医疗3D打印技术未来的发展会如何

医疗3D打印技术未来的发展会如何

2020-11-05 09:58:58 8

我国医学界对3D打印技术的应用始于上世纪80年代末,最初主要用于快速制造3D医疗模型,那时3D打印技术主要用于帮助医生与病人沟通,准确判断病情和进行手术计划。可说,我国医疗行业对3D打印技术应用的探索由来已久,并随着3D打印技术的发展而走向深入。

近几年来,随着3D打印技术的发展,医疗需求的精准化和个性化,3D打印技术在医疗领域的应用在广度和深度上都有了长足的发展。就应用范围而言,从最初的快速制造医学模型,逐步发展到3D打印直接制造助听器外壳、植入体、复杂手术器械和3D打印药物。从深度方面,从无生命的医疗器械3D打印向有生物活性的人工组织、器官打印发展;介绍了医用3D打印技术在以下5个方面的最新进展。

操作计划模型。

术前计划对高风险、高难度手术非常重要。从以往经验来看,通过CT、MRI(MRI)等成像设备获取病人数据,是医生进行手术预规划的基础,但是获得的医学图像是二维的,以后还需要用软件将二维数据转换为真实的三维数据。利用3D打印机可以直接打印出三维模型,既能帮助医生进行精确的手术计划,提高手术成功率,又能方便医生和病人进行直观的沟通。另外,3D打印甚至在治疗失败时,也能为医患双方提供可追溯的基础。

种植体植入。

有些植入物是通过铸造或传统的金属加工方法制造的,需要先制作模具,单件植入物的生产成本非常高,仅需一件或少量植入物即可。由于特殊植入物的结构复杂,采用传统技术也很难实现。使用3D打印技术来制作矫形假体,可有效地降低定制、小批量假体的制造成本,同时也可生产更多结构复杂的假体。近年来,医疗行业越来越多的采用金属3D打印技术(直接金属激光烧结或电子束熔炼)来设计和制造医疗植入物。利用3D打印技术,通过医生和工程师的合作,可以制造出更多高质量的植入和修复材料。

骨质置换术

这无疑对需要切除骨骼的病人来说是一个天大的好消息,现在可以通过3D打印机打印出钛合金“骨骼”来代替人体骨骼。现已研制出数十个用3D打印机打印的钛合金人体“骨骼”,其中包括颈椎椎间融合器、颈椎人工椎体和人工髋关节3个产品进入临床观察阶段。

3D打印“骨骼”与传统金属骨骼相比,不仅尺寸非常精确,而且有孔可供骨骼伸展(打印出网状结构),相邻的骨骼在生长过程中会进入孔中,使真骨和假骨牢固地结合在一起,缩短了病人恢复时间。这一技术也将应用于上述的CT扫描、三维重建技术,并利用金属3D打印机打印出钛合金骨架。

四是皮肤修复。

已有研究人员将不同的细胞外基质应用到皮肤3D打印技术中,使皮肤的活性和其他自然特性最大化,使皮肤在移植后的修复和打印后能与正常皮肤有效融合。采用成纤维细胞、角朊细胞直接沉积于支架表面,通过静电纺丝技术制备多层胶原支架,获得了良好的皮肤组织再生效果。

生物体三维打印技术。

先前提到过用金属、塑料等非活性组织材料进行3D打印的定制假肢、牙科、矫形假体、助听器外壳等医疗器械属于“初级阶梯”。其中,血管、软骨等单个活体组织属于“中间级”;三维印刷的人造肝,心脏等人造器官属于“上阶”

在尝试研究适用于SLS技术的聚合物及其成型结构的特点时,新加坡南洋理工大学的Leong等人指出,制造条件、制造精度、材料的生物相容性和重复性是影响3D打印技术的关键因素,采用选择性激光烧结制造血管支架结构。李等制备了内径为1mm的3D打印水凝胶管路模型,成功地诱导了周围毛细血管形成微血管床。

不管怎样,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识,许多发达国家都投入了大量的人力和资金,希望能将其作为促进人类健康的全球战略。以3D打印技术为基础的再生医学组织工程,已成为继人类基因大规模测序完成后,生命科学最活跃的发展领域之一,也是科技竞争的焦点,在国际产业竞争热潮到来之前,掌握关键技术已成为生命科学前沿技术的制高点。


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标签: 3D打印技术
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