金屬3D打印開啟硬組織醫(yī)療新時代

下頜骨假體

個性化醫(yī)療是二十一世紀(jì)醫(yī)療發(fā)展的重要方向，隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展以及其在醫(yī)療領(lǐng)域的不斷拓展，這項創(chuàng)新技術(shù)在硬組織領(lǐng)域的應(yīng)用已嶄露頭角。目前，國內(nèi)硬組織領(lǐng)域?qū)?D打印技術(shù)的關(guān)注度也越來越高，大量的成功案例開始涌現(xiàn)。

3D打印技術(shù)不需要復(fù)雜環(huán)節(jié)的生產(chǎn)過程或者使用任何其它工具，而且能夠最大限度地降低庫存，這就成功實現(xiàn)了成本的降低和交貨時間的縮短，對于那些體積小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零部件，如骨科植入物，效益尤其明顯。

目前許多外科醫(yī)生正在嘗試用金屬3D打印工藝來制造植入物，而且即將獲得成功的應(yīng)用。其中的原因是金屬3D打印主要有以下特點：

1、生物相容性金屬粉末

能夠在其表面獲得來自相鄰細(xì)胞和組織的預(yù)期反應(yīng)是外科植入物的一個非常重要的屬性。因為細(xì)胞行為（密合性、功能性改變、形態(tài)變化和增殖）會受到其表面屬性的強(qiáng)烈影響。表面形貌、表面化學(xué)和表面能量支配著植入物的生物反應(yīng)。

因此，對于植入物的制造，優(yōu)選材料是純鈦和鈦合金。純鈦具有較高的耐腐蝕性以及被認(rèn)為是最具生物相容性的金屬。只要其表面被暴露在氧化性介質(zhì)中，它就能夠自發(fā)地形成穩(wěn)定的惰性氧化物層。如果需要生物醫(yī)學(xué)植入物具備更高的強(qiáng)度的話，那么更好的選擇則是Ti6Al4V合金，該材料也會表現(xiàn)出良好的抗疲勞、耐腐蝕特性，而且比重比較低。

此外，能夠以粉末形式提供的其他生物相容性材料還有不銹鋼316L和鈷鉻合金。而高度受控的金屬3D打印環(huán)境（充滿中性氣體和限制氧氣）可確保打印部件的高純度，保留了期望的材料性能。

2、更便宜的“一次性”定制金屬植入物

在制造定制化的植入物時，傳統(tǒng)的方式往往特別費時和昂貴，而3D打印則就靈活的多，其資金需求被限定在一定范圍，設(shè)計復(fù)雜性被減小，從而使個人定制得以實現(xiàn)。

顱面部修復(fù)體

顯而易見，定制產(chǎn)品更符合患者的醫(yī)學(xué)需求，恢復(fù)得更快。骨科醫(yī)生可以通過自定義形狀優(yōu)化應(yīng)力在骨骼上的分布，并提供更好的適應(yīng)性，并消除了外科醫(yī)生在手術(shù)之中進(jìn)行手動處理的需要。失敗的風(fēng)險降低了，同時手術(shù)時間和總體成本也在降低。

人工關(guān)節(jié)部件

3、3D打印和矯形金屬植入物之間的協(xié)同作用

鈦金屬具有高彈性模量，容易導(dǎo)致植入物和骨頭之間的彈性失配，并限制了這種材料的使用。一種低彈性楊氏模量有助于避免“應(yīng)力遮擋”（即由于植入物導(dǎo)致的骨骼正常應(yīng)力的消失），而“應(yīng)力遮擋”則會導(dǎo)致骨質(zhì)密度的降低。

由于金屬3D打印技術(shù)能夠指定構(gòu)建對象的孔隙度，因此可以通過改變體積分率和多孔結(jié)構(gòu)的尺寸分布來解決這個問題。事實上，多孔鈦的彈性模量會隨著孔徑的增加而減小，而植入物可以通過量身定制具有類似人骨的機(jī)械性能。

此外，傳統(tǒng)上使用減材制造的金屬植入物通常會在表面施加多孔表面涂層，以便于在植入物上實現(xiàn)骨長入。而金屬3D打印能實現(xiàn)致密承重結(jié)構(gòu)與精確而互相連接的開放氣孔結(jié)構(gòu)一體化制作，誘導(dǎo)骨長入，實現(xiàn)植入物與宿主骨的骨整合。

最后，但同樣重要的是，當(dāng)骨科植入物需要生物固定時，金屬3D打印的預(yù)成品部件的粗糙表面可以消除下游噴涂操作的需要，節(jié)省了時間和金錢。

骨盆修補(bǔ)件

然而目前，3D骨科項目審批嚴(yán)格時間長，實際在3D打印骨科技術(shù)使用上，全世界醫(yī)療行業(yè)的應(yīng)用都處在同一起步點，我們一些工作比國外還超前。但國外審評流程的確較簡短。現(xiàn)在，美國和歐盟不要求3D打印骨科經(jīng)過臨床試驗，可以直接上市，但需要拿出前期測試數(shù)據(jù)。他們認(rèn)為3D打印骨科鈦合金材質(zhì)沒有改變，只是工藝的改變，用在人體里是安全的，所以不經(jīng)過臨床試驗就批準(zhǔn)上市。

過去以傳統(tǒng)方式制作3D骨科模型要做一個模具，大概上百片元件組成整體，然后澆鑄出來，再通過精加工，沒有幾個月做不出一套模具。但3D打印骨科，給病人拍一個CT片子，數(shù)據(jù)就出來了，輸入計算機(jī)軟件，使用3D打印機(jī)一天就做出來。


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