2017醫用3D列印技術大盤點

醫藥生物行業是目前3D列印技術擴張最為迅猛的行業。 3D列印技術不僅促進了再生醫學領域在人造活體組織與器官方面的研究， 還能夠為醫療生物行業提供更完整的個性化治療方案。 比較典型的應用有3D手術預規劃模型、手術導板、3D列印植入物， 以及假肢、助聽器等康復醫療器械。 通過觀察2017年第一季度醫用3D列印技術的發展進度， 可知其在如下7個領域的最新進展。

對於風險高難度大的手術， 術前規劃十分重要。 3D印表機可根據患者的生物資料直接列印出三維模型， 這既可輔助醫生進行精准的手術規劃，

目前， 世界首例Mr混合現實技術輔助的乳房重建手術已經完成， 輔助腫瘤手術的3D列印肝臟模型也有望得到普及。

並且， 3D列印心臟模型挽救了一名洛杉磯嬰兒的生命。

而我國南方醫科大學附屬第三醫院（廣東省骨科醫院）骨腫瘤科團隊成功為一名脊索瘤患者切除了脊椎， 並植入3D列印人工椎體， 這是廣東首例3D列印換脊骨手術的成功案例。

手術導板是將手術預規劃方案在手術中準確實施的輔助性手術工具。

近年來， 醫療行業越來越多地採用金屬3D列印技術來設計和製造醫療植入物。 3D列印技術用於製造骨科植入物， 既可以製造出更多結構複雜的植入物， 又可以有效降低定制化、小批量植入物的製造成本，

目前， 牛津高性能材料公司（OPM）公司的3D列印骨植入物已獲得歐洲專利批准。 並且， OPM還是第一家也是唯一一家獲得美國FDA批准的3D列印患者特異性聚合物基植入物的公司。 澳洲也成功實施了首例3D列印鈦-聚合物胸骨植入手術， 這款3D列印的新型胸骨植入物能夠更好地幫助重建人體內的“堅硬與柔軟組織”。 患者恢復迅速， 術後僅12天就能出院。

印度首個3D列印鈦椎骨植入物的32歲婦女實現了再次行走。

2016年6月12日，世界首個3D列印脊椎植入手術在北醫三院完成。

與3D列印鈦合金定制化飛機零部件和超級轎跑個性化零部件一樣，假肢、助聽器等康復醫療器械同樣具有小批量、定制化的需求，並且設計具備複雜性，傳統數控機床受到加工角度等因素的限制往往難以實現，而對3D列印技術而言卻是輕而易舉，並且利用3D列印技術製作單個定制化康復輔具的成本會顯著下降。目前，Phonak與德國3D列印公司EnvironTEC一起合作開發出定制式鈦金屬助聽器VirtoB-Titanium，這是史上最小的3D列印定制鈦金屬助聽器。

近年來，以軟體設計為基礎的牙科修復變得十分普及。很多牙科診所、實驗室或專業義齒生產企業都引入了3D列印技術。結合3D列印的數位化口腔技術為牙科行業帶來了精度高、成本低、效率高的科技成果，以及與規範化生產鏈相符的口腔資料。

許多牙科診所或實驗室都利用3D印表機來製造患者牙齒模型。牙科3D模型可以用作模具並使用傳統方法輔助生產牙冠、假牙等；還可用來規劃或模擬手術過程，加強與患者的手術溝通。而直接3D列印義齒也已實現。

Envision TEC公司已經獲得FDA的認證，運用3D列印技術來列印臨時牙冠。據估計，到2020年，大多數牙醫都會逐漸開始使用3D列印的牙冠。此外，通過3D列印技術生產的牙齒矯正器也正在走向應用。國外ClearCorrect公司已經使用Stratasys公司的3D列印設備和材料生產透明矯正器。國內也有時代天使這樣的隱形矯正器品牌。3D列印技術還可用來製作金屬材料的牙冠固定橋等修復體。

之前提到使用金屬、塑膠等非活體組織材料3D列印的定制化假肢、牙科、骨科植入物、助聽器外殼等醫療器械都屬於“初級階梯”。而列印血管、軟骨組織這類單一的活體組織屬於“中級階梯”。3D列印的人工肝臟、心臟等人工器官則屬於“頂級階梯”。無論是人造血管、軟骨組織，還是肝臟組織、腎臟組織，其核心是特定類型細胞的分離（或定向誘導）及大規模擴增。而生物3D列印技術，在人工組織、器官培養過程中可以更好地構建三維形狀，即讓人體細胞按照預先設計好的形狀來生長。

日本京都大學已經研發出促進神經再生的生物3D列印導管，可能幫助患者的神經損傷恢復。

俄羅斯生物科技集團3D Bioprinting Solutions已成功將3D列印甲狀腺植入小鼠體內。

2016年底中國科學家也成功將3D列印血管植入恒河猴體內，這標誌著在列印血管及其他器官用於人類移植方面邁出了重要的一步。

而加拿大生物公司Aspect聯手強生研發出3D列印膝關節軟骨。

法國也完成了全球首例3D列印模具輔助製作定制化支氣管的植入手術。

3D列印可以實現多種材料精確成形和局部微細控制，從而可研製出具有複雜內部結構的裝置。而通過3D列印成形技術製備的藥物緩釋裝置，與傳統壓片方法相比具有獨特優勢。通過調整列印液流速、噴頭移動速度、列印液液滴直徑、粉末鋪層厚度、噴塗次數、噴塗角度、噴塗位置等工藝參數，可以改變藥劑中含量、輔料成分和組成，從而改變藥物釋放速率和釋放量。這將使通過CAD（電腦輔助設計）為單個患者設計製造理想化的治療方式成為可能。目前，3D列印已經能夠協助科學家研習開發可探測病毒的醫用感測器。而加州大學洛杉磯分校（UCLA）推出的新型生物墨水可經由噴射3D列印成藥物。

2016年6月12日，世界首個3D列印脊椎植入手術在北醫三院完成。

與3D列印鈦合金定制化飛機零部件和超級轎跑個性化零部件一樣，假肢、助聽器等康復醫療器械同樣具有小批量、定制化的需求，並且設計具備複雜性，傳統數控機床受到加工角度等因素的限制往往難以實現，而對3D列印技術而言卻是輕而易舉，並且利用3D列印技術製作單個定制化康復輔具的成本會顯著下降。目前，Phonak與德國3D列印公司EnvironTEC一起合作開發出定制式鈦金屬助聽器VirtoB-Titanium，這是史上最小的3D列印定制鈦金屬助聽器。

近年來，以軟體設計為基礎的牙科修復變得十分普及。很多牙科診所、實驗室或專業義齒生產企業都引入了3D列印技術。結合3D列印的數位化口腔技術為牙科行業帶來了精度高、成本低、效率高的科技成果，以及與規範化生產鏈相符的口腔資料。

許多牙科診所或實驗室都利用3D印表機來製造患者牙齒模型。牙科3D模型可以用作模具並使用傳統方法輔助生產牙冠、假牙等；還可用來規劃或模擬手術過程，加強與患者的手術溝通。而直接3D列印義齒也已實現。

Envision TEC公司已經獲得FDA的認證，運用3D列印技術來列印臨時牙冠。據估計，到2020年，大多數牙醫都會逐漸開始使用3D列印的牙冠。此外，通過3D列印技術生產的牙齒矯正器也正在走向應用。國外ClearCorrect公司已經使用Stratasys公司的3D列印設備和材料生產透明矯正器。國內也有時代天使這樣的隱形矯正器品牌。3D列印技術還可用來製作金屬材料的牙冠固定橋等修復體。

之前提到使用金屬、塑膠等非活體組織材料3D列印的定制化假肢、牙科、骨科植入物、助聽器外殼等醫療器械都屬於“初級階梯”。而列印血管、軟骨組織這類單一的活體組織屬於“中級階梯”。3D列印的人工肝臟、心臟等人工器官則屬於“頂級階梯”。無論是人造血管、軟骨組織，還是肝臟組織、腎臟組織，其核心是特定類型細胞的分離（或定向誘導）及大規模擴增。而生物3D列印技術，在人工組織、器官培養過程中可以更好地構建三維形狀，即讓人體細胞按照預先設計好的形狀來生長。

日本京都大學已經研發出促進神經再生的生物3D列印導管，可能幫助患者的神經損傷恢復。

俄羅斯生物科技集團3D Bioprinting Solutions已成功將3D列印甲狀腺植入小鼠體內。

2016年底中國科學家也成功將3D列印血管植入恒河猴體內，這標誌著在列印血管及其他器官用於人類移植方面邁出了重要的一步。

而加拿大生物公司Aspect聯手強生研發出3D列印膝關節軟骨。

法國也完成了全球首例3D列印模具輔助製作定制化支氣管的植入手術。

3D列印可以實現多種材料精確成形和局部微細控制，從而可研製出具有複雜內部結構的裝置。而通過3D列印成形技術製備的藥物緩釋裝置，與傳統壓片方法相比具有獨特優勢。通過調整列印液流速、噴頭移動速度、列印液液滴直徑、粉末鋪層厚度、噴塗次數、噴塗角度、噴塗位置等工藝參數，可以改變藥劑中含量、輔料成分和組成，從而改變藥物釋放速率和釋放量。這將使通過CAD（電腦輔助設計）為單個患者設計製造理想化的治療方式成為可能。目前，3D列印已經能夠協助科學家研習開發可探測病毒的醫用感測器。而加州大學洛杉磯分校（UCLA）推出的新型生物墨水可經由噴射3D列印成藥物。