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3D打印在医疗行业的应用
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3D打印在医疗行业的应用

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。


随着中国逐渐进入老龄化社会,骨关节炎的发病率越来越高,尽管膝关节的发病率和手术率已有超越髋关节的趋势,髋骨关节炎仍占有相当大的比例,还有大量饮酒和使用激素以及创伤导致的股骨头坏死,得益于材料学和关节外科的快速发展,这些终末期髋关节疾病的患者行全髋关节置换术后大部分都获得了良好的预后,因此也被称为二十世纪医学史上最成功的手术之一。全髋关节置换分骨水泥型和生物型两种,两种类型的假体,长期随访结果没有明显差异,但由于医师个人习惯,缩短手术时间,减少并发症等方面的考量,年纪相对较轻,骨量相对较好的患者,多倾向于使用生物型假体。能否实现良好压配决定了假体的初始稳定性,而患者的远期预后则取决于假体与骨界面是否有足够的骨性连接,即我们所说的“骨整合”,这一概念是由瑞典口腔外科之父 Branemark 教授首次提出的,它是指骨骼与种植体之间没有任何纤维连结或结缔组织间隔,而直接是骨与金属界面的直接接触。


Branemark 教授开启了现代种植牙的新时代,为众多牙齿缺失的患者带来了福音,种植牙能否长期生存,也取决于钛金属基座能否与牙槽骨实现良好的“骨整合”。植入式骨整合假肢(又称“骨植入假肢配置技术”),是假肢装配技术的革命。它彻底解决了通过接受腔和软组织传力,生物力学不合理的弊端,假肢的装配可在截肢手术的同时进行,具有良好的发展前景,但也还存在不少问题,中间植入体与残肢骨能否实现可靠的骨性结合就是其中之一。因此众多口腔科医师、矫形外科医师和材料学家都将研究重点聚焦于如何通过对假体植入物表面改性促进骨整合。


从骨科手术到心脏手术再到肝脏手术……越来越多的手术开始借助3d打印的医疗模型。例如2015年上海市第一人民医院普外科中心主任彭志海教授团队采用3d打印技术为一位来自贵州的患先天性自身免疫性肝硬化门静脉高压症的病人进行活体肝移植。术前为了能精准制定手术方案,专家想到了3d打印技术。3d打印将患者的肝胆胰脏器和相应的病变部位以1:1的“实物”形式呈现在医生面前,通过精确评估病变范围与临近脏器组织的三维空间关系,专家团队确定切除病患307克的肝脏。在进行肝切除时,专家将模型带入手术室在术中进行实时比对,通过调整3d打印模型并置于最佳解剖位置,为手术关键步骤提供直观的实时导航,对关键部位快速识别和定位;通过精确定位病灶、血管,实时引导重要脉管的接合,提高了手术精准性,有效降低了手术风险。


在3d打印手术导板的精准设计是手术取得成功的重要保证。上海逸动医学科技有限公司在骨科手术导板领域运用国际上领先的SSM_Knee®技术,从多张负重位X光片数据进行膝关节三维统计学建模(Statistical Shape Modeling,SSM)及三维力线测量分析,在电脑上模拟截骨平面、人工全膝关节置换术手术置换全过程,虚拟化设计手术中实施截骨的导向导板并使用医用材料进行3d打印。手术中医生只需要将导板贴附于关节表面然后实施定位截骨即可,准确性高于传统方法,避免了人为因素,手术操作简单,不破坏髓腔。


3d打印技术对制药的影响主要体现在4个方面:一是可以实现药物活性成分的个性化定制。二是剂量的个性化定制,为患者提供个性化治疗方案。 这种一层一层的打印方法,可以把不同的涂层彼此紧密地结合一起,因此可以把某种物质的最大剂量置入一粒药片中。这样病人可以吞服少量或较小的药片。三是可以实现形状的个性化定制, 对于不喜欢吃药的儿童来讲这或许是个好办法。通过3d打印技术打印出各种有趣的形状,哄宝宝乖乖吃药。四是通过3D打印技术使药物拥有特殊的微观结构,改善药物的释放行为,从而提高疗效并降低副作用。例如,在2015年美国食品药品监督管理局 (FDA)己在全球批准首款完全用3D打印制作的药片。这款名为Spritam的药物由美国Aprecia制药公司研制,用于治疗癫痫症患者。Aprecia 使用的Zipdose 3d打印技术最重要的意义就是使药物能够在少量的水中迅速崩解高剂量的药物,这种药物给发病时的患者带来了极大的方便。

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