TOP：10种最具创新性的3D打印医疗植入体
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在过去的几年中，医疗行业经历了3D打印应用的热潮，国外机构因此展示了世界范围内上最具创新性的3D打印植入物。从金属到非金属，从颅骨到髋关节，这些个性化的植入体满足了每个患者的特定需求。与使用传统方法相比，3D打印解决方案在设计、制造时间和相关成本方面都更为合适。本期，3D打印技术参考对这些创新应用逐一介绍。
▌首款采用PEEK的3D打印锁骨植入物
2018年7月，昆明医科大学第一附属医院胸外科施云飞主任团队使用一迈高温3D打印机，实施了一例3D打印锁骨置换手术。由于该患者必须接受化疗，无法进行金属植入，医疗团队最终决定使用FDM 3D打印技术，并使用目前可用的最具抵抗力的塑料材料PEEK来制造植入物。手术后，医生发现患者的身体相比金属植入物能够更快的痊愈。该案例是世界上首次运用3D打印PEEK假体替换锁骨。
▌3D打印一体式胸骨和肋骨植入体
2018年，英国一位患有胸部肿瘤的病人在接受手术时不得不被切除部分胸骨和三根肋骨。如果不植入假体，患者将无法生存。医院通过对患者胸部进行CT扫描设计了植入假体，并由雷尼绍承担制作任务。具有网格结构的钛合金不仅减轻了假体重量而且有利于创伤的快速愈合，良好的生物相容性也避免了严重的排异反应。该案例是首个在英国制造并植入患者体内的胸腔假体。
▌为发育期儿童3D打印的下颌植入物
2018年4月，山东大学第二医院口腔颌面外科副主任来庆国为一名10岁儿童进行了3D打印钛合金“下颌骨”植入手术，经复查确认没有并发症，手术宣告成功。这是国际上首例低龄儿童下颌骨缺损3D修复重建手术。
该患者下颌骨植入体
据悉，该名儿童患有罕见的下颌骨肿瘤，伴随着肿瘤切除，下颌骨出现了大面积缺损。由于患者年龄小，无法使用自体骨移植，且患者处于快速生长期，植入体的设计特殊且复杂。医疗团队因此进行了详细的数据采集、测量及电脑设计，期间充分考虑儿童未来骨骼发育情况，最终完成钛合金“下颌骨”假体的3D打印。
▌3D打印人工中耳听小骨，使失聪者恢复听力
2019年5月，被视为全南非最顶尖的耳鼻喉科医师齐夫拉罗和他的团队成功运用3D打印技术，为病人量身打造了结构完全一致的人工中耳听小骨，包括锤骨、砧骨、镫骨，并进行了移植手术。这项医疗创新成为全世界第一个为失聪者带来恢复听力希望的案例，3D打印医疗运用再创新纪录。
听小骨是人体中最小的骨头之一，图片显示的是真正的听骨而不是植入物
▌3D打印重建上颌骨，拯救毁容
澳大利亚病人Anelia Myburgh由于罹患颌骨癌，最终被切除80%的上颌，仅留下两颗牙齿、部分嘴唇和鼻子的下半部分，患者虽得以治愈但因此毁容。2018年4月，Myburgh接受了世界首例3D打印上颌骨重建手术。医生通过定制的3D打印颌骨重建技术，采用钛合金框架承载移植骨，从而得以植入牙齿；并从患者手臂上取下一些皮肤用来制作嘴唇。患者最终恢复容貌，整个手术，仅花费3000澳币。
▌钛合金多孔胸骨植入物
2019年5月，澳大利亚一位癌症患者在接受手术时不得不面临胸骨和部分周围组织的切除。这些操作近乎截肢，外科医生必须采用渐进的方式来取代患者的胸骨区域。悉尼皇家北岸医院的主治医生在了解到3D打印之后主动寻求采用新技术，最终采用电子束来制造了这枚钛合金胸骨植入物，并成功实施手术。它的主要特点在于形状特别复杂，需要完全的定制化。
▌首款采用柔性聚酰胺的3D打印肋骨植入物
2018年，保加利亚一位病人同样因肿瘤面临一根肋骨的移除，须植入的肋骨需要与原始肋骨具有完全相同的尺寸。经专家会诊，医生决定采用3D打印技术来制作具有相同形状、曲线、宽度和厚度的肋骨植入物。
医疗团队首先对病患的原始肋骨进行了3D扫描和设计，并使用半刚性聚酰胺材料打印。之后，专业人员用环氧乙烷、伽玛辐射和高压灭菌器对其进行了消毒处理，并且在其表面钻上小孔以促进结缔组织快速增殖。最终的植入手术非常成功，患者恢复状况良好。该例是保加利亚完成的首例3D打印肋骨植入物手术。
▌PEKK聚合物3D打印承重假体首次获FDA批准
2015年7月，美国Oxford Performance Materials（OPM）公司宣布，其3D打印的SpineFab VBR系统植入物获得FDA市场准入许可。这是有史以来第一个获得FDA批准植入的聚合物3D打印承重假体。此前脊柱植入物多采用钛合金，具有应力屏蔽效应，而PEKK具有类似骨骼的机械性能，并能够支持骨骼的生长。
▌3D打印重塑大面积颅骨缺失
2017年，英国20岁患者Tiffany Cullern因脑部肿瘤接受手术，术后由于其他原因导致脑部肿大，并对颅骨产生了巨大压力。为了释放压力，医生切除了患者的一大块颅骨（12.7 cm），并最终寻求使用3D打印重建。实际上，患者等待植入物重建的过程长达三个月，这可能也与当时和当地的发展水平有关，在此期间，幸运的是患者创口并没有因此恶化。据悉，Tiffany植入的颅骨修复体由钛合金、高分子材料以及钙化物构成。
▌第一个3D打印的植入物10年之后仍保持良好
与所有现代医疗保健创新一样，3D打印植入物的寿命目前并不可知。包括医生、材料科学家等在内的研究人员无法确定新型植入物是否会随着时间而发生变化。第一个3D打印的植入体要追溯到2007年，意大利外科医生Guido Grappiolo博士将3D打印的钛合金髋关节植入患者体内，在进行了10年的观察之后，这枚植入体仍然显示出良好的状态。
虽然传统的髋关节植入体必须每10-15年更换一次，但3D打印的植入物似乎具有更好的性能，佩戴者的并发症也更少，这就为患者免除了再一次接受手术的痛苦。
END
在笔者有限的认知看来，3D打印植入物涉及的材料从金属到非金属，种类很多，一些此前极少提到的钽、镁合金近些年也在得到临床实践；从性能方面看，3D打印能够制造出加快伤口愈合的结构，促进与人体本身的融合；从手术方面看，3D打印可以在术前就设计和制造完全适应患者本身的植入体，这大大节省了手术时间，从而提高了患者的治愈几率，并能够减少病人的痛苦。
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《Materialise调研报告：中国制造业眼中的3D打印》
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