金屬3D打印開啟硬組織醫(yī)療新時代

下頜骨假體

個性化醫(yī)療是二十一世紀醫(yī)療發(fā)展的重要方向，隨著3D打印技術的發(fā)展以及其在醫(yī)療領域的不斷拓展，這項創(chuàng)新技術在硬組織領域的應用已嶄露頭角。目前，國內(nèi)硬組織領域?qū)?D打印技術的關注度也越來越高，大量的成功案例開始涌現(xiàn)。

3D打印技術不需要復雜環(huán)節(jié)的生產(chǎn)過程或者使用任何其它工具，而且能夠最大限度地降低庫存，這就成功實現(xiàn)了成本的降低和交貨時間的縮短，對于那些體積小、結(jié)構(gòu)復雜的零部件，如骨科植入物，效益尤其明顯。

目前許多外科醫(yī)生正在嘗試用金屬3D打印工藝來制造植入物，而且即將獲得成功的應用。其中的原因是金屬3D打印主要有以下特點：

1、生物相容性金屬粉末

能夠在其表面獲得來自相鄰細胞和組織的預期反應是外科植入物的一個非常重要的屬性。因為細胞行為（密合性、功能性改變、形態(tài)變化和增殖）會受到其表面屬性的強烈影響。表面形貌、表面化學和表面能量支配著植入物的生物反應。

因此，對于植入物的制造，優(yōu)選材料是純鈦和鈦合金。純鈦具有較高的耐腐蝕性以及被認為是最具生物相容性的金屬。只要其表面被暴露在氧化性介質(zhì)中，它就能夠自發(fā)地形成穩(wěn)定的惰性氧化物層。如果需要生物醫(yī)學植入物具備更高的強度的話，那么更好的選擇則是Ti6Al4V合金，該材料也會表現(xiàn)出良好的抗疲勞、耐腐蝕特性，而且比重比較低。

此外，能夠以粉末形式提供的其他生物相容性材料還有不銹鋼316L和鈷鉻合金。而高度受控的金屬3D打印環(huán)境（充滿中性氣體和限制氧氣）可確保打印部件的高純度，保留了期望的材料性能。

2、更便宜的“一次性”定制金屬植入物

在制造定制化的植入物時，傳統(tǒng)的方式往往特別費時和昂貴，而3D打印則就靈活的多，其資金需求被限定在一定范圍，設計復雜性被減小，從而使個人定制得以實現(xiàn)。

顱面部修復體

顯而易見，定制產(chǎn)品更符合患者的醫(yī)學需求，恢復得更快。骨科醫(yī)生可以通過自定義形狀優(yōu)化應力在骨骼上的分布，并提供更好的適應性，并消除了外科醫(yī)生在手術之中進行手動處理的需要。失敗的風險降低了，同時手術時間和總體成本也在降低。

人工關節(jié)部件

3、3D打印和矯形金屬植入物之間的協(xié)同作用

鈦金屬具有高彈性模量，容易導致植入物和骨頭之間的彈性失配，并限制了這種材料的使用。一種低彈性楊氏模量有助于避免“應力遮擋”（即由于植入物導致的骨骼正常應力的消失），而“應力遮擋”則會導致骨質(zhì)密度的降低。

由于金屬3D打印技術能夠指定構(gòu)建對象的孔隙度，因此可以通過改變體積分率和多孔結(jié)構(gòu)的尺寸分布來解決這個問題。事實上，多孔鈦的彈性模量會隨著孔徑的增加而減小，而植入物可以通過量身定制具有類似人骨的機械性能。

此外，傳統(tǒng)上使用減材制造的金屬植入物通常會在表面施加多孔表面涂層，以便于在植入物上實現(xiàn)骨長入。而金屬3D打印能實現(xiàn)致密承重結(jié)構(gòu)與精確而互相連接的開放氣孔結(jié)構(gòu)一體化制作，誘導骨長入，實現(xiàn)植入物與宿主骨的骨整合。

最后，但同樣重要的是，當骨科植入物需要生物固定時，金屬3D打印的預成品部件的粗糙表面可以消除下游噴涂操作的需要，節(jié)省了時間和金錢。

骨盆修補件

然而目前，3D骨科項目審批嚴格時間長，實際在3D打印骨科技術使用上，全世界醫(yī)療行業(yè)的應用都處在同一起步點，我們一些工作比國外還超前。但國外審評流程的確較簡短?，F(xiàn)在，美國和歐盟不要求3D打印骨科經(jīng)過臨床試驗，可以直接上市，但需要拿出前期測試數(shù)據(jù)。他們認為3D打印骨科鈦合金材質(zhì)沒有改變，只是工藝的改變，用在人體里是安全的，所以不經(jīng)過臨床試驗就批準上市。

過去以傳統(tǒng)方式制作3D骨科模型要做一個模具，大概上百片元件組成整體，然后澆鑄出來，再通過精加工，沒有幾個月做不出一套模具。但3D打印骨科，給病人拍一個CT片子，數(shù)據(jù)就出來了，輸入計算機軟件，使用3D打印機一天就做出來。


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