隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展和精準化、個性化醫(yī)療需求的增長，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，同時成為醫(yī)療行業(yè)關(guān)注的熱點話題。通過30張PPT與參會的醫(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。今天，將這些PPT 分享給網(wǎng)友們。

理解3D打印的價值

     3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相比，最大的優(yōu)勢在于對產(chǎn)品的復(fù)雜性不敏感。從圖表中可以看出兩個信息，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。另一點是兩種技術(shù)之間有一個復(fù)雜性平衡點，當產(chǎn)品復(fù)雜性在平衡點的左邊時，也就是在制造一些復(fù)雜性小的標準產(chǎn)品時，使用傳統(tǒng)制造技術(shù)的成本低于3D打印技術(shù)，而當產(chǎn)品復(fù)雜性在平衡點的右邊時，也就是在制造一些復(fù)雜性高的自由造型產(chǎn)品的時候，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)有利于骨長入，讓病人得到更好的康復(fù)。

    個性化定制的價值體現(xiàn)在制造和應(yīng)用兩個方面。在制造方面，如果通過模具制造產(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，簡單說就是量越大單件產(chǎn)品的價格越低。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)品的時候更具有優(yōu)勢。

   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；右邊圖片中的這個脊柱植入物，經(jīng)過拓撲優(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)進行制造。

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

主要應(yīng)用

最早的時候只有骨科在應(yīng)用，而現(xiàn)在越來越多的學科都在借助醫(yī)療模型進行復(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)療糾紛時所需要追溯的依據(jù)。

骨科臨床醫(yī)生對不同材料的3D打印導(dǎo)板進行了實驗和比較，各有優(yōu)勢。

假肢和仿生手是康復(fù)器械的一個種類，通過3D打印的一個明顯的優(yōu)勢是降低制造成本，降低佩戴者的經(jīng)濟負擔。通過3D打印技術(shù)來接受個性化定制，添加一些喜歡的元素，這些能讓佩戴者情感融入進來，有助于克服心理障礙。

3D打印的植入物可以分為標準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打印的標準化的髖臼杯植入物，左邊第二個是西安鉑力特根據(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)之后促進骨骼的生長，并逐漸在體內(nèi)降解。

3D打印技術(shù)在個性化劑量的藥物、改變藥物釋放曲線等方面具有優(yōu)勢。3D打印藥品的技術(shù)通過層層鋪粉，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打印的理想目標是打印出可移植的復(fù)雜人體器官。目前科學家們正在向這個目標努力。其中包括，比較接近臨床應(yīng)用的是通過軟骨細胞3D打印的耳朵軟骨；實驗階段的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)備的過程中，3D打印主要作用是進行新產(chǎn)品快速原型，從而快速驗證設(shè)計，以及快速制造注塑模具，然后通過模具制造出產(chǎn)品。

3D科學谷認為，3D打印技術(shù)帶給牙科行業(yè)的意義在于可以實現(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，為口腔行業(yè)帶來精準、高效的解決方案。

發(fā)展趨勢

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

未來，不僅僅是牙科產(chǎn)品，越來越多的定制化的醫(yī)療產(chǎn)品會放棄手工制作方式，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)院進行調(diào)整試戴，整個供應(yīng)鏈很長。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iMCustom公司推出的矯正鞋墊定制商業(yè)模式，用戶可以通過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)將通過軟件進行建模，然后發(fā)回給商店中的3D打印機，3D打印機使用柔性線材進行矯正鞋墊的3D打印，理想情況下用戶當天可以拿到鞋墊。

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

新材料的出現(xiàn)將為醫(yī)療行業(yè)帶來更多的3D打印解決方案，顛覆人們對產(chǎn)品的設(shè)計和開發(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)的市場規(guī)模如下：

助聽器外殼的生產(chǎn)已實現(xiàn)數(shù)字化和3D打印批量定制化生產(chǎn)。助聽器的生產(chǎn)被瑞達聲、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蛑犉鞯南牧吭黾?，預(yù)計到2018年市場規(guī)模達113億美元。該行業(yè)對3D打印機和打印材料的需求也將隨之增長。

國內(nèi)首先通過CFDA 批準進入市場的是3D打印髖臼杯，這是一種標準植入物。其優(yōu)勢在于通過3D打印才能夠制造出來的表面多孔結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)有利于骨長入。相比通過涂層來實現(xiàn)的多孔結(jié)構(gòu)，3D打印技術(shù)可以控制孔隙率和孔徑，并且不會像涂層一樣有脫落的風險。

進入到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)營多年，不論是產(chǎn)品的研發(fā)能力，還是申請食品藥品監(jiān)督部門的審批，他們的經(jīng)驗都非常豐富。

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