個性化醫療是二十一世紀醫療發展的重要方向,隨著3D打印技術的發展以及其在醫療領域的不斷拓展,這項創新技術在硬組織領域的應用已嶄露頭角。目前,國內硬組織領域對3D打印技術的關注度也越來越高,大量的成功案例開始涌現。
3D打印技術不需要復雜環節的生產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,這就成功實現了成本的降低和交貨時間的縮短,對于那些體積小、結構復雜的零部件,如骨科植入物,效益尤其明顯。
目前許多外科醫生正在嘗試用金屬3D打印工藝來制造植入物,而且即將獲得成功的應用。其中的原因是金屬3D打印主要有以下特點:
下頜骨假體
1、生物相容性金屬粉末
能夠在其表面獲得來自相鄰細胞和組織的預期反應是外科植入物的一個非常重要的屬性。因為細胞行為(密合性、功能性改變、形態變化和增殖)會受到其表面屬性的強烈影響。表面形貌、表面化學和表面能量支配著植入物的生物反應。
因此,對于植入物的制造,優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中,它就能夠自發地形成穩定的惰性氧化物層。如果需要生物醫學植入物具備更高的強度的話,那么更好的選擇則是Ti6Al4V合金,該材料也會表現出良好的抗疲勞、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,設計復雜性被減小,從而使個人定制得以實現。
顱面部修復體
顯而易見,定制產品更符合患者的醫學需求,恢復得更快。骨科醫生可以通過自定義形狀優化應力在骨骼上的分布,并提供更好的適應性,并消除了外科醫生在手術之中進行手動處理的需要。失敗的風險降低了,同時手術時間和總體成本也在降低。
人工關節部件
3、3D打印和矯形金屬植入物之間的協同作用
鈦金屬具有高彈性模量,容易導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“應力遮擋”(即由于植入物導致的骨骼正常應力的消失),而“應力遮擋”則會導致骨質密度的降低。
由于金屬3D打印技術能夠指定構建對象的孔隙度,因此可以通過改變體積分率和多孔結構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械性能。
此外,傳統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骨長入。而金屬3D打印能實現致密承重結構與精確而互相連接的開放氣孔結構一體化制作,誘導骨長入,實現植入物與宿主骨的骨整合。
最后,但同樣重要的是,當骨科植入物需要生物固定時,金屬3D打印的預成品部件的粗糙表面可以消除下游噴涂操作的需要,節省了時間和金錢。

骨盆修補件
然而目前,3D骨科項目審批嚴格時間長,實際在3D打印骨科技術使用上,全世界醫療行業的應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。現在,美國和歐盟不要求3D打印骨科經過臨床試驗,可以直接上市,但需要拿出前期測試數據。他們認為3D打印骨科鈦合金材質沒有改變,只是工藝的改變,用在人體里是安全的,所以不經過臨床試驗就批準上市。
過去以傳統方式制作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,數據就出來了,輸入計算機軟件,使用3D打印機一天就做出來。
圖文來源于光韻達3D打印事業部、
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