)骨結(jié)合并加速愈合。3D技術(shù)使金屬表面定制化微孔結(jié)構(gòu)，有利于宿主周圍骨細(xì)胞長入，實(shí)現(xiàn)骨性整合。

圖7  3D 打印公司典型的產(chǎn)品

未來還有可能開發(fā)出具有生物活性的可吸收材料。歐洲的RESTORATION研究項(xiàng)目開發(fā)的可吸收生物陶瓷材料,已經(jīng)可以應(yīng)用于下頜骨、脊椎和膝蓋等位置的3D打印，這些陶瓷有希望開發(fā)成為生物活性材料，這意味著它們可以被人體充分吸收。

2014年以后，3D打印骨科植入物在中國相關(guān)專利技術(shù)領(lǐng)域數(shù)量整體增加明顯。其中醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的專利數(shù)量最多，2014年為26個(gè)，2015年為61個(gè)，2016年截至7月份就達(dá)到了59個(gè)。

3D 打印支架
氣管支架和血管支架是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的重要器械。它們能支撐病人體內(nèi)氣管和血管結(jié)構(gòu)，改善其生理性能。理想的氣管支架應(yīng)容易置入和取出，有著良好的強(qiáng)度、組織相容性和擴(kuò)張性能。

3D打印的高度定制性使其在氣血管支架制備領(lǐng)域表現(xiàn)良好。3D打印氣管夾板已被用于治療先天性呼吸疾病——支氣管軟化癥（TBM）中。2013年，來自美國CSMott兒童醫(yī)院的兒科耳鼻喉科醫(yī)生Glenn Green聯(lián)手密歇根大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程教授及首席研究員Scott Hollister，利用EOS 3D打印機(jī)和一種聚己內(nèi)酯（PCL）生物材料打印出夾板（圖8），成功為一位少女進(jìn)行了氣管支氣管軟化癥治療手術(shù)。

圖8  氣管支架夾板工作示意

這種夾板使用的PCL材料不易腐蝕和再吸收，同時(shí)也具有相當(dāng)?shù)捻g性，恰好滿足了人工氣管支架的工作要求。3D打印在制造夾板的過程中，起到了個(gè)性化、高度自動(dòng)化和提高效率的作用，它的多孔結(jié)構(gòu)可以隨患者氣道的成熟而擴(kuò)張。為病人建立一個(gè)正確的氣管夾板，醫(yī)療小組首先必須獲得核磁共振和掃描，以建立一個(gè)精確的三維模型（圖9）。使用這些三維模型數(shù)據(jù)，該小組為患者打印了一個(gè)量身定制的夾板，該設(shè)計(jì)高度兼容，多孔相互連通的空間可以隨著氣道成熟以后繼續(xù)擴(kuò)張，在手術(shù)結(jié)束后，女孩的夾板已經(jīng)可以支撐氣管，并開始正常工作。

圖9  氣管支架模型圖

3D 打印皮膚、義眼和假肢
意大利Bologna的一家脫發(fā)研究實(shí)驗(yàn)室——Cesare Ragazzi實(shí)驗(yàn)室（CRLab），通過引入3D打印技術(shù)為顧客打印假發(fā)。他們首先3D掃描患者的頭骨，在此基礎(chǔ)上制造出一個(gè)鑄模，并仔細(xì)注意脫發(fā)的位置。由于3D掃描和測(cè)量數(shù)據(jù)可以以電子郵件的方式發(fā)送給在意大利的CRLab，所以患者甚至不必親自到場(chǎng)。根據(jù)測(cè)量結(jié)果，醫(yī)生會(huì)3D打印出患者的顱骨和頭皮的模型，再以3D技術(shù)在此基礎(chǔ)上調(diào)制基部并打印假發(fā)。

Biologique Recherche公司利用靜電紡絲3D打印技術(shù)，將（皮膚）透明質(zhì)酸化合物注入通電旋轉(zhuǎn)設(shè)備，將其轉(zhuǎn)換為納米纖維，然后打印出條形的納米纖維“皮膚”（圖10）。這些“條形皮膚”富含透明質(zhì)酸和膠原蛋白、蛋白多糖，可以貼合人類皮膚，溶解滲入到皮膚組織中。這種薄膜片可以在皮膚中滲透流通，保持水分。薄膜成分有助于修復(fù)皮膚損傷，加快愈合。

圖10  3D 打印的“第二層皮膚”

比利時(shí)魯汶大學(xué)學(xué)術(shù)醫(yī)院用錐形束CT（CBCT）技術(shù)為一位68歲的男性患者開發(fā)出了世界上第一個(gè)3D打印的義眼（圖11）。CBCT是牙科手術(shù)中一個(gè)很常見的輔助手段，因?yàn)樗�不用造成損傷就能為患者的口腔進(jìn)行建模，但是用于義眼的制造還是第一次。這種義眼尚不具備可視功能，但能改善眼部周圍肌肉組織狀態(tài)。

圖11  3D 打印義

Autodesk公司使用3D打印假肢為德國自行車運(yùn)動(dòng)員丹妮絲·申德勒3D打印了能在比賽中使用的假肢（圖12）。英特爾公司與3D Systems公司合作，將3D打印與信息技術(shù)結(jié)合，為一個(gè)西班牙的小男孩量身定做了一個(gè)植入了Intel核心處理器的仿真3D打印假手。

圖12  丹妮絲·申德勒和她的3D 打印假肢

此外，在澳大利亞布里斯班開發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)，能為天生耳畸形的兒童們提供耳朵假體。該技術(shù)使用孩子自身的細(xì)胞在生物反應(yīng)器中生長出3D耳朵。通過應(yīng)用3D打印技術(shù)，假體的預(yù)估成本不超過一副眼鏡的價(jià)格。

3D 打印藥丸

倫敦大學(xué)藥學(xué)院的研究人員進(jìn)行的一項(xiàng)研究表明：立體光固化成型（SLA）技術(shù)可以用于制作3D打印藥物（圖13）。這項(xiàng)名為“口服藥服定劑量釋放光固化3D打印（Stereolithographic（SLA）3D printing of oral modified- release dosage forms）”的研究展示了利用SLA 3D打印技術(shù)生產(chǎn)“載藥型藥物”的可能性和適用性，研究人員們表示，這樣一個(gè)發(fā)現(xiàn)為他們提供了更多制藥選擇的可能性，能在打印前將藥物與光固化結(jié)合在一起，保持藥物內(nèi)部的“固化矩陣”，從而減少藥物降解。2016年3月，F(xiàn)DA批準(zhǔn)的癲癇藥物SPRITAM便是使用3D打印技術(shù)制造藥片特殊的結(jié)構(gòu)，以便其更快速溶解。

圖13  SLA 3D 打印藥物流程

3D 打印活體器官和組織
生物打印制備活體器官和組織是方興未艾的研究方向。荷蘭烏德勒支大學(xué)已經(jīng)建立了世界第一個(gè)生物打印實(shí)驗(yàn)室。瑞典Cellink公司開發(fā)的兩種全新的生物油墨能提高人們生物打印人體組織和器官的能力，第一種生物油墨是CELLINK A（圖14），由超純海藻酸鈉組成，這種可降解的生物油墨最適于支架材料必須被本體組織取代的情況，在促進(jìn)組織再生方面有良好使用性能；另一種生物油墨被稱為SUPPORTINK，可用于幫助打印復(fù)雜的3D結(jié)構(gòu)，一旦細(xì)胞被打印出來并穩(wěn)定之后，SUPPORTINK 可以很容易地從結(jié)構(gòu)中去除，只需一次簡(jiǎn)單地沖洗即可，它可以被用于創(chuàng)建具有開發(fā)的類似血管網(wǎng)絡(luò)的組織模型。生物油墨能夠很快幫助將實(shí)驗(yàn)從體外（用在微生物、細(xì)胞上）轉(zhuǎn)向?qū)嶋H的臨床應(yīng)用。

圖14  瑞典Cellink 公司開發(fā)的生物打印油墨

2016年，美國Battelle Center醫(yī)學(xué)研究中心利用3D打印對(duì)RSV疫苗進(jìn)行研究，RSV病毒是呼吸道合胞病毒，會(huì)引起嬰兒和兒童支氣管炎和肺炎，為了研究病毒如何發(fā)揮作用，研究人員運(yùn)用計(jì)算機(jī)原理和物理學(xué)公式結(jié)合3D全彩打印技術(shù)，打印出F基因分子機(jī)器的全彩模型，通過模型研究出病毒的運(yùn)作機(jī)理，從而研發(fā)出疫苗。

2016年俄羅斯聯(lián)合火箭航天公司（URSC）宣稱，已經(jīng)與俄羅斯3D Bioprinting Solutions公司簽署了一份協(xié)議，合作開發(fā)一款可以在零重力環(huán)境下運(yùn)行的磁性3D生物打印機(jī)，根據(jù)計(jì)劃，這款3D生物打印機(jī)將會(huì)在2018年被送到國際空間站中使用。這款開發(fā)的磁性3D生物打印機(jī)將被用于打印對(duì)于太空輻射的影響高度敏感的組織和器官構(gòu)造，以對(duì)長期逗留在太空環(huán)境中生物體所受到的宇宙輻射負(fù)面影響進(jìn)行生物監(jiān)測(cè)，并藉此開發(fā)出相應(yīng)的對(duì)策。2016年，扎耶德大學(xué)小兒外科手術(shù)創(chuàng)新系統(tǒng)以及馬里蘭大學(xué)的研究人員成功地使用生物3D打印技術(shù)打印出了胎盤模型。這種模型由一層層活性細(xì)胞打印而成，科學(xué)家將其用于觀察并記錄細(xì)胞遷移中（在胎盤滋養(yǎng)細(xì)胞），利用這個(gè)模型中的關(guān)鍵細(xì)胞、生物化學(xué)成分和細(xì)胞外基質(zhì)成分，科學(xué)家將可能找到先兆子癇的病因和治療方法。

3D 打印輔助手術(shù)
目前3D打印輔助手術(shù)集中在以下兩方面：1）3D打印模型。在手術(shù)前，把病人需要手術(shù)的部位事先打印出一個(gè)立體三維模型，醫(yī)生在手術(shù)前就能很直觀地看到手術(shù)部位的結(jié)構(gòu)，尤其針對(duì)一些復(fù)雜部位的手術(shù)，避免手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，提高手術(shù)的成功率。2）3D打印模板。手術(shù)模板是醫(yī)生在手術(shù)中輔助手術(shù)的重要工具，尤其是異型或個(gè)性化的模板，通過3D打印技術(shù)可極大提高醫(yī)生進(jìn)行復(fù)雜手術(shù)的成功率。

上海市第一人民醫(yī)院彭志海團(tuán)隊(duì)采用3D打印技術(shù)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(jìn)行活體肝移植。術(shù)前為了精準(zhǔn)制定手術(shù)方案，采用3D打印技術(shù)將患者的肝膽胰臟器和相應(yīng)的病變部位以1∶1的“實(shí)物”形式呈現(xiàn)在醫(yī)生面前，通過精確評(píng)估病變范圍與臨近臟器組織的三維空間關(guān)系，確定切除病患307 g的肝臟。在進(jìn)行肝切除時(shí)，專家將模型帶入手術(shù)室在術(shù)中進(jìn)行實(shí)時(shí)比對(duì)，通過調(diào)整3D打印模型并置于最佳解剖位置，為手術(shù)關(guān)鍵步驟提供直觀的實(shí)時(shí)導(dǎo)航，對(duì)關(guān)鍵部位快速識(shí)別和定位；通過精確定位病灶、血管，實(shí)時(shí)引導(dǎo)重要脈管的接合，提高了手術(shù)精準(zhǔn)性，有效降低了手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

而在3D打印模板方面，上海逸動(dòng)醫(yī)學(xué)科技有限公司運(yùn)用國際上最領(lǐng)先的技術(shù)SSM_Knee®，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)建模及三維力線測(cè)量分析，在計(jì)算機(jī)上模擬截骨平面、人工全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)手術(shù)置換全過程，虛擬化設(shè)計(jì)手術(shù)中實(shí)施截骨的導(dǎo)向模板并使用醫(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。

3D 打印醫(yī)療器械注冊(cè)

3D打印技術(shù)擁有眾多優(yōu)勢(shì)，近年來更是成為了精準(zhǔn)醫(yī)療的“寵兒”。但是，由于醫(yī)療領(lǐng)域的特殊性，3D打印醫(yī)療產(chǎn)品在各國的獲批一直是一個(gè)審慎而緩慢的過程，各國3D打印廠商、醫(yī)藥和生物醫(yī)療公司，正在努力突破這道門檻。

據(jù)2015 Wholers報(bào)告統(tǒng)計(jì)，截至2014年底，已有超過20種不同的3D打印植入產(chǎn)品得到了FDA的認(rèn)證。為保護(hù)醫(yī)療器械臨床試驗(yàn)受試者安全，規(guī)范臨床試驗(yàn)審批工作，中國國家食品藥品監(jiān)督管理總局（CFDA）制定了《需進(jìn)行臨床試驗(yàn)審批的第三類醫(yī)療器械目錄》，共收錄定制增材制造（3D打�。┕强浦踩胛锏�8類第三類醫(yī)療器械，自2014年10月1日起施行。但是，業(yè)內(nèi)對(duì)改革3D打印技術(shù)等高科技產(chǎn)品上市審批流程仍存在較高呼聲，政策監(jiān)管的“銅墻壁壘”似乎難見突破。2015年9月，中國首個(gè)3D打印人體植入物——人工髖關(guān)節(jié)產(chǎn)品獲得國家食品藥品監(jiān)督管理總局注冊(cè)批準(zhǔn)，消息振奮人心，引發(fā)眾多關(guān)注。

2016年3月8日，科技部公布《關(guān)于發(fā)布國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究等重點(diǎn)專項(xiàng)2016 年度項(xiàng)目申報(bào)指南的通知》，指南明確將“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究”列為2016年優(yōu)先啟動(dòng)的重點(diǎn)專項(xiàng)之一，并正式進(jìn)入實(shí)施階段。此外，科技部還同時(shí)發(fā)布了《生物醫(yī)用材料研發(fā)與組織器官修復(fù)替代重點(diǎn)專項(xiàng)2016年度項(xiàng)目申報(bào)指南》，相信在此領(lǐng)域也將有3D打印企業(yè)關(guān)注和競(jìng)足其中。2016年3月30日，美國醫(yī)療植入物生產(chǎn)商Renovis Surgical Technologies 公司宣布，該公司的3D 打印TeseraSC——多孔鈦頸椎椎間融合系統(tǒng)獲得美國FDA的510（K）市場(chǎng)準(zhǔn)入許可。2016年2月4日，BioArchitects公司3D打印的定制化鈦金屬顱面植入物已經(jīng)獲得FDA的510（K）授權(quán)許可，對(duì)于該公司來說這是一個(gè)大新聞，因?yàn)樵摴�司已�?jīng)被允許銷售其設(shè)備，這在美國也是同類產(chǎn)品中的頭一個(gè)。位于英國謝菲爾德的Fripp Design一項(xiàng)自有的硅膠3D打印方法在英國專利獲批。2016年3月23日，Aprecia Pharmaceuticals宣布，之前獲得FDA批準(zhǔn)的適用于局部性癲癇、肌陣攣性癲癇和原發(fā)性全身性強(qiáng)直陣攣性癲癇發(fā)作的輔助治療產(chǎn)品左乙拉西坦（SPRITAM®）片劑正式上市，這是史上第一個(gè)FDA批準(zhǔn)的使用3D打印技術(shù)制造的處方藥產(chǎn)品。2016年3月，全球最大的骨科及醫(yī)療科技公司之一美國Stryker公司宣布，其3D打印的后路腰椎間融合器已經(jīng)獲得FDA批準(zhǔn)，將于2016年第二季度正式推向市場(chǎng)。

不過，3D生物打印及醫(yī)藥風(fēng)險(xiǎn)同樣存在風(fēng)險(xiǎn)，技術(shù)研發(fā)及市場(chǎng)化轉(zhuǎn)化并非想象中的一蹴而就，并購行業(yè)、標(biāo)的企業(yè)的選擇和評(píng)估亦存在風(fēng)險(xiǎn)；而且，目前CFDA對(duì)3D打印醫(yī)療器械注冊(cè)審批方式?jīng)]有發(fā)布，還在討論階段，3D生物打印器械注冊(cè)申報(bào)審批進(jìn)度可控性差，存在進(jìn)度緩慢的情況。

結(jié)論與展望

3D打印技術(shù)是新興的材料制備技術(shù)，由于其具有數(shù)據(jù)化、高度的定制化、精準(zhǔn)化等優(yōu)勢(shì)，以及較強(qiáng)的結(jié)合材料特性制備成品的能力，在生物醫(yī)學(xué)材料方面有著廣泛的應(yīng)用。目前3D打印技術(shù)在醫(yī)療方面的應(yīng)用，還主要集中于醫(yī)學(xué)器械的制作，包括植入物與外用器具等，以及通過3D建模指導(dǎo)醫(yī)生進(jìn)行醫(yī)療實(shí)踐等幾個(gè)方面。隨著相關(guān)基礎(chǔ)技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)新技術(shù)進(jìn)步的需求，在未來，3D打印制備生物醫(yī)學(xué)材料的科學(xué)研究，必然向著種類更繁多、功能更具體、性價(jià)比更優(yōu)良、離日常生活更接近的方向穩(wěn)步進(jìn)行。

3D打印技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的快速發(fā)展離不開3D打印技術(shù)本身的進(jìn)步，更離不開整個(gè)基礎(chǔ)行業(yè)相關(guān)技術(shù)的研究與創(chuàng)新。目前的3D 打印技術(shù)在醫(yī)療方面的應(yīng)用還存在一些問題，例如可用的打印材料種類仍待增加，個(gè)別成功的案例如何推廣，在分析數(shù)據(jù)的過程中如何保護(hù)用戶隱私等。這些問題是技術(shù)進(jìn)步過程中必然會(huì)遭遇，也必然要解決的。其中牽系到基礎(chǔ)材料工業(yè)、信息技術(shù)和安全等諸多學(xué)科，只有在各領(lǐng)域保持技術(shù)創(chuàng)新，3D打印技術(shù)本身才能源源不斷地進(jìn)步。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，可以想象3D打印技術(shù)會(huì)擁有更多的可用材料，在更多的應(yīng)用方向?qū)崿F(xiàn)“無孔不入”，隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，以數(shù)據(jù)化方式為工作基礎(chǔ)的3D打印技術(shù)勢(shì)必還將有更大發(fā)展。通過遠(yuǎn)程傳遞數(shù)據(jù)，客戶足不出戶就可以滿足自己的需求，通過建立案例數(shù)據(jù)庫，世界各地的醫(yī)生都能更快地制定出符合病人要求的醫(yī)療方案，通過資源共享，醫(yī)學(xué)專業(yè)的學(xué)生能更快更方便地熟悉醫(yī)療工作。在國家大力倡導(dǎo)精準(zhǔn)醫(yī)療的當(dāng)下，3D打印技術(shù)是不可缺少的一環(huán)。然而3D打印技術(shù)在裝備及核心器件、成形材料、工藝及軟件等關(guān)鍵核心技術(shù)上還面臨實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化的挑戰(zhàn)，同時(shí)也需要健全法規(guī)制度，從生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)上逐一把關(guān)，希望在助力精準(zhǔn)醫(yī)療的同時(shí)實(shí)現(xiàn)放心醫(yī)療。相信隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)今社會(huì)的醫(yī)療狀況也將得以改善，人們的生活質(zhì)量和健康水平也將取得更大進(jìn)步。

編輯：南極熊
本文作者：韓倩宜，李淑萍，肖雄夫，周鋼