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2017年医用3D打印技术的七个领域应用进展分析

导读: 医药生物行业是目前3D打印技术扩张最为迅猛的行业。3D打印技术能够为医疗生物行业提供更完整的个性化解决方案;生物3D打印技术将促进再生医学领域在人造活体组织与器官的研究。

OFweek3D打印网讯 医药生物行业是目前3D打印技术扩张最为迅猛的行业。3D打印技术能够为医疗生物行业提供更完整的个性化解决方案;生物3D打印技术将促进再生医学领域在人造活体组织与器官的研究。在个性化解决方案方面,比较典型的应用有3D手术预规划模型、手术导板、3D打印植入物,以及假肢、助听器等康复医疗器械。在再生医学领域,研究人员已经在利用生物3D打印技术培养人造器官方面取得了值得肯定的进展。本文主要观察了2017年第一季度,医用3D打印技术在如下7个领域的最新进展。

2017年医用3D打印技术的七个领域应用进展分析

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。

世界首例Mr混合现实技术辅助的乳房重建手术完成

2017年3月,湖南省肿瘤医院医生术中头戴已经输入患者三维影像信息的HoloLens眼镜,术前3D血管数据个性化精确设计切取面积为22cm*14cm的股内侧穿支皮瓣游离移植一期重建乳房,手术历时6个小时就得以安全顺利完成。

辅助肿瘤手术的3D打印肝脏模型普及有望,仅需不到150美元

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3月初,波兰克拉科夫一医学团队通过展示了肝脏内部肿瘤、内循环系统,以及对外科医生或将面临的种种问题予以参照。研究者以一名52岁的女病人的肝脏为样本,先获得其肝脏CT扫描,再使用PLA彩色材料的标准3D打印机,进行六个部件的打印。随后搭建起“肝薄壁组织的支架(liverparenchymascaffold)”,再填充硅胶材料。完成后的模型即能清晰可见肝脏,包括形状、质量,还有肿瘤及内部些许血管。总共花费约160小时,模型成本低于150美元。相比于2015年日本筑波大学科研团队的研究,此项3D肝脏模型将成本拉至可接受的水平,让大部分病患能承担得起,定制化的治疗方案对手术成功率提升亦有所助益。

3D打印心脏模型挽救洛杉矶婴儿生命

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当18个月大的NateYamane由于心脏肺动脉变窄开始危及生命时,儿科心脏病专家FrankIng意识到他需要一个支架,一个用于治疗狭窄或弱动脉的小网状管。使用Nate的心脏CT扫描数据,医院团队创建了阻塞区域的3D打印模型。Ing博士制作了一个特殊的小型支架,以适应从狭窄动脉的3D模型。结果是成功的:Nate的氧水平隔夜得到了改善。

广东完成首例3D打印换脊骨

南方医科大学附属第三医院(广东省骨科医院)骨肿瘤科团队成功为一名脊索瘤患者切除了脊椎,并植入3D打印人工椎体,这是广东完成的首例3D打印换脊骨手术。个性化的3D打印人工脊柱更有利于保护神经,并利于术后骨愈合。

2 手术导板

手术导板是将手术预规划方案准确的在手术中实施的辅助手术工具。在多个学科都有应用,例如:关节类导板、脊柱导板、口腔种植体导板,还有肿瘤内部内照射源粒子植入的导向定位导板等。

Materialise制造儿科3D打印手术导板获FDA许可

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这意味着患有先天性骨疾病或骨骼受伤的儿童就能得到更好的治疗。该3D打印导板是三维的,根据对患者骨骼的扫描数据生成,可以让医生获得最真实的信息,从而更好地规划手术。另外,其制造成本也不高,即便普通患者也负担得起。

3 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。再加上具有生物相容性的植入物材料本身的高价格,骨科植入物的总制造成本是十分昂贵的。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。3D打印技术也让定制化植入物的交货速度得以提升,从设计到制造一个定制化的植入物最快时可以在24小时之内完成。工程师通过医院提供的X射线、核磁共振、CT等医学影像文件,建立三维模型并设计植入物,最终将设计文件通过金属3D打印设备制造出来。

OPM公司的3D打印骨植入物获得欧洲专利批准

牛津高性能材料公司(OPM)的“用于骨替换的定制植入物”将利用新兴的OsteoFab植入物制造工艺。OPM现在将把其高性能添加制造工艺应用于3D打印定制植入物,以执行骨替换操作。该欧洲专利最初于2011年底提交,于2016年12月21日生效,并将持续到2029年8月7日。目前,OPM仍是第一家也是唯一一家获得FDA510(k)批准的3D打印患者特异性聚合物基植入物的公司。

澳洲成功实施首例3D打印钛-聚合物胸骨植入手术

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澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)、墨尔本医疗植入物公司Anatomics和英国医生联手,为一名61岁的英国患者Edward Evans实施了3D打印钛-聚合物胸骨植入手术,这也是全球首创。之前这种植入物一般都会用纯钛制造,新型胸骨植入物能够比之前的纯钛植入物更好地帮助重建人体内的“坚硬与柔软组织”。Evans术后仅12天就能出院,并且目前恢复十分迅速。

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印度MedantaTheMedicity医院的医生们让一名一直患有脊柱结核的32岁妇女再次行走。这也是印度首次进行此类手术。女患者的第一节、第二节、第三节颈椎严重损伤,这意味着在她的颅骨与下颈椎之间没有任何骨骼支撑。借助先进的金属3D打印技术,医生们3D打印了一个钛椎骨,并用它替代了患者脊柱中的受损部分,从而有效填补了第一节颈椎和第四节颈椎之间的空白。手术一共进行了10小时。这也是世界上第三例此类手术。

首个植入3D打印脊椎患者已能开车骑车

2016年6月12日,世界首个3D打印脊椎植入手术在北医三院完成。2017年1月初患者的CT显示,该患者当时被植入的长达19厘米的3D打印内植物与他原有脊柱稳稳地连接在一起,内植物与脊柱的连接处可见到高密度影,已有骨融合的迹象。

鼓楼医院国内首创3D打印导航治蝶颚神经痛

南京鼓楼医院团队对患者进行了头颅薄层CT扫描,设计并3D打印出个性化的蝶颚神经节介入导航模板,术中以模板引导穿刺至目标靶点,以少量局麻药物精准地完成了蝶颚神经节阻滞,阻滞完成时患者即刻感到鼻塞感及眼部的酸胀感明显缓解,左面部的持续性隐痛也明显好转。随后,团队利用该导航模板进行了一次蝶颚神经节脉冲射频治疗与两次阻滞治疗,患者左面部的疼痛完全消失。3D打印个性化导航模板,不仅极大缩短了手术时间,减少了手术的创伤,对需要进行多次手术操作的患者,更是极大的帮助。

4 康复医疗器械

与3D打印钛合金定制化飞机零部件和超级轿跑个性化零部件一样,假肢、助听器等康复医疗器械同样具有小批量、定制化的需求,并且设计具备复杂性,传统数控机床受到加工角度等因素的限制往往难以实现。此外,利用3D打印技术制作单个定制化康复辅具的成本会显着下降。

3D打印康复医疗器械的推广需要专业的医疗器械服务商介入,从数据采集、设计、成型以及产品的认证方面进行专业的操作。

史上最小3D打印定制钛金属助听器问世

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Phonak与德国3D打印公司EnvironTEC合作开发出定制式钛金属助听器VirtoB-Titanium。这一定制模式的亮点在于外壳和主要部分均为3D打印,并且外壳不是由传统的助听器外壳丙烯酸构成,而是使用重量更轻,强度更高的钛金属制成,为此,外壳的厚度在同等安全程度的情况下减少了50%(0.2毫米)。通过3D打印技术,不但大大缩短了助听器定制的时间(据了解,该设备可在1小时内制作65个助听器壳或45个耳模),还将更加精确地适配听损者的耳道形态,这种技术几乎不受传统耳模制作人员的技术差距影响。

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责任编辑:zhouyi
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