骨科3D打印：光鮮外衣掩蓋下的骨感賽道

來(lái)源：醫(yī)菲特，作者：老和山下

2019年7月，嘉思特華劍醫(yī)療器材（天津）有限公司的3D打印髖關(guān)節(jié)假體通過(guò)NMPA審批，時(shí)隔4年，國(guó)內(nèi)終于出了第二家獲批3D打印骨科植入物的廠商。同樣在7月，國(guó)家藥監(jiān)局、國(guó)家衛(wèi)健委聯(lián)合發(fā)布了《定制式醫(yī)療器械監(jiān)督管理規(guī)定（試行）》，這對(duì)于推進(jìn)醫(yī)療3D打印行業(yè)規(guī)范的建立和完善起到了風(fēng)向標(biāo)作用。而在不久前，專(zhuān)注于骨科3D打印的上海麥遞途完成了數(shù)千萬(wàn)元A+輪融資，在資本寒冬的大環(huán)境下，融資成功的消息顯得尤其振奮人心，對(duì)于行業(yè)的發(fā)展也是一劑強(qiáng)心針。以上這些的確都是好消息，但和大多數(shù)新興的技術(shù)領(lǐng)域一樣，3D打印的商業(yè)化遠(yuǎn)沒(méi)有預(yù)期中那樣美好，尤其在長(zhǎng)周期高壁壘的醫(yī)療行業(yè)中，應(yīng)用設(shè)想雖包羅萬(wàn)象，但是臨床落地之路需要經(jīng)歷漫長(zhǎng)的過(guò)程。

這回我們專(zhuān)門(mén)來(lái)討論下骨科3D打印，剝開(kāi)它光鮮亮麗的外衣，看看其骨感的內(nèi)核。

一、骨科3D打印的價(jià)值在哪里？

3D打印是一種新的材料成型加工技術(shù)，它又叫增材制造，這個(gè)叫法是非常形象的，比如做一把金屬榔頭（工科生應(yīng)該都記憶深刻吧，金工實(shí)習(xí)經(jīng)典科目），傳統(tǒng)的方式是通過(guò)車(chē)床對(duì)一塊毛坯進(jìn)行銑削，這相當(dāng)于做減法，而如果用3D打印的方式是從金屬粉末開(kāi)始一點(diǎn)點(diǎn)堆積出來(lái)的，相當(dāng)于做加法。有人可能會(huì)說(shuō)，傳統(tǒng)的澆鑄成型（熔融材料注入模具）也是做加法啊，請(qǐng)注意關(guān)鍵點(diǎn)就在這里：3D打印不需要模具，你想做什么成形狀，只需在軟件里畫(huà)好就行。很多做過(guò)研發(fā)的同仁應(yīng)該有切身體會(huì)，研發(fā)過(guò)程中產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案不斷在打磨，經(jīng)常需要找供應(yīng)商打樣，數(shù)量可能只需要兩三個(gè)，這種情況下單價(jià)就很高，可能還需要等供應(yīng)商的排期；到了后期開(kāi)始批量生產(chǎn)了，開(kāi)模費(fèi)又是很大一筆費(fèi)用，萬(wàn)一出了點(diǎn)bug需要重新開(kāi)模，對(duì)于資金十分緊張的初創(chuàng)公司來(lái)講簡(jiǎn)直要崩潰。所以，3D打印作為一種個(gè)性化定制的低成本加工方式確實(shí)有很大的應(yīng)用前景。

從宏觀的角度來(lái)講，材料制造和加工處于工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的上游，屬于底層技術(shù)，技術(shù)演變緩慢可能數(shù)百年不變，但一旦出現(xiàn)新的革命性技術(shù)，對(duì)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的塑造就是顛覆性的，這也是3D打印如此受關(guān)注的邏輯所在。在3D打印最火熱的2013年，連美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬都出來(lái)助陣說(shuō)：“3D打印將給幾乎所有產(chǎn)品的制造方式帶來(lái)革命性變化�！碑�(dāng)時(shí)，3D Systems和Stratasys兩家設(shè)備制造商的股價(jià)也是一飛沖天。

只是時(shí)至今日，3D打印的商業(yè)化依然還在路上，真正能夠落地的應(yīng)用場(chǎng)景并不多，這其中骨科植入物是一個(gè)極佳的落地場(chǎng)景，主要原因有兩點(diǎn)：一是3D打印的多孔結(jié)構(gòu)；二是其定制化成本低。關(guān)于第二點(diǎn)比較好理解，我們會(huì)在后面詳細(xì)討論。這里解釋下多孔結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)：常規(guī)金屬植入物普遍存在應(yīng)力遮擋的問(wèn)題，通俗的理解，如果把比骨骼更為堅(jiān)硬的材料植入人體，那么更為堅(jiān)硬的植入物材料將承擔(dān)更大的應(yīng)力，而骨骼承擔(dān)的應(yīng)力減少，這種現(xiàn)象會(huì)到導(dǎo)致人體骨組織體積和密度逐漸下降，從而導(dǎo)致骨折或植入物松動(dòng)。初始的松動(dòng)將導(dǎo)致磨損以及進(jìn)一步的松動(dòng)，最終導(dǎo)致植入物失敗。相比之下，3D打印植入物多孔表面的模量低于常規(guī)植入物，所以金屬植入物和骨骼之間的剛度差異會(huì)減小，這使得植入物與骨骼之間能夠更好的“貼合”，同時(shí)多孔的表面有利于骨組織的滲入生長(zhǎng)，從而實(shí)現(xiàn)有效的骨融合。

二、骨科3D打印產(chǎn)品分類(lèi)

如上圖所示，骨科3D打印產(chǎn)品分為術(shù)前產(chǎn)品和術(shù)中植入物，其中術(shù)前解剖模型和手術(shù)導(dǎo)板的應(yīng)用已經(jīng)普及，其技術(shù)門(mén)檻較低，很多廠商都已經(jīng)推出了此類(lèi)產(chǎn)品。而植入物屬于高風(fēng)險(xiǎn)三類(lèi)醫(yī)療器械，審批難度大，也是我們關(guān)注的重點(diǎn)。需要強(qiáng)調(diào)的是，目前市場(chǎng)上的3D打印植入物分為標(biāo)準(zhǔn)化和定制式兩種，且標(biāo)準(zhǔn)化的3D打印植入物臨床上應(yīng)用更多，這和很多人以為的“3D打印就是做定制化產(chǎn)品”有很大的出入。其實(shí)，標(biāo)準(zhǔn)化3D打印植入物和傳統(tǒng)植入物一樣是批量化生產(chǎn)，并不涉及個(gè)性化定制，區(qū)別只在于3D打印有多孔結(jié)構(gòu)這一優(yōu)勢(shì)。也許你會(huì)問(wèn)，既然3D打印適合定制化生產(chǎn)，為何不一步到位針對(duì)每位患者做定制化產(chǎn)品呢？這就戳到了行業(yè)目前的痛點(diǎn)，且往下看。

三、標(biāo)準(zhǔn)化3D打印植入物市場(chǎng)
2007年，意大利外科醫(yī)生Guido Grappiolo通過(guò)Lima公司以及金屬3D打印設(shè)備廠商Arcam合作，植入了世界上第一個(gè)3D打印的髖臼杯。他此后植入了近600個(gè)髖關(guān)節(jié)，而他所在的科室已經(jīng)植入了超過(guò)1500個(gè)3D打印的植入物。

第一個(gè)3D打印髖臼杯植入手術(shù)幾個(gè)月后，Grappiolo醫(yī)生查看患者的CT掃描圖像，看到她的骨組織已經(jīng)開(kāi)始長(zhǎng)成與植入體形成很好的結(jié)合。從技術(shù)角度來(lái)看，這向醫(yī)學(xué)界證明了3D打印植入物可以帶來(lái)的價(jià)值。而通過(guò)Arcam的3D打印設(shè)備至今已經(jīng)制造了超過(guò)10萬(wàn)個(gè)髖臼杯，雖然3D打印的髖臼杯在醫(yī)院今天進(jìn)行的髖關(guān)節(jié)置換術(shù)總數(shù)中仍占很小的比例，但這一切正在發(fā)生變化。

縱觀國(guó)外在這個(gè)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)格局，和大多數(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域一樣，骨科3D打印產(chǎn)品的探索和開(kāi)拓大多來(lái)自于小公司，代表性公司包括美國(guó)的K2M和4-WEB、德國(guó)的EIT以及上面提到的意大利Lima等，而傳統(tǒng)骨科巨頭主要通過(guò)并購(gòu)在近幾年紛紛布局了3D打印業(yè)務(wù)，相應(yīng)產(chǎn)品的推出集中在了2016-2018年。到2018年，F(xiàn)DA已經(jīng)批準(zhǔn)了超過(guò)35種3D打印植入物。

但到目前為止，大多數(shù)3D打印公司仍處于虧損狀態(tài)，以被史賽克14億美元收購(gòu)的K2M為例，2017年?duì)I收2.58億美元，營(yíng)業(yè)利潤(rùn)為虧損4042萬(wàn)美元，這其中巨額的市場(chǎng)銷(xiāo)售費(fèi)用是導(dǎo)致虧損的主要原因，這和骨科植入物產(chǎn)品的高壁壘屬性息息相關(guān)。所謂的高壁壘，是指骨科植入物作為一種長(zhǎng)期植入體內(nèi)的高風(fēng)險(xiǎn)醫(yī)療產(chǎn)品，其安全性和臨床效果需要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的驗(yàn)證，在這之前，想要替換現(xiàn)有產(chǎn)品阻力極大，再加上醫(yī)生和現(xiàn)有供應(yīng)商、銷(xiāo)售代理的牢固合作關(guān)系，其商業(yè)化推廣的難度可想而知。

對(duì)于3D打印植入物而言，從最早的2007年（第一例髖臼杯植入）開(kāi)始算，到目前也只有12年的時(shí)間，而傳統(tǒng)關(guān)節(jié)植入物的有效使用壽命通常在15-20年以上，因此3D打印植入物能否保障20年以上的長(zhǎng)期效果，仍需要時(shí)間驗(yàn)證。與此同時(shí)，負(fù)面的消息也從未停止過(guò)。比利時(shí)聯(lián)邦醫(yī)療保健知識(shí)中心（KCE）稱，使用3D打印植入物的假設(shè)好處可能不如我們想象的那樣有效或令人信服，目前的臨床證據(jù)和數(shù)據(jù)量還不夠支撐。

四、定制化3D打印植入物市場(chǎng)
定制化3D打印是在標(biāo)準(zhǔn)化3D打印植入物的基礎(chǔ)上更進(jìn)一步，針對(duì)每個(gè)患者的情況進(jìn)行定制化生產(chǎn)。有數(shù)據(jù)表明，使用標(biāo)準(zhǔn)化植入物，5個(gè)病人里面有一個(gè)是不匹配的，所以理論上講，定制化植入物可以解決這個(gè)痛點(diǎn)，更好的匹配意味著更好的術(shù)后恢復(fù)（研究表明，術(shù)后最開(kāi)始一段時(shí)間的恢復(fù)情況會(huì)極大的影響患者的信心和之后的生活）。此外，定制化潛在的優(yōu)勢(shì)還包括減少手術(shù)步驟和工具（由5-8籃減少到1-2籃）、縮短住院時(shí)間、減少術(shù)后并發(fā)癥、潛在的更長(zhǎng)壽命、盡可能多的保留骨骼（在醫(yī)學(xué)博士William Kurtz的一項(xiàng)研究中，使用iTotal CR關(guān)節(jié)置換植入物時(shí)，骨切除術(shù)的平均總量比使用現(xiàn)成植入物進(jìn)行骨切除術(shù)的平均總量少27%）等等。
藍(lán)圖看上去如此美好，那么現(xiàn)實(shí)如何呢？在業(yè)內(nèi)，確實(shí)有一家叫Conformis的公司從頭到尾一直在堅(jiān)持做著定制化3D打印植入物的商業(yè)化探索，這對(duì)于行業(yè)是一個(gè)很好的參考。

Conformis成立于2004年，從2007年開(kāi)始開(kāi)展定制化膝關(guān)節(jié)業(yè)務(wù)，2011年推出全置換膝關(guān)節(jié)定制系列，2018年推出髖關(guān)節(jié)定制系列。截至2018年底，Conformis已賣(mài)出9萬(wàn)多個(gè)膝關(guān)節(jié)植入物，包括7萬(wàn)多個(gè)全膝關(guān)節(jié)置換植入物和2萬(wàn)多個(gè)部分膝關(guān)節(jié)置換植入物。
那么率先“吃螃蟹”的Conformis是否盈利呢？答案是否定的。3D打印若是標(biāo)準(zhǔn)化批量生產(chǎn)，成本結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)制造相似；若是定制化生產(chǎn)，生產(chǎn)供應(yīng)模式完全不同，每一個(gè)定制產(chǎn)品都需要臨時(shí)設(shè)計(jì)方案，從工廠生產(chǎn)出來(lái)之后再送至醫(yī)院，從Conformis的運(yùn)營(yíng)結(jié)果來(lái)看其商業(yè)模式很難盈利（見(jiàn)表一）。這其中的困難在于：

1）非批量化生產(chǎn)的效率受限；
2）跨地區(qū)運(yùn)輸帶來(lái)很大的物流壓力，若送貨不及時(shí)（不能如期手術(shù)），負(fù)面影響很大，十分尷尬的是Conformis目前只有一個(gè)工廠，其在德國(guó)的業(yè)務(wù)需要跨國(guó)運(yùn)輸；
3）定制化生產(chǎn)額外增加了CAD設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，導(dǎo)致高昂的人力成本，公司為降低成本已將CAD設(shè)計(jì)大量外包給印度。

Conformis的案例告訴我們，步子賣(mài)的太大，很容易成為烈士。在標(biāo)準(zhǔn)化3D打印植入物尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用和盈利之前，定制化的嘗試需要很大的勇氣。

五、國(guó)內(nèi)骨科3D打印方興未艾
3D打印作為一個(gè)新興行業(yè)，國(guó)內(nèi)外的技術(shù)代差不算太大，尤其是在應(yīng)用端�？偟膩�(lái)看，由于國(guó)內(nèi)醫(yī)療產(chǎn)品的審批相對(duì)保守、標(biāo)準(zhǔn)建立緩慢，3D打印植入物的商業(yè)化處在更早期。在標(biāo)準(zhǔn)化3D打印植入物領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)目前共有四款產(chǎn)品拿到了三類(lèi)醫(yī)療器械注冊(cè)證，分別是愛(ài)康醫(yī)療的3D打印髖臼杯、3D打印人工椎體、3D打印脊柱椎間融合器和嘉思特華劍的3D打印髖關(guān)節(jié)假體。由于嘉思特華劍的產(chǎn)品剛剛獲批，所以這幾年正兒八經(jīng)在賣(mài)的也就愛(ài)康醫(yī)療一家，其3D打印產(chǎn)品自2015年上市以來(lái)增長(zhǎng)迅速，2018年?duì)I收7000萬(wàn)元，是否盈利未知。     

除了這兩家老牌骨科公司之外，國(guó)內(nèi)也涌現(xiàn)了一批從事骨科3D打印業(yè)務(wù)的初創(chuàng)公司，由于審批壁壘高等原因，目前大多數(shù)廠家仍停留在門(mén)檻較低的術(shù)前產(chǎn)品（骨科模型、手術(shù)導(dǎo)板等）階段。但另一方面，很多創(chuàng)業(yè)公司在定制化3D打印植入物領(lǐng)域不斷探索新的商業(yè)模式，比如黑焰醫(yī)療采取了醫(yī)工結(jié)合、與醫(yī)院共建3D打印中心的模式，這種模式在國(guó)外也開(kāi)始嘗試，如前面提到的意大利Lima公司：于今年5月在紐約HSS（美國(guó)特種外科醫(yī)院，連續(xù)九年被評(píng)為美國(guó)排名第一的骨科醫(yī)院）開(kāi)工建設(shè)on-site 3D打印中心，HSS醫(yī)院從2016年開(kāi)始通過(guò)Lima 意大利總部制造定制化植入物。這也反映出定制化植入物的制造過(guò)程是一個(gè)醫(yī)工交互合作的過(guò)程，在院內(nèi)建立的3D打印中心為臨床醫(yī)生與植入物設(shè)計(jì)工程師之間的互動(dòng)提供了便利性，使得每個(gè)定制案例的設(shè)計(jì)流程都會(huì)更快，而本地化的制造也免去了植入物國(guó)際運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程。

最后特別提醒，今年7月出臺(tái)的《定制式醫(yī)療器械監(jiān)督管理規(guī)定》明確了對(duì)定制式醫(yī)療器械實(shí)行備案管理，定制式醫(yī)療器械生產(chǎn)企業(yè)和醫(yī)療機(jī)構(gòu)共同作為備案人。為合理控制風(fēng)險(xiǎn)，《規(guī)定》對(duì)生產(chǎn)、使用定制式醫(yī)療器械的生產(chǎn)企業(yè)和醫(yī)療機(jī)構(gòu)均提出了明確要求，并明確定制式醫(yī)療器械不得委托生產(chǎn)。同時(shí)定制式醫(yī)療器械生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)當(dāng)具備以下條件：
（一）有定制式醫(yī)療器械研制、生產(chǎn)所需的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員；
（二）具備定制式醫(yī)療器械研制能力和研究基礎(chǔ)；
（三）有相同類(lèi)型的依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格批量生產(chǎn)的醫(yī)療器械注冊(cè)證及相應(yīng)生產(chǎn)許可證。
關(guān)于最后一點(diǎn)，筆者的解讀是，生產(chǎn)企業(yè)若想要開(kāi)展定制化3D打印植入物業(yè)務(wù)，還得先取得標(biāo)準(zhǔn)化3D打印植入物的注冊(cè)證，這個(gè)門(mén)檻可不低！

六、總結(jié)——是金子總會(huì)發(fā)光！
從已有的臨床結(jié)果來(lái)看，3D打印骨科植入物的多孔結(jié)構(gòu)和定制化優(yōu)勢(shì)對(duì)于患者而言是有很大價(jià)值的，但因?yàn)楣强浦踩胛锏母弑趬緦傩院洼^長(zhǎng)的學(xué)習(xí)曲線，其商業(yè)化推廣在前期困難重重，但筆者堅(jiān)信是金子總會(huì)發(fā)光，隨著驗(yàn)證時(shí)間和臨床數(shù)據(jù)的積累，臨床接受度的逐漸提高，優(yōu)秀的骨科3D打印公司遲早會(huì)跑出來(lái)。

在國(guó)內(nèi)，隨著醫(yī)療3D打印監(jiān)管政策和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，骨科3D打印的發(fā)展和競(jìng)爭(zhēng)開(kāi)始加速，當(dāng)然標(biāo)準(zhǔn)化3D打印植入物的研發(fā)仍需要傳統(tǒng)骨科的技術(shù)積淀，其開(kāi)發(fā)路徑并無(wú)本質(zhì)區(qū)別。同時(shí)，定制化業(yè)務(wù)的發(fā)展偏向醫(yī)工結(jié)合的本地化服務(wù)型模式，未來(lái)無(wú)疑是屬于國(guó)內(nèi)玩家的天下。醫(yī)菲特