3D打印医疗模型的广泛采用 促进了医疗技术的发展

2015年，市场研究公司Gartner 预计，医疗3D打印将成为将在两到五年内将增材制造（AM）推向主流的先锋领域。四年过去了，我们决定对行业进行研究，以确定Gartner的预测是否已经实现。

在本文中，我们将探讨过去一年中的一些医学3D打印故事，以了解该技术所采用的水平。

3D打印植入物

在2018年8月，Osseus Fusion Systems获得了第四次FDA 510（k）许可。这次是Aries家族的3D打印腰椎椎体间融合器。这家总部位于达拉斯的公司的设备采用Osseus专有的3D打印平台PL3XUZ进行打印。

据该公司称，这些3D打印部件的孔隙率为80％，是一些最多孔的脊柱植入物。专有的网格设计使植入物能够在增加骨细胞生长的同时降低硬度，这是在植入物和放射可见度的创建中采用3D打印的关键驱动因素之一。

第一个Aries－L侧向椎体间部位于2019年1月首次植入患者体内。重要的是要注意植入物是患者特异性的，这是3D打印医疗设备最重要的承诺之一，旨在改善治疗结果。

“通过3D打印，我们能够制造为患者定制的脊柱植入物，”参与该过程并协助开发Aries系列的Sam Joseph，Jr。博士说。“这意味着它们的椎间盘大小，椎骨的大小，椎骨的高度，以及它们在背部可能产生的弯曲度。凭借这项尖端技术，我们可以为我们的患者提供植入物，例如Aries L椎体间融合器，可以在一定高度和一定长度以及一定角度创建，为我们的患者提供更好的定制护理，这可以为患者带来更好的结果。“

虽然3D打印的脊柱，颅颌面和膝关节植入物的数量正在增加，但3D打印的整形外科设备可能是最普遍的，部分由GE Additive子公司Arcam引领。到目前为止，自2007年以来，使用Arcam的电子束熔化（EBM）技术生产了超过100，000个臀杯。LimaCorporate是意大利骨科公司和Arcam的客户，一直是该领域的先驱。它使用EBM制作了世界上第一个3D打印的髋关节植入物。

LimaCorporate最近与纽约市特殊外科医院合作，在医院环境中建立了第一个用于定制植入物的AM设施。虽然植入物通常是与LimaCorporate等专家一起在现场进行3D打印，但新设施可以使设备生产更接近护理点，减少等待时间和运输。该新网站预计于2020年开业，将由意大利公司运营，为美国各地的医院提供定制植入物，同时开发新的医疗产品。

生物打印

生物打印的圣杯是3D打印患者特异性移植器官的能力，从而消除了等待名单和捐献者的需要，更重要的是，对器官排斥的恐惧。我们距离实现这一现实还有几年的时间（根据Gartner，2017年5到10年），但基础技术仍在不断发展。

例如，现在3D打印简单组织层正变得司空见惯。多家公司开发了与研究应用相关的产品。这包括Poietis，它已经创建了一种基于激光的3D打印生物物质方法，如皮肤细胞。该公司已建立了几个与3D打印肝组织相关的合作伙伴关系，用于药物测试和软骨。在2018年初，Poietis成为第一个发布商业3D打印皮肤产品的公司，该公司与巴斯夫和欧莱雅合作。

该领域的另一位领导者是CELLINK，自几年前成立以来迅速扩展。该公司目前市场上有六种生物打印机，四种基于挤出技术，以及30至35种生物粉碎机。最初，大多数客户都是希望在人体组织上测试药物的药物研究人员。

今年，我们已经看到了第一个依赖生物打印的消费产品的推出。在CES，强生公司（展示了露得清MaskiD中，3D印刷面罩基础上产生一个顾客的面部的3D图像。使用智能手机3D相机拍摄的自拍照，露得清Skin 360系统根据人的面部确定皮肤病治疗所需成分的位置。定制的水凝胶面膜由纤维素3D打印而成，使用刺槐豆和红海藻以及露得清护肤成分制成，并交付给客户。生物打印的组织血管结构，从而开辟了移植制造特定病人的器官的可能性。

手术工具

虽然医学干预可能是医学中3D打印时首先想到的应用，但该技术也被认为有助于医疗工具的发展。一家德国医疗公司Endocon开发了一种3D打印设备，可以更轻松，可靠，快速地提取臀杯。

endoCupcut使用GE Additive的Mlab cyr 100R系统打印刀片。刀片能够沿着髋臼杯的边缘切片，以便外科医生可以在植入新的臀部杯之前松开并移除臀部杯。根据患者的不同，外科医生可以选择15种尺寸的刀片。3D打印的使用加快了生产时间，使用铸造刀片将废品率降低了30％，使用3D打印不锈钢降低了3％，每片刀片的成本降低了40％至45％。

在美国，强生公司通过引入个性化技术，进一步采用3D打印手术工具。通过患者特定的手术导板，医生不再需要使用一系列不同的工具尺寸到达手术室。相反，他们可以使用患者的CT扫描来生成解剖特异性工具，从而缩短手术时间并提高疗效。

3D打印医学的未来

除生物打印器官外，全球正在研究新的医疗技术。一些更独特的开发项目包括多伦多大学的一组研究人员，他们创造了一种便携式皮肤印刷设备，能够将生物芯片打印到伤口中，以帮助治愈过程。墨水通常由基于蛋白质的材料制成，例如胶原蛋白和纤维蛋白。打印只需两分钟，几乎不需要操作员培训。未来的研究包括解决更大的伤口和进行体内研究。

同样令人兴奋的是明尼苏达大学目前正在开展的工作。以迈克尔·麦卡尔平（Michael McAlpine）为首的团队已经以3D仿真耳机而闻名，他创造了一款3D打印人工眼镜。该产品由一个半球形玻璃圆顶组成，其上印有银颗粒，然后是光电二极管。

这个过程只用了一个小时就形成了一个仿生眼，能够以25％的效率将光转换成电信号。接下来，该团队旨在提高光接收器的质量，并使用柔软的可植入材料作为基板。

科幻小说领域的不足之处在于为手术准备以及教育目的生产患者特定的医学模型。作为该技术最不复杂的应用之一，3D打印模型越来越多地用于帮助外科医生在开始复杂手术之前导航患者的解剖结构。

虽然技术本身并不具有未来感，但3D打印医疗模型的广泛采用。3D打印领导者，如Stratasys，Materialise和3D系统都参与提高技术的可访问性。与此同时，越来越多的医院正在采用3D打印进行模型创建。例如，退伍军人事务部Puget Sound医疗保健系统与GE Healthcare合作，在美国各地的VA地点3D打印患者特定的医疗模型。即使采用率增加，也正在进行研究以证明该技术在术前准备方面的功效。

目前，医疗3D打印似乎或多或少跟踪Gartner的曲线。助听器长期以来一直是大规模制造3D打印的典范，现在看来其他应用也不甘落后。