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“3D打印+医疗”的发展新方向

日期:2018-01-09 14:55:38  作者:yongnian

近日,永年激光一行前往光韵达学习交流,交流期间双方就3D打印技术在医疗领域的应用及今后合作进行讨论。
江苏永年激光成形技术有限,在承接颜永年教授研发团队在快速成形领域20多年的研究成果基础上,更加重视共性关键技术研究和原始创新。而颜老除了一直致力于快速成形研究外,在生物制造领域也有着颇深的造诣。

1提出离散-堆积成形学原理,并与其它学科交叉形成新的前沿生长点
(1)它是继“去除成形”(如切削加工等)和“受迫成形”(如铸、锻等)后的新型成形原理与方法。
(2)据此提出离散-堆积平台(软、硬件系统)构想,完成可实现多种RP、RM工艺的多功能快速成形系统(实验设备)在此基础上完成单功能和多功能快速成形商品化设备,获国家科技成果二等奖。
(3)离散-堆积成形原理与热致相分离方法相结合可制造具有分级孔隙率的三维结构,用于人体器官修复的组织工程支架之制造。
(4)离散-堆积成形原理与细胞-材料单元的触发固化技术相结合,可按预设计将细胞受控组装成三维结构,通过体外-体内培养,而形成人体器官。

2 生物制造学术研究
颜老将制造科学引入生命科学领域提出“生物制造工程”(Organism Manufacturing Eng.)学科概念和框架体系。为制造科学发展提出一个新方向。

将离散-堆积成形原理与生命科学融合起来开展生物制造研究,于本世纪初提出视活细胞为堆积成形“材料单元”的概念,以组织和器官的解剖学数字模型驱动细胞-材料单元直接组装成形,完成多种细胞的空间排布,即类组织前体制造,经体内外培养训练而发育成组织和器官。此研究开启了一扇通向组织和器官人工制造的大门,得到国内外生物医学专家高度评价。按数字模型三维排布活细胞是对制造科学的挑战,颜教授带领团队在这一新领域开展研究,完成复合交联-分级结构,获发明专利5项。

上海光韵达数字医疗科技有限由深圳光韵达光电科技股份有限与上海交通大学王成焘教授的技术团队共同组建,是一家将数字技术和临床医学相结合,开展医学3D打印,医疗器械研发,以及医学数字技术服务的高新。

近年来,3D打印技术在医疗领域得到广泛的探索和临床实践,特别是将3D打印技术用于膝关节骨缺损治疗、股骨头坏死、颈椎腰椎疾病等骨科领域,帮助很多无法正常行走的患者重新“走回”健康生活。

3D打印在医疗领域的应用
1、药物
通过在3D打印机中加入装有化学药品的容器,3D打印机可合成用户所需药品。这将大大降低药品制作成本,减轻患者负担。

2、医疗模型
3D打印的医疗模型让医生在手术前直观的看到手术部位的三维结构,帮助医生规划手术方案。尤其针对复杂手术,有助于降低手术风险,提高手术的成功率。

3、植入物
个性化定制人工骨骼在临床应用中需求量特别大,是由于人体骨骼形态不规则,个体形态差异较大。比利时哈塞尔特大学BIOMED研究所为患者打印并移植了下颌骨利用激光辅助3D打印技术。南方医科大学黄华军等,收集临床复杂胫骨平台骨折病例以及常用胫骨平台钢板的CT数据,进行骨折三维重建、虚拟复位以及建立钢板三维模型库,然后进行内固定方案的数字化设计。3D打印出骨折复位模型以及钢板模型,在3D模型上按照数字化设计内固定方案进行模拟手术,结果显示3D打印技术结合数字化设计能有效的提高复杂胫骨平台骨折内固定植入效果。
由于骨肿瘤、车祸等造成的骨骼缺损、颌面损伤、颅骨修补等,都无法用一般修复产品进行治疗,而3D打印产品提供了有效的解决方案,这些打印的假体不仅可以依据患者的自身特点进行量体裁衣而制造。而且3D打印技术能够打印出与植入物一体的仿生骨小梁微孔结构,从而有利于人体骨骼的长入。

4、组织、器官
3D打印人造器官打印机分为喷墨人造器官打印、微挤压成型人造器官打印和激光辅助人造器官打印三类,根据其工作原理。这三类打印机在打印再生组织和器官上各有利弊。虽然目前出现的生物3D打印器官并不是功能完整、结构完整的器官,但是它们在药物筛选测试、疾病的研究领域已经开始发挥作用。采用3D打印的器官和组织可以有效提高药物的筛选成功率。

5、口腔
3D打印的数字化口腔技术为牙科行业带来了精度高、成本低、效率高的优点,以及符合规范化生产链相符的口腔数据。减少医生手工制作模型、义齿等牙科产品的时间,将精力回归到口腔疾病的诊断及实施口腔手术本身。对于牙科技师而言,虽然远在医生诊室之外,但只要获得患者的口腔数据,就可以根据医生要求定制出精准的牙科产品。

6、器械制造
金属3D打印技术在医疗器械领域的潜力已经超越了原型承担复杂手术器械的制造任务。如在膝关节前交叉韧带损伤修复手术中,如要保证手术的精准和微创,医生需要借助一种精密而特殊的手术工具。制造这种工具的镍铬铁合金是一种难加工材料,使用传统的机加工方式制造该手术工具的难度很高,而且所花费的时间长、成本高。这种情况下,使用3D打印技术进行制造则更为适合。

3D打印医疗应用前景
与国外相比,我国3D打印行业正处于急速发展时期,市场潜力巨大,伴随着个性化医疗的发展,以及国家医保政策的贯彻实施,3D打印产品的需求量将会急剧增加。

2017年12月5日,CFDA发布了《3D打印医疗器械制造指导意见》,为医疗设备制造商提供有关3D打印技术方面的建议,同时还指出制造商在提交3D打印医疗设备审批时需包含的内容,包括对各种3D打印方法的思考、设备设计、功能、耐用性测试及质量系统要求。这是继去年5月CFDA发布针对医疗制造商的3D打印草案指南之后的又一促进3D打印医疗设备进一步发展的举措。同时,这也体现出国家对3D打印这一重要新兴技术的重视和实践。

 

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