2015年，市場研究公司Gartner 預計，醫(yī)療3D打印將成為將在兩到五年內將增材制造（AM）推向主流的先鋒領域。四年過去了，我們決定對行業(yè)進行研究，以確定Gartner的預測是否已經(jīng)實現(xiàn)。

在本文中，我們將探討過去一年中的一些醫(yī)學3D打印故事，以了解該技術所采用的水平。

3D打印植入物

在2018年8月，Osseus Fusion Systems獲得了第四次FDA 510（k）許可。這次是Aries家族的3D打印腰椎椎體間融合器。這家總部位于達拉斯的公司的設備采用Osseus專有的3D打印平臺PL3XUZ進行打印。

據(jù)該公司稱，這些3D打印部件的孔隙率為80％，是一些最多孔的脊柱植入物。專有的網(wǎng)格設計使植入物能夠在增加骨細胞生長的同時降低硬度，這是在植入物和放射可見度的創(chuàng)建中采用3D打印的關鍵驅動因素之一。

第一個Aries－L側向椎體間部位于2019年1月首次植入患者體內。重要的是要注意植入物是患者特異性的，這是3D打印醫(yī)療設備最重要的承諾之一，旨在改善治療結果。

“通過3D打印，我們能夠制造為患者定制的脊柱植入物，”參與該過程并協(xié)助開發(fā)Aries系列的Sam Joseph，Jr。博士說?！斑@意味著它們的椎間盤大小，椎骨的大小，椎骨的高度，以及它們在背部可能產(chǎn)生的彎曲度。憑借這項尖端技術，我們可以為我們的患者提供植入物，例如Aries L椎體間融合器，可以在一定高度和一定長度以及一定角度創(chuàng)建，為我們的患者提供更好的定制護理，這可以為患者帶來更好的結果?！?/p>

雖然3D打印的脊柱，顱頜面和膝關節(jié)植入物的數(shù)量正在增加，但3D打印的整形外科設備可能是最普遍的，部分由GE Additive子公司Arcam引領。到目前為止，自2007年以來，使用Arcam的電子束熔化（EBM）技術生產(chǎn)了超過100，000個臀杯。LimaCorporate是意大利骨科公司和Arcam的客戶，一直是該領域的先驅。它使用EBM制作了世界上第一個3D打印的髖關節(jié)植入物。

LimaCorporate最近與紐約市特殊外科醫(yī)院合作，在醫(yī)院環(huán)境中建立了第一個用于定制植入物的AM設施。雖然植入物通常是與LimaCorporate等專家一起在現(xiàn)場進行3D打印，但新設施可以使設備生產(chǎn)更接近護理點，減少等待時間和運輸。該新網(wǎng)站預計于2020年開業(yè)，將由意大利公司運營，為美國各地的醫(yī)院提供定制植入物，同時開發(fā)新的醫(yī)療產(chǎn)品。

生物打印

生物打印的圣杯是3D打印患者特異性移植器官的能力，從而消除了等待名單和捐獻者的需要，更重要的是，對器官排斥的恐懼。我們距離實現(xiàn)這一現(xiàn)實還有幾年的時間（根據(jù)Gartner，2017年5到10年），但基礎技術仍在不斷發(fā)展。

例如，現(xiàn)在3D打印簡單組織層正變得司空見慣。多家公司開發(fā)了與研究應用相關的產(chǎn)品。這包括Poietis，它已經(jīng)創(chuàng)建了一種基于激光的3D打印生物物質方法，如皮膚細胞。該公司已建立了幾個與3D打印肝組織相關的合作伙伴關系，用于藥物測試和軟骨。在2018年初，Poietis成為第一個發(fā)布商業(yè)3D打印皮膚產(chǎn)品的公司，該公司與巴斯夫和歐萊雅合作。

該領域的另一位領導者是CELLINK，自幾年前成立以來迅速擴展。該公司目前市場上有六種生物打印機，四種基于擠出技術，以及30至35種生物粉碎機。最初，大多數(shù)客戶都是希望在人體組織上測試藥物的藥物研究人員。

今年，我們已經(jīng)看到了第一個依賴生物打印的消費產(chǎn)品的推出。在CES，強生公司（展示了露得清MaskiD中，3D印刷面罩基礎上產(chǎn)生一個顧客的面部的3D圖像。使用智能手機3D相機拍攝的自拍照，露得清Skin 360系統(tǒng)根據(jù)人的面部確定皮膚病治療所需成分的位置。定制的水凝膠面膜由纖維素3D打印而成，使用刺槐豆和紅海藻以及露得清護膚成分制成，并交付給客戶。生物打印的組織血管結構，從而開辟了移植制造特定病人的器官的可能性。

手術工具

雖然醫(yī)學干預可能是醫(yī)學中3D打印時首先想到的應用，但該技術也被認為有助于醫(yī)療工具的發(fā)展。一家德國醫(yī)療公司Endocon開發(fā)了一種3D打印設備，可以更輕松，可靠，快速地提取臀杯。

endoCupcut使用GE Additive的Mlab cyr 100R系統(tǒng)打印刀片。刀片能夠沿著髖臼杯的邊緣切片，以便外科醫(yī)生可以在植入新的臀部杯之前松開并移除臀部杯。根據(jù)患者的不同，外科醫(yī)生可以選擇15種尺寸的刀片。3D打印的使用加快了生產(chǎn)時間，使用鑄造刀片將廢品率降低了30％，使用3D打印不銹鋼降低了3％，每片刀片的成本降低了40％至45％。

在美國，強生公司通過引入個性化技術，進一步采用3D打印手術工具。通過患者特定的手術導板，醫(yī)生不再需要使用一系列不同的工具尺寸到達手術室。相反，他們可以使用患者的CT掃描來生成解剖特異性工具，從而縮短手術時間并提高療效。

3D打印醫(yī)學的未來

除生物打印器官外，全球正在研究新的醫(yī)療技術。一些更獨特的開發(fā)項目包括多倫多大學的一組研究人員，他們創(chuàng)造了一種便攜式皮膚印刷設備，能夠將生物芯片打印到傷口中，以幫助治愈過程。墨水通常由基于蛋白質的材料制成，例如膠原蛋白和纖維蛋白。打印只需兩分鐘，幾乎不需要操作員培訓。未來的研究包括解決更大的傷口和進行體內研究。

同樣令人興奮的是明尼蘇達大學目前正在開展的工作。以邁克爾·麥卡爾平（Michael McAlpine）為首的團隊已經(jīng)以3D仿真耳機而聞名，他創(chuàng)造了一款3D打印人工眼鏡。該產(chǎn)品由一個半球形玻璃圓頂組成，其上印有銀顆粒，然后是光電二極管。

這個過程只用了一個小時就形成了一個仿生眼，能夠以25％的效率將光轉換成電信號。接下來，該團隊旨在提高光接收器的質量，并使用柔軟的可植入材料作為基板。

科幻小說領域的不足之處在于為手術準備以及教育目的生產(chǎn)患者特定的醫(yī)學模型。作為該技術最不復雜的應用之一，3D打印模型越來越多地用于幫助外科醫(yī)生在開始復雜手術之前導航患者的解剖結構。

雖然技術本身并不具有未來感，但3D打印醫(yī)療模型的廣泛采用。3D打印領導者，如Stratasys，Materialise和3D系統(tǒng)都參與提高技術的可訪問性。與此同時，越來越多的醫(yī)院正在采用3D打印進行模型創(chuàng)建。例如，退伍軍人事務部Puget Sound醫(yī)療保健系統(tǒng)與GE Healthcare合作，在美國各地的VA地點3D打印患者特定的醫(yī)療模型。即使采用率增加，也正在進行研究以證明該技術在術前準備方面的功效。

目前，醫(yī)療3D打印似乎或多或少跟蹤Gartner的曲線。助聽器長期以來一直是大規(guī)模制造3D打印的典范，現(xiàn)在看來其他應用也不甘落后。