隨著3D打印技術的發(fā)展和精準化、個性化醫(yī)療需求的增長，3D打印技術在醫(yī)療行業(yè)應用的廣度和深度方面都得到了顯著發(fā)展，同時成為醫(yī)療行業(yè)關注的熱點話題。通過30張PPT與參會的醫(yī)療器械廠商和醫(yī)生朋友分享了3D打印在醫(yī)療行業(yè)中的應用和發(fā)展趨勢。今天，將這些PPT 分享給網友們。
理解3D打印的價值
3D打印技術與傳統技術相比，最大的優(yōu)勢在于對產品的復雜性不敏感。從圖表中可以看出兩個信息，首先是綠色曲線代表的傳統制造技術，其制造成本將隨著產品復雜性的增加而急劇增加，而藍色直線所代表的3D打印技術，其制造成本幾乎是不變的。另一點是兩種技術之間有一個復雜性平衡點，當產品復雜性在平衡點的左邊時，也就是在制造一些復雜性小的標準產品時，使用傳統制造技術的成本低于3D打印技術，而當產品復雜性在平衡點的右邊時，也就是在制造一些復雜性高的自由造型產品的時候，3D打印技術的成本明顯低于傳統制造技術。
可以利用3D打印技術探索一些突破固有設計思維的產品。
提到3D打印的效益，人們最直接關注的往往是節(jié)約材料、縮短交期等生產效益。但是3D打印所帶來的綜合效益容易被忽視。比如，3D打印骨科植入物的綜合效益是制造出表面的多孔結構，并且有效控制孔隙率和孔徑，這樣的結構有利于骨長入，讓病人得到更好的康復。
個性化定制的價值體現在制造和應用兩個方面。在制造方面，如果通過模具制造產品，制造的產品量越多，單件產品均攤的模具制造成本越低，簡單說就是量越大單件產品的價格越低。而3D打印技術是一種不需要模具的制造技術，在制造單件或少量產品的時候更具有優(yōu)勢。
左邊的ACL 手術定位器，它的槽型是根據人體結構設計優(yōu)化的，和解剖結構一樣的充滿復雜曲線；右邊圖片中的這個脊柱植入物，經過拓撲優(yōu)化結構也很復雜并且表面充滿多孔結構。以上兩類復雜的產品只適合使用3D打印技術進行制造。
這是意大利的一家公司設計的脊柱籠產品，包括螺桿和齒輪等幾個部分，設計師將它設計成為一個整體的零件，并通過Concept Laser公司的SLM 技術一次性3D打印出來，避免了使用傳統技術時需要拆分制造，然后再裝配組裝的過程，并且有助于力高產品的精度和性能。
主要應用
主要應用案例
最早的時候只有骨科在應用，而現在越來越多的學科都在借助醫(yī)療模型進行復雜手術的預規(guī)劃。醫(yī)療模型它的意義是非常形象的將病情呈現給醫(yī)生，方便做手術規(guī)劃以及與患者溝通。除此之外，這些三維數據和手術規(guī)劃方案也可以作為解決醫(yī)療糾紛時所需要追溯的依據。
骨科臨床醫(yī)生對不同材料的3D打印導板進行了實驗和比較，各有優(yōu)勢。
假肢和仿生手是康復器械的一個種類，通過3D打印的一個明顯的優(yōu)勢是降低制造成本，降低佩戴者的經濟負擔。通過3D打印技術來接受個性化定制，添加一些喜歡的元素，這些能讓佩戴者情感融入進來，有助于克服心理障礙。
3D打印的植入物可以分為標準品和定制化的植入物，也可以分為不可降解的植入物和可降解的植入物。左圖中的植入物是Arcam 公司EBM 技術3D打印的標準化的髖臼杯植入物，左邊第二個是西安鉑力特根據醫(yī)生要求定制的胸骨植入物，使用的材料都是鈦合金，在植入體內之后就留在體內了。右圖中，Lithoz 3D打印的生物陶瓷植入物和最右邊的鈣磷粉材料的植入物，將在植入體內之后促進骨骼的生長，并逐漸在體內降解。
3D打印技術在個性化劑量的藥物、改變藥物釋放曲線等方面具有優(yōu)勢。3D打印藥品的技術通過層層鋪粉，并讓藥粉粘合劑沉積到指定的區(qū)域，所以可以更好的控制藥物的結構。這里分享的例子是首個上市的3D打印藥品，用于治療癲癇癥。它可以速溶于少量的水，迅速釋放出高劑量的藥物。
生物3D打印的理想目標是打印出可移植的復雜人體器官。目前科學家們正在向這個目標努力。其中包括，比較接近臨床應用的是通過軟骨細胞3D打印的耳朵軟骨；實驗階段的3D打印血管；用于科研的生物腦組織，還有用于藥物測試的人工組織或器官等。
在制造金屬植入物以外的其他醫(yī)療設備的過程中，3D打印主要作用是進行新產品快速原型，從而快速驗證設計，以及快速制造注塑模具，然后通過模具制造出產品。
3D打印在口腔科的應用種類比較多，從牙科模型到手術導板，從種植牙、牙冠到矯正器等應用中都有3D打印技術的用武之地。以3D打印種植牙為例，金屬的牙冠可以通過SLM 金屬3D打印技術實現批量定制化的生產，在一次打印中可打印多組不同的牙冠，然后進行烤瓷等后處理，即可交付給客戶使用。隨著材料技術的發(fā)展，目前已經可以出現可制造永久牙冠的特殊光敏樹脂材料，通過DLP 或SLA 技術可直接打印出牙冠。
3D科學谷認為，3D打印技術帶給牙科行業(yè)的意義在于可以實現批量定制化生產，以及融入到數字化口腔技術中來，為口腔行業(yè)帶來精準、高效的解決方案。
發(fā)展趨勢
3D打印在醫(yī)療行業(yè)中的最初是用來制造醫(yī)療模型和植入物不具有生命的醫(yī)療器械，隨著技術的發(fā)展，3D打印技術與生命科學的結合成為必然的趨勢，從打印簡單的人體組織直到打印出復雜的人體器官。納米級的3D打印技術也將應用在醫(yī)療行業(yè)。
Nanoscribe的雙光子聚合3D打印技術用于打印納米級的三維支架，在進行三維器官培養(yǎng)的時，這些極為精密的支架作用是控制細胞的形狀。打印復雜的骨小梁結構也是該技術的一個應用方向。
未來，不僅僅是牙科產品，越來越多的定制化的醫(yī)療產品會放棄手工制作方式，擁抱數字化技術。例如足踝矯正器，在使用數字化技術之后，交期由2-4周最短可以減少到1天。同時由于數字化建模技術、仿真技術和3D打印的界入，產品將更加舒適、安全。
從最上方的張矯正鞋墊供應鏈圖中，我們可以看到用傳統的制造方式，由于需要依賴手工制造，所以不僅制造的流程繁瑣，而且佩戴者需要多次前往醫(yī)院進行調整試戴，整個供應鏈很長。但是在結合了數字化技術和3D打印之后，供應鏈的明顯的縮短了。例如，美國iMCustom公司推出的矯正鞋墊定制商業(yè)模式，用戶可以通過放在商店中的足底掃描儀將數據提交給iMCustom, 這些數據將通過軟件進行建模，然后發(fā)回給商店中的3D打印機，3D打印機使用柔性線材進行矯正鞋墊的3D打印，理想情況下用戶當天可以拿到鞋墊。
在增材制造技術的標準化工作中，3D打印的材料、工藝、設備都將逐漸規(guī)范，這對3D打印醫(yī)療器械，尤其是植入物的性能和安全性是一個保障。
相比傳統制造技術3D打印在生產小批量產品時才具有成本優(yōu)勢，但是隨著材料成本的下降和打印技術的提升，3D打印將在生產更大批量產品的時候保持這種優(yōu)勢。
新材料的出現將為醫(yī)療行業(yè)帶來更多的3D打印解決方案，顛覆人們對產品的設計和開發(fā)能力。
產業(yè)化方向
3D打印設備、材料、軟件等在醫(yī)療行業(yè)的市場規(guī)模如下：
隱形矯正器是典型的數字化口腔技術應用，設計師通過軟件模擬每個矯正階段牙齒的形態(tài)，并生成一些列的牙齒三維模型。在制造隱形矯正器時，首先通過3D打印機打印出和牙科模型，然后通過熱塑成形制造出全套矯正器?；颊咄ㄟ^定期更換佩戴不同的矯正器達到牙齒矯正的目的。從市場潛力方面來看，一方面整個牙科設備、產品和服務的市場總規(guī)模在2020年將達到4000億元。隱形矯正器的使用比例目前中國只有2%，而歐美國家是25%左右，這個應用存在增長潛力。
助聽器外殼的生產已實現數字化和3D打印批量定制化生產。助聽器的生產被瑞達聲、西門子等少數大品牌所壟斷。但是由于人口老齡化、后天性失聰等因素，全球助聽器的消耗量增加，預計到2018年市場規(guī)模達113億美元。該行業(yè)對3D打印機和打印材料的需求也將隨之增長。
國內首先通過CFDA 批準進入市場的是3D打印髖臼杯，這是一種標準植入物。其優(yōu)勢在于通過3D打印才能夠制造出來的表面多孔結構，該結構有利于骨長入。相比通過涂層來實現的多孔結構，3D打印技術可以控制孔隙率和孔徑，并且不會像涂層一樣有脫落的風險。
進入到3D打印骨科植入物領域的制造商，在骨科產品領域經營多年，不論是產品的研發(fā)能力，還是申請食品藥品監(jiān)督部門的審批，他們的經驗都非常豐富。
生物3D打印目前已經出現的商業(yè)化價值在于藥物研發(fā)領域。目前制藥行業(yè)開發(fā)一新藥品的平均研發(fā)成本高達12億美元，平均周期長達12年。隨著新藥品復雜程度的增加，研發(fā)成本和研發(fā)周期還會增加。制藥行業(yè)需要高效的藥物篩選解決方案來降低研發(fā)成本、加速研發(fā)周期以及降低藥物研發(fā)的風險。而生物3D打印的人體組織相比二維細胞學實驗更加接近人體真實情況，所以在用于藥物篩選的時候能夠提高篩選效率、提供更可靠的藥物測試結果，在藥物研發(fā)領域有應用前景。
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