3D 打印醫療植入物：發(fā)現一些最具創(chuàng )新性的項目

到2025 年，3D打印醫療植入物領(lǐng)域的增材制造預計將達到2.7 億美元。之前，我們向您展示了一系列市場(chǎng)上最具創(chuàng )新性的3D 打印矯形器。3D打印可以定制醫療植入物，以滿(mǎn)足每個(gè)患者的特定需求。使用 3D 打印創(chuàng )建的解決方案在設計、制造時(shí)間、相關(guān)成本以及患者舒適度和植入體驗方面經(jīng)常優(yōu)于傳統植入方法。今天，我們來(lái)看看 3D 打印的植入物——通常在很長(cháng)一段時(shí)間內用于修復器官、治療疾病或補充功能。今天的 3D 打印植入物由鈦制成，鈦是醫療部門(mén)因其生物相容性而備受推崇的金屬。身體通常很好地接受這種材料，這是植入植入物的關(guān)鍵組成部分。您將在下面找到一些 3D 打印植入物的示例 - 此列表并不詳盡，因此請隨時(shí)在文章底部分享您的評論！

3D 打印醫療植入物：發(fā)現一些最具創(chuàng )新性的項目

當然，植入物不僅僅包括骨骼，盡管它們更容易制造，因此在市場(chǎng)上的產(chǎn)量更高。最近，我們還看到了最初由有機組織制成的部件的植入物示例。例如，這個(gè)仿生心臟瓣膜假體的案例，這是使用硅膠 AM 制成的。這些人造 3D 打印心臟瓣膜由蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和南非公司 Strait Access Technologies 的一組研究人員合作創(chuàng )建，旨在替代老齡化人口中的瓣膜。研究人員決定用硅膠制造閥門(mén)，因為它與人體相容。此外，通過(guò)使用 3D 打印，他們將能夠制造出與患者更完美匹配的瓣膜。應該指出的是，雖然最初的結果很有希望，但他們估計這些 3D 打印的心臟瓣膜真正上市還需要 10 年的時(shí)間。

 

超越骨骼的 3D 打印的另一個(gè)應用是視網(wǎng)膜。在這種情況下，一位澳大利亞工程師開(kāi)發(fā)了一種由碳制成的 3D 打印人造視網(wǎng)膜，以幫助人們再次看到。悉尼大學(xué)的 Matthew Griffith 博士在意識到本質(zhì)上，就像計算機一樣，身體只是一種碳基半導體時(shí)取得了突破。有了這些知識，他確定他可以通過(guò)創(chuàng )造一種碳（因此完全生物兼容）設備來(lái)復制眼睛，該設備吸收光然后產(chǎn)生電荷，就像眼睛一樣。此外，得益于 3D 打印的低成本制造，他完全有可能自己設計這種人造視網(wǎng)膜。雖然該設備實(shí)際上還沒(méi)有完成，甚至要到未來(lái)三到五年才會(huì )進(jìn)入臨床研究，

 

據統計，每年有近100萬(wàn)人接受膝關(guān)節和髖關(guān)節手術(shù)，是最常見(jiàn)的置換手術(shù)之一。然而，許多這些替代品都失敗了，令人驚訝的是，盡管如此，在過(guò)去 50 年左右的時(shí)間里，聯(lián)合重建技術(shù)并沒(méi)有發(fā)生重大變化。美國公司 Monogram Orthopedics 致力于改變這種狀況。他們目前正在開(kāi)發(fā)一種結合 3D 打印和機器人技術(shù)的產(chǎn)品解決方案，以實(shí)現骨科植入物的大規模個(gè)性化。據該公司稱(chēng)，這些植入物的設計目的是最大限度地接觸皮質(zhì)和穩定性，并設計出盡可能接近患者原始解剖結構的部件（得益于 CT 掃描，這將允許原始骨骼結構的 3D 表示和 3D 打印盡可能使用鈦合金），使植入物的痛苦更小，失敗的可能性更小。雖然他們還沒(méi)有將該產(chǎn)品商業(yè)化，但他們已經(jīng)取得了許多成就，包括籌集了 1670 萬(wàn)美元，并且已經(jīng)在 2021 年 3 月完成了他們的第一個(gè)全膝關(guān)節置換術(shù)（TKA）手術(shù)。

 

AB Dental 使用選擇性激光燒結(SLS) 來(lái)創(chuàng )建定制的種植體系統，并在口腔頜面領(lǐng)域創(chuàng )新了技術(shù)和應用。與傳統方法相比，該公司的系統允許醫生更精確地計劃牙齒和面部修復治療。該公司為患者提供多種修復性 3D 打印植入物，包括竇頂增強、眼眶骨修復和用于再吸收頜骨的骨膜下植入物。

 

Particle3D以“We Print Bone”為商標，于 2014 年由兩名醫學(xué)工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生和他們的教授推出，旨在開(kāi)發(fā)一種新的解決方案來(lái)替代被破壞或手術(shù)切除的骨骼。今天，Particle3D 正在進(jìn)一步開(kāi)發(fā)基于患者自己的 CT/MRI 掃描的患者特定骨植入物，從而產(chǎn)生 3D 打印的植入物，提供獨特的類(lèi)似骨骼的內部結構，包含微孔和大孔——就像真正的骨骼一樣。

 

NanoHive Medical 是 3D 打印脊柱椎間融合植入物的先驅。該公司使用其專(zhuān)有的仿生軟鈦晶格技術(shù)，為外科醫生及其患者提供生物力學(xué)彈性模量特性、精確的診斷成像以及成骨細胞吸引和整合——所有這些都可以減少患者的僵硬或不適感，相比之下更快的植入物穩定性到現有的PEEK植入方法。

3D 打印醫療植入物：發(fā)現一些最具創(chuàng )新性的項目

美國公司 Nexxt Spine 多年來(lái)一直專(zhuān)注于制造脊柱疾病植入物。借助 Nexxt Matrixx，該公司實(shí)現了另一項創(chuàng )新：3D 打印鈦植入物旨在支持成骨、改善表面形貌并促進(jìn)血管生成因子的產(chǎn)生。命名似乎受到植入物 75% 多孔網(wǎng)格的啟發(fā)，該網(wǎng)格促進(jìn)骨整合和放射學(xué)可視化。該公司在制造植入物時(shí)使用 GE Additive 的設備，因此依靠 DMLM 工藝來(lái)制造鈦零件。Nexxt Spine 的創(chuàng )始人 Andy Elsbury 表示，患者和診所尤其受益于鈦植入物的強度和生物相容性。

 

眼眶是眼睛所在的骨腔，每個(gè)骨腔的形狀因人而異。因此，眼眶周?chē)氖中g(shù)程序復雜且通常很長(cháng)，尤其是在植入物方面：醫生必須確保眼眶的位置及其正確插入。在香港理工大學(xué)工業(yè)中心，一個(gè)團隊 3D 打印模型來(lái)促進(jìn)這些操作。該團隊從掃描儀和患者的 X 射線(xiàn)開(kāi)始創(chuàng )建 CAD 模型。然后，她在 Stratasys 機器上用生物相容性熱塑性塑料打印模具的上部和下部，然后將一塊鈦壓入模具中以獲得植入物的形狀。這本身不是 3D 打印的植入物，但我們想向您展示這個(gè)應用案例，它可以顯著(zhù)減少操作時(shí)間。

 

2019 年 2 月，我們向您通報了醫學(xué)界的重大突破：3D 打印機制造商 IEMAI 3D 和昆明大學(xué)醫院成功植入了使用 PEEK（一種高耐受性和生物相容性高性能熱塑性塑料）3D 打印的鎖骨。接受這種 3D 打印植入物的患者患有癌癥，不得不接受化療，無(wú)法接受金屬植入物。有問(wèn)題的設備是量身定制的：增材制造可以更快、更輕松地滿(mǎn)足患者的要求?？磥?lái)PEEK被后者的身體很好的接受了。植入物是在 IEMAI 3D MAGIC-HT-M 機器上打印的。

 

錘子、砧子和馬鐙是位于我們耳朵中的三塊骨頭，是人體中最小的骨頭，因為它們在出生后不會(huì )生長(cháng)。因此，它們的形狀、大小和位置對于耳朵的正常功能非常重要。然而，有時(shí)這些骨頭會(huì )斷裂，需要更換。這就是在南非發(fā)生的事情，一名患者在車(chē)禍后植入了 3D 打印的鈦骨。在對他的中耳進(jìn)行 3D 掃描后，手術(shù)背后的外科醫生團隊能夠對定制的植入物進(jìn)行建模，然后將其打印在粉末床激光融合機上。在這種情況下，鈦因其生物相容性和強度而受到青睞。

 

小骨是人體最小的骨骼之一。圖片顯示的是一個(gè)真正的小骨，而不是植入物。

 

Anelia Myburgh 是一位來(lái)自墨爾本的澳大利亞女性，她通過(guò)增材制造技術(shù)改善了生活質(zhì)量。由于她的下頜和牙齒上長(cháng)有惡性腫瘤，醫生被迫將其切除，導致該女子面部毀容，下頜骨丟失 80% 以上。de Myburgh 的案例促使頜面外科醫生 George Dimitroulis 探索了增材制造用于創(chuàng )建定制模型的可能性。因此，他創(chuàng )造了一種具有鈦框架的頜骨植入物，能夠結合骨移植物。經(jīng)過(guò)5個(gè)多小時(shí)的手術(shù)和幾個(gè)月的恢復，我們可以肯定手術(shù)是完全成功的，這項技術(shù)的進(jìn)步給了Anelia生活中的安全感和信心。

3D 打印醫療植入物：發(fā)現一些最具創(chuàng )新性的項目

由于乳腺癌，71 歲的威爾士人 Peter Maggs 接受了 8 小時(shí)的手術(shù)切除腫瘤。在手術(shù)過(guò)程中，他的三根肋骨和部分胸骨被切除了，所以醫生們尋找一種方法來(lái)替換缺失的部分。為此，他們轉向金屬增材制造，特別是雷尼紹解決方案，以創(chuàng )建高品質(zhì)、生物相容的肋骨模型。心胸外科醫生 Ira Goldsmith 解釋說(shuō)，使用 3D 打印假肢的主要好處之一是它可以完全為患者量身定制。他證明了這一點(diǎn)，為 Maggs 提供了快速高效的解決方案。

 

2018 年，在保加利亞，Ivaylo Josifov 因扁桃體炎來(lái)到醫院，并帶著(zhù)一根新的 3D 打印肋骨離開(kāi)。全國首創(chuàng )。醫生發(fā)現他的肋骨有畸形，壓在肺部，促使他立即進(jìn)行手術(shù)。為了治愈它，與波蘭 3D 打印機制造商 3DGence 合作，醫生們決定使用增材制造。為此，他們首先對患者骨骼進(jìn)行了 3D 掃描，然后用柔性聚酰胺 3D 打印出來(lái)。由于手術(shù)以及3D打印玩家和醫生之間的合作，Ivaylo Josifov現在身體健康。

 

Tiffany Cullern 是一位來(lái)自英國的年輕女性，她在 20 歲時(shí)遭受了腦瘤的命運。這是一種幼年骨化纖維瘤，一種良性腫瘤，必須迅速切除，以免損傷年輕女性的大腦。因此，醫生決定讓蒂芙尼接受 6 小時(shí)的手術(shù)切除腫瘤。雖然手術(shù)很順利，但兩天后女孩沒(méi)有反應：她的大腦腫了。因此，為了減輕壓力，醫生不得不切除部分頭骨，而這位英國婦女在手術(shù)后的前三周內不得不減少 12.7 厘米的頭骨。然后她被植入了一個(gè)由鈦、塑料和鈣制成的 3D 打印植入物，此后取代了頭骨的缺失部分。

 

在人類(lèi)和狗中，一小層軟骨可以保護關(guān)節表面，并使骨骼能夠正?；瑒?dòng)。不幸的是，隨著(zhù)時(shí)間的推移，這種軟骨會(huì )分解，導致骨關(guān)節炎，從而導致關(guān)節疼痛。為了克服這個(gè)問(wèn)題，北卡羅來(lái)納州立大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種基于紡織品的植入物，其中含有來(lái)自患者干細胞的軟骨。部分是 3D 打印的，這種類(lèi)型的植入物已經(jīng)在一組有髖關(guān)節問(wèn)題的狗身上成功進(jìn)行了測試。這一組被分成兩部分，一部分接受了植入物，另一部分沒(méi)有?？梢韵胂?，接受植入物的狗在手術(shù)后 4 個(gè)月恢復了全部潛力。