隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展和精準(zhǔn)化、個(gè)性化醫(yī)療需求的增長(zhǎng)，3D打印技術(shù)在醫(yī)療行業(yè)應(yīng)用的廣度和深度方面都得到了顯著發(fā)展，同時(shí)成為醫(yī)療行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)話題。通過(guò)30張PPT與參會(huì)的醫(yī)療器械廠商和醫(yī)生朋友分享了3D打印在醫(yī)療行業(yè)中的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)。今天，將這些PPT 分享給網(wǎng)友們。

理解3D打印的價(jià)值

     3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相比，最大的優(yōu)勢(shì)在于對(duì)產(chǎn)品的復(fù)雜性不敏感。從圖表中可以看出兩個(gè)信息，首先是綠色曲線代表的傳統(tǒng)制造技術(shù)，其制造成本將隨著產(chǎn)品復(fù)雜性的增加而急劇增加，而藍(lán)色直線所代表的3D打印技術(shù)，其制造成本幾乎是不變的。另一點(diǎn)是兩種技術(shù)之間有一個(gè)復(fù)雜性平衡點(diǎn)，當(dāng)產(chǎn)品復(fù)雜性在平衡點(diǎn)的左邊時(shí)，也就是在制造一些復(fù)雜性小的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品時(shí)，使用傳統(tǒng)制造技術(shù)的成本低于3D打印技術(shù)，而當(dāng)產(chǎn)品復(fù)雜性在平衡點(diǎn)的右邊時(shí)，也就是在制造一些復(fù)雜性高的自由造型產(chǎn)品的時(shí)候，3D打印技術(shù)的成本明顯低于傳統(tǒng)制造技術(shù)。

可以利用3D打印技術(shù)探索一些突破固有設(shè)計(jì)思維的產(chǎn)品。

    提到3D打印的效益，人們最直接關(guān)注的往往是節(jié)約材料、縮短交期等生產(chǎn)效益。但是3D打印所帶來(lái)的綜合效益容易被忽視。比如，3D打印骨科植入物的綜合效益是制造出表面的多孔結(jié)構(gòu)，并且有效控制孔隙率和孔徑，這樣的結(jié)構(gòu)有利于骨長(zhǎng)入，讓病人得到更好的康復(fù)。

    個(gè)性化定制的價(jià)值體現(xiàn)在制造和應(yīng)用兩個(gè)方面。在制造方面，如果通過(guò)模具制造產(chǎn)品，制造的產(chǎn)品量越多，單件產(chǎn)品均攤的模具制造成本越低，簡(jiǎn)單說(shuō)就是量越大單件產(chǎn)品的價(jià)格越低。而3D打印技術(shù)是一種不需要模具的制造技術(shù)，在制造單件或少量產(chǎn)品的時(shí)候更具有優(yōu)勢(shì)。

   左邊的ACL 手術(shù)定位器，它的槽型是根據(jù)人體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的，和解剖結(jié)構(gòu)一樣的充滿復(fù)雜曲線；右邊圖片中的這個(gè)脊柱植入物，經(jīng)過(guò)拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜并且表面充滿多孔結(jié)構(gòu)。以上兩類復(fù)雜的產(chǎn)品只適合使用3D打印技術(shù)進(jìn)行制造。

    這是意大利的一家公司設(shè)計(jì)的脊柱籠產(chǎn)品，包括螺桿和齒輪等幾個(gè)部分，設(shè)計(jì)師將它設(shè)計(jì)成為一個(gè)整體的零件，并通過(guò)Concept Laser公司的SLM 技術(shù)一次性3D打印出來(lái)，避免了使用傳統(tǒng)技術(shù)時(shí)需要拆分制造，然后再裝配組裝的過(guò)程，并且有助于力高產(chǎn)品的精度和性能。

主要應(yīng)用

主要應(yīng)用案例

最早的時(shí)候只有骨科在應(yīng)用，而現(xiàn)在越來(lái)越多的學(xué)科都在借助醫(yī)療模型進(jìn)行復(fù)雜手術(shù)的預(yù)規(guī)劃。醫(yī)療模型它的意義是非常形象的將病情呈現(xiàn)給醫(yī)生，方便做手術(shù)規(guī)劃以及與患者溝通。除此之外，這些三維數(shù)據(jù)和手術(shù)規(guī)劃方案也可以作為解決醫(yī)療糾紛時(shí)所需要追溯的依據(jù)。

骨科臨床醫(yī)生對(duì)不同材料的3D打印導(dǎo)板進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和比較，各有優(yōu)勢(shì)。

假肢和仿生手是康復(fù)器械的一個(gè)種類，通過(guò)3D打印的一個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)是降低制造成本，降低佩戴者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。通過(guò)3D打印技術(shù)來(lái)接受個(gè)性化定制，添加一些喜歡的元素，這些能讓佩戴者情感融入進(jìn)來(lái)，有助于克服心理障礙。

3D打印的植入物可以分為標(biāo)準(zhǔn)品和定制化的植入物，也可以分為不可降解的植入物和可降解的植入物。左圖中的植入物是Arcam 公司EBM 技術(shù)3D打印的標(biāo)準(zhǔn)化的髖臼杯植入物，左邊第二個(gè)是西安鉑力特根據(jù)醫(yī)生要求定制的胸骨植入物，使用的材料都是鈦合金，在植入體內(nèi)之后就留在體內(nèi)了。右圖中，Lithoz 3D打印的生物陶瓷植入物和最右邊的鈣磷粉材料的植入物，將在植入體內(nèi)之后促進(jìn)骨骼的生長(zhǎng)，并逐漸在體內(nèi)降解。

3D打印技術(shù)在個(gè)性化劑量的藥物、改變藥物釋放曲線等方面具有優(yōu)勢(shì)。3D打印藥品的技術(shù)通過(guò)層層鋪粉，并讓藥粉粘合劑沉積到指定的區(qū)域，所以可以更好的控制藥物的結(jié)構(gòu)。這里分享的例子是首個(gè)上市的3D打印藥品，用于治療癲癇癥。它可以速溶于少量的水，迅速釋放出高劑量的藥物。

生物3D打印的理想目標(biāo)是打印出可移植的復(fù)雜人體器官。目前科學(xué)家們正在向這個(gè)目標(biāo)努力。其中包括，比較接近臨床應(yīng)用的是通過(guò)軟骨細(xì)胞3D打印的耳朵軟骨；實(shí)驗(yàn)階段的3D打印血管；用于科研的生物腦組織，還有用于藥物測(cè)試的人工組織或器官等。

在制造金屬植入物以外的其他醫(yī)療設(shè)備的過(guò)程中，3D打印主要作用是進(jìn)行新產(chǎn)品快速原型，從而快速驗(yàn)證設(shè)計(jì)，以及快速制造注塑模具，然后通過(guò)模具制造出產(chǎn)品。

3D打印在口腔科的應(yīng)用種類比較多，從牙科模型到手術(shù)導(dǎo)板，從種植牙、牙冠到矯正器等應(yīng)用中都有3D打印技術(shù)的用武之地。以3D打印種植牙為例，金屬的牙冠可以通過(guò)SLM 金屬3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)批量定制化的生產(chǎn)，在一次打印中可打印多組不同的牙冠，然后進(jìn)行烤瓷等后處理，即可交付給客戶使用。隨著材料技術(shù)的發(fā)展，目前已經(jīng)可以出現(xiàn)可制造永久牙冠的特殊光敏樹(shù)脂材料，通過(guò)DLP 或SLA 技術(shù)可直接打印出牙冠。

3D科學(xué)谷認(rèn)為，3D打印技術(shù)帶給牙科行業(yè)的意義在于可以實(shí)現(xiàn)批量定制化生產(chǎn)，以及融入到數(shù)字化口腔技術(shù)中來(lái)，為口腔行業(yè)帶來(lái)精準(zhǔn)、高效的解決方案。

發(fā)展趨勢(shì)

3D打印在醫(yī)療行業(yè)中的最初是用來(lái)制造醫(yī)療模型和植入物不具有生命的醫(yī)療器械，隨著技術(shù)的發(fā)展，3D打印技術(shù)與生命科學(xué)的結(jié)合成為必然的趨勢(shì)，從打印簡(jiǎn)單的人體組織直到打印出復(fù)雜的人體器官。納米級(jí)的3D打印技術(shù)也將應(yīng)用在醫(yī)療行業(yè)。

Nanoscribe的雙光子聚合3D打印技術(shù)用于打印納米級(jí)的三維支架，在進(jìn)行三維器官培養(yǎng)的時(shí)，這些極為精密的支架作用是控制細(xì)胞的形狀。打印復(fù)雜的骨小梁結(jié)構(gòu)也是該技術(shù)的一個(gè)應(yīng)用方向。

未來(lái)，不僅僅是牙科產(chǎn)品，越來(lái)越多的定制化的醫(yī)療產(chǎn)品會(huì)放棄手工制作方式，擁抱數(shù)字化技術(shù)。例如足踝矯正器，在使用數(shù)字化技術(shù)之后，交期由2-4周最短可以減少到1天。同時(shí)由于數(shù)字化建模技術(shù)、仿真技術(shù)和3D打印的界入，產(chǎn)品將更加舒適、安全。

從最上方的張矯正鞋墊供應(yīng)鏈圖中，我們可以看到用傳統(tǒng)的制造方式，由于需要依賴手工制造，所以不僅制造的流程繁瑣，而且佩戴者需要多次前往醫(yī)院進(jìn)行調(diào)整試戴，整個(gè)供應(yīng)鏈很長(zhǎng)。但是在結(jié)合了數(shù)字化技術(shù)和3D打印之后，供應(yīng)鏈的明顯的縮短了。例如，美國(guó)iMCustom公司推出的矯正鞋墊定制商業(yè)模式，用戶可以通過(guò)放在商店中的足底掃描儀將數(shù)據(jù)提交給iMCustom, 這些數(shù)據(jù)將通過(guò)軟件進(jìn)行建模，然后發(fā)回給商店中的3D打印機(jī)，3D打印機(jī)使用柔性線材進(jìn)行矯正鞋墊的3D打印，理想情況下用戶當(dāng)天可以拿到鞋墊。

在增材制造技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作中，3D打印的材料、工藝、設(shè)備都將逐漸規(guī)范，這對(duì)3D打印醫(yī)療器械，尤其是植入物的性能和安全性是一個(gè)保障。

相比傳統(tǒng)制造技術(shù)3D打印在生產(chǎn)小批量產(chǎn)品時(shí)才具有成本優(yōu)勢(shì)，但是隨著材料成本的下降和打印技術(shù)的提升，3D打印將在生產(chǎn)更大批量產(chǎn)品的時(shí)候保持這種優(yōu)勢(shì)。

新材料的出現(xiàn)將為醫(yī)療行業(yè)帶來(lái)更多的3D打印解決方案，顛覆人們對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)能力。

產(chǎn)業(yè)化方向

3D打印設(shè)備、材料、軟件等在醫(yī)療行業(yè)的市場(chǎng)規(guī)模如下：

隱形矯正器是典型的數(shù)字化口腔技術(shù)應(yīng)用，設(shè)計(jì)師通過(guò)軟件模擬每個(gè)矯正階段牙齒的形態(tài)，并生成一些列的牙齒三維模型。在制造隱形矯正器時(shí)，首先通過(guò)3D打印機(jī)打印出和牙科模型，然后通過(guò)熱塑成形制造出全套矯正器。患者通過(guò)定期更換佩戴不同的矯正器達(dá)到牙齒矯正的目的。從市場(chǎng)潛力方面來(lái)看，一方面整個(gè)牙科設(shè)備、產(chǎn)品和服務(wù)的市場(chǎng)總規(guī)模在2020年將達(dá)到4000億元。隱形矯正器的使用比例目前中國(guó)只有2%，而歐美國(guó)家是25%左右，這個(gè)應(yīng)用存在增長(zhǎng)潛力。

助聽(tīng)器外殼的生產(chǎn)已實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和3D打印批量定制化生產(chǎn)。助聽(tīng)器的生產(chǎn)被瑞達(dá)聲、西門子等少數(shù)大品牌所壟斷。但是由于人口老齡化、后天性失聰?shù)纫蛩兀�全球助�?tīng)器的消耗量增加，預(yù)計(jì)到2018年市場(chǎng)規(guī)模達(dá)113億美元。該行業(yè)對(duì)3D打印機(jī)和打印材料的需求也將隨之增長(zhǎng)。

國(guó)內(nèi)首先通過(guò)CFDA 批準(zhǔn)進(jìn)入市場(chǎng)的是3D打印髖臼杯，這是一種標(biāo)準(zhǔn)植入物。其優(yōu)勢(shì)在于通過(guò)3D打印才能夠制造出來(lái)的表面多孔結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)有利于骨長(zhǎng)入。相比通過(guò)涂層來(lái)實(shí)現(xiàn)的多孔結(jié)構(gòu)，3D打印技術(shù)可以控制孔隙率和孔徑，并且不會(huì)像涂層一樣有脫落的風(fēng)險(xiǎn)。

進(jìn)入到3D打印骨科植入物領(lǐng)域的制造商，在骨科產(chǎn)品領(lǐng)域經(jīng)營(yíng)多年，不論是產(chǎn)品的研發(fā)能力，還是申請(qǐng)食品藥品監(jiān)督部門的審批，他們的經(jīng)驗(yàn)都非常豐富。

生物3D打印目前已經(jīng)出現(xiàn)的商業(yè)化價(jià)值在于藥物研發(fā)領(lǐng)域。目前制藥行業(yè)開(kāi)發(fā)一新藥品的平均研發(fā)成本高達(dá)12億美元，平均周期長(zhǎng)達(dá)12年。隨著新藥品復(fù)雜程度的增加，研發(fā)成本和研發(fā)周期還會(huì)增加。制藥行業(yè)需要高效的藥物篩選解決方案來(lái)降低研發(fā)成本、加速研發(fā)周期以及降低藥物研發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)。而生物3D打印的人體組織相比二維細(xì)胞學(xué)實(shí)驗(yàn)更加接近人體真實(shí)情況，所以在用于藥物篩選的時(shí)候能夠提高篩選效率、提供更可靠的藥物測(cè)試結(jié)果，在藥物研發(fā)領(lǐng)域有應(yīng)用前景。

(責(zé)任編輯：admin)

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