医疗3D打印技术未来的发展方向探讨

2020-03-19
关注
摘要 3D打印技术在医疗领域的初步应用,已经颠覆了人们对现有医疗的认知,众多发达国家都投入了足够的人力及资金,以期将此作为人类健康的全球战略。基于3D打印技术的再生医学组织工程,已经成为继人类基因大规模测序完成之后,生命科学中最活跃的发展领域之一及科技竞争的焦点。

  国内医疗行业对3D打印技术的应用始于上世界80年代后期,最初主要用于快速制造3D医疗模型,在当时,3D打印技术主要用来帮助医生与患者沟通、准确判断病情以及进行手术规划。可以说,我国在医疗行业对于3D打印技术应用的探索起源已久,并伴随着3D打印技术的发展走向深入。


  近年来,随着3D打印技术的发展和精准化、个性化医疗需求的增长,3D打印技术在医疗行业应用在广度和深度方面都得到了显著发展。在应用的广度方面,从最初的医疗模型快速制造,逐渐发展到3D打印直接制造助听器外壳、植入物、复杂手术器械和3D打印药品。在深度方面,由3D打印没有生命的医疗器械向打印具有生物活性的人工组织、器官的方向发展。本文主要介绍医用3D打印技术在如下5个领域的最新进展。

  1、手术规划模型,对于风险高难度大的手术,术前规划十分重要。传统上,通过CT、核磁共振(MRI)等影像设备获取患者的数据,是做医生手术预规划的基础,但得到的医学影像是二维的,之后还需要利用软件将二维数据转成逼真的三维数据。3D打印机可以将三维模型直接打印出来,既可辅助医生进行精准的手术规划、提升手术的成功率,又方便医生与患者就手术方案进行直观的沟通。此外,即使在治疗失败,3D打印也可以为医患双方提供可溯源的依据。

  2、植入物,一些植入物是通过铸造或传统的金属加工方法来制造的,需要首先制造出模具,对于只需要一件或者少量的植入物来说,单件生产成本十分昂贵。对于结构复杂的特殊植入物,使用从传统技术也难以实现。而3D打印技术用于制造骨科植入物,可以有效降低定制化、小批量植入物的制造成本,并可以制造出更多结构复杂的植入物。近年医疗行业越来越多地采用金属3D打印技术(直接金属激光烧结或电子束熔融)设计和制造医疗植入物。在医生与工程师的合作下,使用3D打印技术能够制造出更多先进合格的植入物和假体。

  3、骨骼替换,对于需要切除骨骼的患者来讲,这无疑是一个天大的好消息,如今通过3D打印机可以打印用于替换人体骨骼的钛合金“骨骼”。目前已研发了几十种3D打印机打印出来的钛合金人体“骨骼”,其中颈椎椎间融合器、颈椎人工椎体及人工髋关节3个产品已进入临床观察阶段。

  与传统的金属骨骼相比,3D打印“骨骼”不但尺寸非常精确,而且带有可供骨头长入的孔隙(打印出网状结构),相邻骨头在生长的过程中会进入孔隙,使真骨与假骨之间牢固地结成一体,使患者的恢复期缩短。这项技术同样要用到上面讲的CT扫描,三维重建技术,再使用金属3D打印机打印出钛合金骨骼。

  4、皮肤修复,有研究者研究将不同细胞外基质应用于皮肤3D打印技术中,这样可以最大限度将皮肤的活性及其他天然属性提高,使得移植后受损皮肤的修复及打印皮肤与正常皮肤有效地融合。将人皮肤成纤维细胞和角朊细胞直接沉积在支架上,取得了良好的皮肤组织再生效果,采用静电纺丝技术制成多层胶原支架。

  5、生物3D打印,之前提到使用金属、塑料等非活体组织材料3D打印的定制化假肢、牙科、骨科植入物、助听器外壳等医疗器械都属于“初级阶梯”。而打印血管、软骨组织这类单一的活体组织属于“中级阶梯”。3D打印的人工肝脏、心脏等人工器官则属于“顶级阶梯”

  新加坡南洋理工大学的Leong等试图研究适合于SLS技术的聚合物及其成形结构的特性,提出了制造条件、制造精度、材料生物相容性和可重复性是3D打印技术的关键要素,利用选择性激光烧结制造血管支架结构。Lee等制备了内径1mm的3D打印水凝胶管道模型,成功诱导周围毛细血管形成了微血管床。

  无论如何,3D打印技术在医疗领域的初步应用,已经颠覆了人们对现有医疗的认知,众多发达国家都投入了足够的人力及资金,以期将此作为人类健康的全球战略。基于3D打印技术的再生医学组织工程,已经成为继人类基因大规模测序完成之后,生命科学中最活跃的发展领域之一及科技竞争的焦点,在国际性的产业竞争热潮来临之前,掌握关键技术就获得了生命科学前沿技术的制高点。

  • 医疗
  • 3d打印
您觉得本篇内容如何
评分

相关产品

顺源科技 GRC系列 DC-DC电源模块

产品广泛用于医疗设备的血液分析、石油化工、实验仪器、超声仪器、电力仪表、3D打印等领域中,良好的直流高电压输出特性及高耐压隔离设计技术可以解决用户现场应用难题。

评论

您需要登录才可以回复|注册

提交评论

提取码
复制提取码
点击跳转至百度网盘