現(xiàn)如今，3D打印在各個行業(yè)的不斷深入應用，其中3D打印技術(shù)推廣最為迅速的要屬醫(yī)學生物領(lǐng)域，而脊椎植入物、關(guān)節(jié)植入物和創(chuàng)傷類植入物是骨科植入物中最主要的三個類別，在全球市場中脊椎植入物的市場規(guī)模僅次于關(guān)節(jié)植入物。接下來我們就一起來看國內(nèi)3D打印脊椎植入物研發(fā)。
通常脊椎重建手術(shù)中使用的人工椎體植入物依賴于工廠的批量生產(chǎn)，不僅在制造的時間性和地點上具有局限性，并且由于制造的是標準化產(chǎn)品，在使用時還會增加手術(shù)的難度和風險，于是醫(yī)療行業(yè)開始對個性化脊柱植入物設計與制造方式進行研究與探索。以選擇性激光熔化和電子束熔融技術(shù)為代表的金屬3D打印技術(shù)，做為一種無需模具的數(shù)字化制造技術(shù)，憑借其在小批量定制化產(chǎn)品制造方面的優(yōu)勢，以及可實現(xiàn)植入物中仿生孔隙結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，逐漸走進了脊椎植入物的制造領(lǐng)域。
國際上，在美國FDA近年來批準上市的3D打印植入物中脊椎植入物占有很大比例，例如，2016年陸續(xù)獲得FDA審批的Tesera SC3D打印多孔鈦頸椎椎間融合器，4WEB的3D打印脊柱植入物，以及K2M公司兩款3D打印脊椎植入物。在國內(nèi)，北京大學第三醫(yī)院骨科和北京愛康宜誠合作研發(fā)的金屬3D打印人工椎體已獲得中國CFDA的批準，這為3D打印脊椎植入物在國內(nèi)獲得市場準入打開了良好的局面。利好的開始已經(jīng)有了，今后會不會有更多的3D打印脊椎植入物進入到市場中呢？小編在國內(nèi)醫(yī)療機構(gòu)所申請的3D打印脊椎植入物專利中了解到，國內(nèi)已有多家醫(yī)療機構(gòu)開展了對3D打印脊椎植入物設計和制造的研究，本期，小編參考深圳市第二人民醫(yī)院已獲得授權(quán)的個體化脊椎植入物專利，與谷友共同領(lǐng)略國內(nèi)在這一領(lǐng)域的研究成果。
優(yōu)勢在于個性化及仿生孔隙結(jié)構(gòu)
長期以來人工椎體、鈦網(wǎng)、自體骨、異體骨、骨水泥聯(lián)合前路鋼板和（或）后路椎弓根系統(tǒng)是脊柱重建的主要方式。但由于缺乏符合患者個性化的人工椎體，外科醫(yī)生需要在術(shù)中對病變節(jié)段進行測量從而設計出符合患者個體化的替代椎，這種方式無疑增加了手術(shù)的難度和風險。
圖片：北京大學第三醫(yī)院
醫(yī)療界對有助于外科醫(yī)生快速、安全、準確的進行脊椎重建手術(shù)的個體化脊椎植入物的需求越來越迫切，通過醫(yī)學影像和計算機輔助設計等數(shù)字化手段進行個性化設計，并通過金屬3D打印技術(shù)直接制造的個體化脊椎植入物的優(yōu)勢逐漸為被認可。
深圳市第二人民醫(yī)院從這個需求出發(fā)，利用CT三維重建、計算機輔助設計與制造技術(shù)（CAD/CAM）和3D打印等數(shù)字技術(shù)，在手術(shù)前通過對患者脊柱的三維重建，全面的了解疾病情況，運用計算機輔助技術(shù)輸出信息，選擇適合患者疾病的材料，并利用3D打印技術(shù)快速的打印出符合患者的個性化椎體。
獲取患者的數(shù)據(jù)是首要任務，具體方法是首先使用CT進行斷層掃描，然后對每層圖像進行選擇性編輯和漏洞處理，去除冗余數(shù)據(jù)，以及平滑處理，接下來使用3D設計軟件設計出包含病椎鄰近解剖結(jié)構(gòu)的個體性化脊椎植入物三維模型,完成之后輸出可用于3D打印的.STL格式文件。制備植入物的3D打印技術(shù)為選擇性激光熔化技術(shù)，打印材料為彈性模量低、強度高、生物相容性好的鈦合金粉末材料。
用上述方式設計和制造的脊椎植入物除了具有高度定制化的優(yōu)點，還有一個優(yōu)勢是打印機將椎體塑形成多孔“蜂窩狀” 的結(jié)構(gòu)，這些蜂窩狀的孔隙是一種人體骨骼的仿生結(jié)構(gòu)，孔隙的大小是可控的，深圳第二人民醫(yī)院在設計和打印時將其大小控制在100um。這樣的仿生孔隙結(jié)構(gòu)可以保證細胞在椎體內(nèi)自由生長，促進植骨融合，它們還可以作為一個載體，在它們的內(nèi)部放置骨形態(tài)發(fā)生蛋白，可以用來誘導骨細胞增殖分化，促進骨細胞生長則有利于患者的恢復。
對于3D打印植入物感興趣的谷友可以關(guān)注2017中國國際骨科內(nèi)植物與生物材料大會暨展覽會和2017中國國際骨科技術(shù)與成果展，全面了解植入物行業(yè)的最新進展，植入物材料、制造技術(shù)和應用等產(chǎn)業(yè)上下游信息，從而對3D打印植入物市場有進一步的理解。