【报告】3D打印与医疗行业白皮书

医疗器械 来源:3D科学谷
2016
08/24
16:32
3D科学谷 医疗器械

3D打印的设计过程是:先通过计算机辅助设计 (CAD)或计算机动画建模软件建模,再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面,从而指导打印机逐层打印。3D打印与传统的机械加工技术不同,后者通常采用切削或钻孔技术(即减材工艺)实现。 过去增材制造常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型,现正逐渐用于一些产品的直接制造。特别是一些高价值应用(比如髋关节、牙齿或一些飞机零部件)已经有使用这种技术打印而成的零部件,意味着“3D打印”这项技术的普及。

3D打印技术能够为医疗行业提供更完整的个性化解决方案; 生物3D打印技术将促进再生医学领域在人造活体组织与器官的研究。 在个性化解决方案方面,比较典型的应用有3D手术预规划模型、手术导板、3D打印植入物,以及假肢、助听器等康复医疗器械。在再生医学领域,研究人员已经在利用生物3D打印技术培养人造器官方面取得了值得肯定的进展。白皮书将以应用案例的形式来呈现3D打印技术在医疗行业的各种应用。

一、3D打印与手术规划模型

3D打印在肝肿瘤外科诊治中的最新应用。南方医科大学珠江医院肝胆医科及南方医科大学解剖学教研室、广东省医学生物力学重点实验室,将三维可视化、3D打印和3D腹腔镜技术相结合,应用于肝脏肿瘤的外科诊治。

其中,3D打印模型的数据是通过三维可视化软件(MI-3DVS),对导入的二维CT数据进行快速图像分割、配准和三维重建而来。在获得可用于打印的STL 三维图像文件之后,通过3D SystemsSpectrum ZTM 510 3D打印设备打印出1:1的物理3D模型。 3D打印的1:1模型,真实立体的反映了肝肿瘤与脉管的空间关系。通过3D打印肝脏模型,医生

在手术前得以进行手术预规划和手术过程中进行手术指导。在进行腹腔镜肝切除手术时,医生将3D打印模型带入手术室中与手术进行比对,通过调整3D打印模型并置于最佳解剖位置,为手术关键步骤提供直观的导航,最终顺利完成手术,并减少手术时间和并发症。

二、3D打印手术导板

医生在手术预规划阶段,可以进行手术导板的设计。设计过程需要借助软件(如:比利时Materialise公司Magics软件)在手术部位三维模型中做出标记线,通过逆向工程得到可贴附于需要手术的人体组织表面的导板模型,最终通过3D的打印设备将导板打印出来。可用于制作手术导板的3D打印技术很多,例如:FDM、SLA、3DP、SLS、SLM...每种3D打印技术使用的打印材料、加工时间、打印产品强度各不相同。 第四军医大学西京骨科医院骨肿瘤科曾经对FDM、SLA、3DP、SLM(西安铂力特激光立体成形技术) 4种不同3D打印技术和材料制作的3D打印手术导板进行了研究和对比。研究样本包括31例患者。

为方便读者在今后工作中进行参考,我们将以图表形式来重现以上研究结果:


图2-1 4种3D打印技术和材料加工手术导板的对比

(数据来源:《多种3D打印导板在骨肿瘤切除重建手术中的应用》)


图2-2:4种3D打印技术和材料加工手术导板的优缺点

(数据来源:《多种3D打印导板在骨肿瘤切除重建手术中的应用》)

三、3D打印骨科植入物

使用3D打印技术能够制造出更多先进合格的植入物和假体。3D打印技术也让定制化植入物的交货速度得以提升,从设计到制造一个定制化的植入物最快时可以在24小时之内完成。工程师通过医院提供的X射线、核磁共振、CT等医学影像文件,建立三维模型并设计植入物,最终将设计文件通过金属3D打印设备制造出来。

上海交通大学医学院附属第九人民医院戴尅戎院士和郝永强教授领衔的骨肿瘤团队,曾为一位44岁男性患者成功实施了骨盆软骨肉瘤切除后假体重建手术。患者术后3天即能进行康复训练和下地,术后2周已能扶拐行走,术后10月可完成下蹲和驾驶汽车。

作为真正意义上的3D打印骨盆假体重建手术的成功,标志着3D打印技术在骨科临床应用领域取得的又一个突破。自上世纪80年代开始,上海交通大学医学院附属第九人民医院骨科即与上海交通大学王成焘教授合作,应用3D打印技术制作骨盆肿瘤病人的骨盆模型,进行模拟肿瘤切除及个性化假体的设计和试安装。这台与3D打印技术相结合的骨科手术主要具有5个特点:

(1)假体的制作同时利用3D打印进行快速原型模型制造和直接金属打印半骨盆假体;(2)假体的设计同时解决了肿瘤周围肌肉软组织大块切除后的伤口闭合问题;(3)3D打印的假体有多孔表面,有利于残余肌肉的附着点重建;(4)手术中使用了3D打印导板的引导技术;(5)假体上的螺钉孔道是手术前根据3D打印模型设计规划的,具有可靠的导向作用,医生在手术时根据孔道的引导钻入长螺钉,可以成功的避开神经和髋关节间隙,让手术变得更安全、精准。

目前,直接3D打印的内植物还用于骨骼大块缺损病人的个体化充填内植物的制作,并已用于临床。

四、3D打印技术与康复辅具

与3D打印钛合金定制化飞机零部件和超级轿跑个性化零部件一样,假肢、助听器等康复医疗器械同样具有小批量、定制化的需求,并且设计具备复杂性,传统数控机床受到加工角度等因素的限制往往难以实现。

利用3D打印技术制作单个定制化康复辅具的成本会显著下降。以3D打印假肢举例,传统假肢特别是针对儿童,美国的创客团队曾与3D打印公司Stratasys合作,为一位儿童制作假肢,成本仅350美元,而常规的假肢价格高达4万美元。在儿童的成长中需要多次更换假肢,如果购买传统的假肢将会给家庭带来沉重负担。然而,假肢在设计时既要考虑舒适安全性,又需要考虑运动功能,这两种性能之间存在的“刚”与“柔”的矛盾需要解决。在设计前,需要科学的采集佩戴者的扫描数据。

因此,3D打印康复医疗器械的推广需要专业的医疗器械服务商介入,从数据采集、设计、成型以及产品的认证方面进行专业的操作。

美国一个学生团队用3D打印机为一名出生就没有右臂的六岁男孩做了一条手臂。制作完成后,中佛罗里达大学(UCF)的航空航天工程专业博士生ALBERT MANERO带领着他的团队,将义肢送给了这位来自佛罗里达格罗夫兰的小男孩ALEX PRING。小男孩很快就适应了这条手臂。

五、3D打印与口腔科

牙齿修复和治疗的成本是牙科诊所、实验室需要考虑重要因素,很多有先见之明的牙科诊所、实验室已经引入数字化口腔技术,以提升效率、降低成本。近年来,以软件设计为基础的牙科修复变得普及,很多牙科诊所、实验室或专业义齿生产企业都引入了3D打印技术。结合了3D打印的数字化口腔技术为牙科行业带来了精度高、成本低、效率高,以及符合规范化生产链相符的口腔数据。许多牙科诊所或实验室都有利用3D打印机来制造患者牙齿模型。制作模型需要的三维数据可以通过直接扫描口腔来收集(扫描整个口腔大约需要2分钟),或者通过间接扫描传统的物理模型的方式来收集。-17 牙科3D模型可以用作模具并使用传统方法辅助生产牙冠、假牙等。另一种作用与骨科、肿瘤手术3D模型类似,即用来模拟、规划手术过程,或与患者沟通手术过程。

六、生物3D打印

前面提到的使用金属、塑料等非活体组织材料3D打印的定制化假肢、牙科、骨科植入物、助听器外壳等医疗器械都属于“初级阶梯”。而打印血管、软骨组织这类单一的活体组织属于“中级阶梯”。3D打印的人工肝脏、心脏等人工器官则属于“顶级阶梯”。无论是人造血管、软骨组织,还是肝脏组织、肾脏组织,其核心是特定类型细胞的分离(或定向诱导)及大规模扩增。而生物3D打印技术,在人工组织、器官培养过程更多承担了三维形状的构建,即让人体细胞按照预先设计好的形状来生长。因此人造器官、组织的发展更大程度上取决于生物技术的发展。

英国未来学家Christopher Barnatt, 在explainingthefuture.com 网站中公布了可以省实现"顶级阶梯"应用的生物打印机概念图,我们可以通过下图对于未来的目标先睹为快:

七、3D打印与定制化药物

通过调整打印液流速、喷头移动速度、打印液液滴直径、粉末铺层厚度、喷涂次数、喷涂角度、喷涂位置等工艺参数,可以改变药剂中含量、辅料成分和组成,从而改变药物释放速率和释放量,使得具体的生产过程灵活而简单,通过CAD(计算机辅助设计)为单个患者设计制造理想化的治疗方式成为可能。

英国中央兰开夏大学研究人员正在研究一种3D打印药物技术。这种3D打印药物技术在医学领域的应用有其固有的优势。首先,量产的药物制作成本较低。其次,3D打印药物可以更具患者需要定制药物。3D打印药物技术的关键之处在于可3D打印的药物材料。目前,来自药剂与生物医学科学院的Mohamed Albed Alhnan团队开发出一种药物线材。该团队表示目前正在申请相关专利,3D打印药物技术可以根据实际需要打印出药片。根据患者的需要精确的配比药物不同成分的含量。实现真正意义上的个性化医疗。

这是医学领域的一大进步,不仅可以降低部分成本,而且可以实现私人定制。3D打印药物技术在材料上可以解决药物作为3D打印材料的难题,同时可以作为私人药剂师,只要一台基于FDM成型技术的3D打印机,让我们期待3D打印药物技术尽早的获得推广应用。

全文下载

3D打印与医疗行业白皮书.pdf

来源:3D科学谷

为你推荐

恩凯赛药完成数千万元A++轮融资,加速推进NK细胞免疫产品管线资讯

恩凯赛药完成数千万元A++轮融资,加速推进NK细胞免疫产品管线

近期,恩凯赛药(上海恩凯细胞技术有限公司)宣布完成数千万元A++轮融资,本轮融资由三生制药领投,张科禾润、易津资本等跟投。本轮募集的资金将用于加速推进恩凯赛药在研产品管...

2024-11-22 09:22

CDE:细胞治疗产品临床药理学研究技术指导原则(试行)资讯

CDE:细胞治疗产品临床药理学研究技术指导原则(试行)

本指导原则所涵盖的细胞治疗产品是指来源、操作和临床试验过程符合伦理要求,按照药品管理相关法规进行研发和注册申报,用于治疗疾病的人体来源活细胞产品。

2024-11-21 22:11

又一款针对晚期肺癌的创新药获批上市资讯

又一款针对晚期肺癌的创新药获批上市

日前,根据国家药监局官网信息显示,晨泰医药申报的1类创新药盐酸佐利替尼片(商品名:泽瑞尼)获批上市,用于具有表皮生长因子受体(EGFR)19号外显子缺失或外显子21(L858R)...

2024-11-21 16:04

万泰生物九价HPV疫苗男性临床试验申请获批资讯

万泰生物九价HPV疫苗男性临床试验申请获批

近日,万泰生物发布公告称,公司全资子公司厦门万泰沧海生物技术有限公司(下简称:万泰沧海生物)收到国家药品监督管理局下发的《药物临床试验通知书》(通知书编号:2024LP025...

2024-11-21 13:31

百济神州,达成了一项和解资讯

百济神州,达成了一项和解

近日,百济神州美股发布临时公告宣布,其两家子公司BeiGene USA,Inc 和BeiGene Switzerland GmbH(与百济神州有限公司合称“百济神州”)与MSN Pharmaceuticals,Inc 和MSN...

2024-11-21 08:54

山西公布2023 年国谈药品(竞价药品)同通用名药品(第二批)医保支付标准资讯

山西公布2023 年国谈药品(竞价药品)同通用名药品(第二批)医保支付标准

国谈药品(竞价药品)同通用名药品(第二批)医保支付标准。

2024-11-20 20:40

TPP亚太区总裁叶惠琦:以AI赋能医疗,推动“一人一生一份电子病历”理念中国落地资讯

TPP亚太区总裁叶惠琦:以AI赋能医疗,推动“一人一生一份电子病历”理念中国落地

作为英国NHS(英国国家医疗卫生体系)首选的医疗解决方案与服务供应商,TPP凭借其前沿的理念和创新的技术,正加速在中国市场深耕,推动中国医疗服务的信息化、智慧化进程。

文/张蓉蓉 2024-11-20 15:51

将获超4000万美元现金付款,博奥信2款自免资产授权出海资讯

将获超4000万美元现金付款,博奥信2款自免资产授权出海

日前,博奥信生物宣布与Aclaris Therapeutics就BSI-045B和BSI-502达成全球(除大中华区外)独家授权协议。根据协议条款,博奥信将获得超过4000万美元的现金付款,作为首付款以...

2024-11-20 14:19

中国心梗救治日|欧翎先锋赋能基层药师,共筑基层血脂科学管理资讯

中国心梗救治日|欧翎先锋赋能基层药师,共筑基层血脂科学管理

目前,我国血脂异常患病率较高,但知晓率、治疗率与达标率均处于较低水平,居民血脂管理亟待加强。

2024-11-20 13:12

因美纳宣布扩展TruSight Oncology产品线资讯

因美纳宣布扩展TruSight Oncology产品线

最新解决方案将亮相于分子病理学协会年度会议,以实现对肿瘤的全景变异分析。由因美纳客户主导的研究和分享将提供最新的肿瘤分析证据和相关内容。

2024-11-20 10:01

一家中国Biotech企业反向收购了美股上市公司资讯

一家中国Biotech企业反向收购了美股上市公司

在当今的生物科技领域,Biotech公司正积极探索新的生存与发展之道,或选择“卖身”大药企怀抱,或寻求“联姻”以壮大自身。而在这股潮流中,睿跃生物(Cullgen)却独辟蹊径,通...

2024-11-20 09:21

共创共享眼科智慧!首届泛大湾区眼科学术会议(PGBO·2024)圆满落幕资讯

共创共享眼科智慧!首届泛大湾区眼科学术会议(PGBO·2024)圆满落幕

11 月 15 日至 17 日,由爱尔眼科医院集团、广东省医疗行业协会主办,东莞市医学会眼科分会、暨南大学附属东莞爱尔眼科医院承办的“首届泛大湾区眼科学术会议(PGBO·2024...

2024-11-20 09:16

让急救更便捷,晖致在研新药亮相长城会,期待助力心梗救治资讯

让急救更便捷,晖致在研新药亮相长城会,期待助力心梗救治

11月7—10日,第35届长城心脏病学大会(GW-ICC 2024)暨亚洲心脏大会(ASH 2024)在北京召开。作为全球领先的医疗健康公司企业之一,晖致携在研新款高选择性的P2Y12受体拮抗剂...

2024-11-19 16:51

康弘药业荣获2024中医药传承与创新最佳实践案例奖资讯

康弘药业荣获2024中医药传承与创新最佳实践案例奖

经过激烈角逐,凭借在中医药传承与创新实践方面的卓越表现,康弘药业下属子公司——济生堂药业,从众多参选企业中脱颖而出,成功登榜“2023中国中药企业传承与创新最佳实践案例50”。

2024-11-19 13:19

上海公布2024年9月挂网公开议价超“黄线”、未通过公允性评估、重点监控药品幅度靠前且有一定采购金额的品种资讯

上海公布2024年9月挂网公开议价超“黄线”、未通过公允性评估、重点监控药品幅度靠前且有一定采购金额的品种

近日,上海市医药集中招标采购事务管理所公布了2024年9月挂网公开议价超“黄线”、未通过公允性评估、重点监控药品幅度靠前且有一定采购金额的品种。

2024-11-18 22:09

华东医药创新研发加速,两款GLP-1药物获批脂肪肝相关适应症临床试验资讯

华东医药创新研发加速,两款GLP-1药物获批脂肪肝相关适应症临床试验

由全资子公司中美华东申报的HDM1005注射液(靶向GLP-1 GIP长效激动剂)临床试验申请已获得FDA批准,可在美国开展I期临床试验,适应症为代谢相关脂肪性肝炎(MASH)。

2024-11-18 20:02

美的楼宇科技携制药行业暖通解决方案亮相2024药机展,赋能制药行业绿色智慧升级资讯

美的楼宇科技携制药行业暖通解决方案亮相2024药机展,赋能制药行业绿色智慧升级

11月17日,第65届(2024秋季)中国国际制药机械博览会(以下简称“药机展”)于厦门国际博览中心盛大举办。作为楼宇智慧生态集成解决方案引领者,美的楼宇科技以“以智提质,构...

2024-11-18 15:12

最高6.26亿美元,康诺亚再“出海”一款双抗资讯

最高6.26亿美元,康诺亚再“出海”一款双抗

日前,康诺亚发布公告宣布其子公司成都康诺亚与Platina Medicines Ltd(PML)已订立独家许可协议,授予PML在全球(不包括中国内地、香港、澳门及台湾)研究、开发、生产、注册...

2024-11-18 11:06

万米高空出生的早产儿,如何百日闯关?资讯

万米高空出生的早产儿,如何百日闯关?

凯西提供覆盖从新生儿到老年人的呼吸疾病治疗解决方案,至今已服务了数百万名中国早产儿。

2024-11-18 10:22

华东医药旗下Sinclair多款核心医美产品国内临床取得新进展资讯

华东医药旗下Sinclair多款核心医美产品国内临床取得新进展

其中, MaiLi Precise完成中国临床试验全部受试者主要终点随访;Ellansé®伊妍仕® S型新增适应症和Lanluma® V型均完成中国临床试验全部受试者入组;全新专利成分的真皮注...

2024-11-17 19:20