3D打印技術(shù)從2012年應(yīng)用于醫(yī)療行業(yè)以來(lái)，在增材制造領(lǐng)域發(fā)展迅猛，解決了大部分的植入體制造難題。根據(jù)德勤最近出爐的《3D打印市場(chǎng)展望》報(bào)告，預(yù)計(jì)到2020年，全球3D打印市場(chǎng)價(jià)值約205億美元。其中3D打印醫(yī)療植入體的市場(chǎng)總收入將達(dá)到35億美元。
目前3D打印骨科應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)行了充分的實(shí)驗(yàn)，3D打印的醫(yī)療植入體將實(shí)現(xiàn)更加廣泛的商業(yè)應(yīng)用。同時(shí)3D打印醫(yī)療植入應(yīng)用正迅速擴(kuò)大到膝蓋、脊椎、肩和其他植入物，以彌補(bǔ)傳統(tǒng)治療方法在特殊病例中的不足。
3D打印能夠生產(chǎn)出超常規(guī)理念的復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件，并且打印成本和打印時(shí)間都在不斷減少。克利夫蘭知名肝臟醫(yī)生Nizar Zein談道，2012年打印一個(gè)肝臟模型要需要6個(gè)星期左右，而現(xiàn)在只需要30小時(shí)左右。不僅時(shí)間提高了很多，打印精度也有了質(zhì)的提升。
3D打印目前主要發(fā)展方向是以生物相容性為目的。醫(yī)學(xué)植入體中的多孔及胞格結(jié)構(gòu)需要采用利于骨骼生長(zhǎng)和細(xì)胞遷移的貫通式開孔結(jié)構(gòu)。同時(shí)也為了避免金屬材料較高的彈性模量造成的“應(yīng)力屏蔽”現(xiàn)象，保證植入體的力學(xué)性能與真實(shí)骨結(jié)構(gòu)相匹配。這些就需要采用3D打印特有的多孔結(jié)構(gòu)/胞格結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造，根據(jù)需要對(duì)孔的類型、孔徑尺寸、孔壁厚度及孔隙率進(jìn)行設(shè)計(jì)后完成打印過程。
多孔結(jié)構(gòu)/胞格結(jié)構(gòu)與為實(shí)現(xiàn)輕量化要求的點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)類似。但是目的不同，其目的在于保證結(jié)構(gòu)單元組成的生物植入體具有良好的生物相容性。以圖6中Arcam公司EBM技術(shù)制造髖臼杯為例。經(jīng)過生物體實(shí)驗(yàn)證明，這種結(jié)構(gòu)植入體有較好的生物相容性，孔結(jié)構(gòu)內(nèi)有大量的骨組織長(zhǎng)入。
3D打印技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用可分為三個(gè)層次，離人體越近的應(yīng)用難度越大，離人體遠(yuǎn)一點(diǎn)的相對(duì)簡(jiǎn)單，比較容易實(shí)現(xiàn)。第一層是人體外應(yīng)用。例如，利用3D打印機(jī)可將CT、MR的二維圖像生成三維圖像和模型，大夫分析病情時(shí)更直觀，也能幫助他們術(shù)前分析和規(guī)劃，降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。
第二層離人體更近一步，變成了打印一些醫(yī)療輔助工具。例如，種牙時(shí)為了種得比較準(zhǔn)確，可以利用3D打印技術(shù)將患者的牙齒模型打印出來(lái)，先用計(jì)算機(jī)模擬種牙的位置、角度和深度，再打印出“導(dǎo)板”,有了“導(dǎo)板”牙齒就能非常準(zhǔn)確地植進(jìn)去。在未來(lái)十年內(nèi)，3D打印的醫(yī)療模型和定制的手術(shù)導(dǎo)板很可能成為許多手術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)流程，包括心臟手術(shù)、下顎手術(shù)、全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)、髖關(guān)節(jié)置換術(shù)、顱內(nèi)植入、肩關(guān)節(jié)手術(shù)、脊椎手術(shù)或者更多其他手術(shù)。
3D打印在前兩層的應(yīng)用由于不涉及人體器官的改變，因而相對(duì)比較容易，到了第三層，即植入人體內(nèi)的組織、支架、骨骼和器官等，這一層的應(yīng)用就需要較高的技術(shù)含量。2015年世界首例3D打印鈦金屬脊柱植入手術(shù)成功。同時(shí)，西班牙在3D打印胸肋骨植入手術(shù)上也取得成功進(jìn)展。
骨科植入成功意味著3D打印技術(shù)已進(jìn)入第三層，未來(lái)，3D打印將向細(xì)胞打印層面發(fā)展。細(xì)胞打印屬較為前沿的研究領(lǐng)域，是一種基于微滴沉積的技術(shù)——一層熱敏膠材料一層細(xì)胞逐層打印，熱敏膠材料溫度經(jīng)過調(diào)控后會(huì)降解，形成含有細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)體。
細(xì)胞打印能夠?yàn)樵偕t(yī)學(xué)、組織工程、干細(xì)胞和癌癥等生命科學(xué)和基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域提供新的研究工具，為構(gòu)建和修復(fù)組織器官提供新的臨床醫(yī)學(xué)技術(shù)，推動(dòng)外科修復(fù)整形、再生醫(yī)學(xué)和移植醫(yī)學(xué)的發(fā)展?？蓱?yīng)用于藥物篩選技術(shù)和藥物控釋技術(shù)，在藥物開發(fā)領(lǐng)域具有廣泛前景。
此外，3D打印技術(shù)在醫(yī)療應(yīng)用方面的研究還涉及納米醫(yī)學(xué)、制藥乃至器官打印。通過3D打印制造的醫(yī)療植入物將顯著提高人類的生活質(zhì)量，因?yàn)?D打印產(chǎn)品可以根據(jù)確切體型匹配定制，如今這種技術(shù)已被應(yīng)用于制造更好的鈦質(zhì)骨植入物、義肢以及矯正設(shè)備。打印制造軟組織的實(shí)驗(yàn)已在進(jìn)行當(dāng)中，很快通過3D打印制造的血管和動(dòng)脈就有可能應(yīng)用于手術(shù)之中。
隨著輔助制造行業(yè)的快速發(fā)展，3D打印將在未來(lái)十年內(nèi)會(huì)成為醫(yī)療制造主力軍，醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)的未來(lái)正變得越來(lái)越清晰。
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