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      3D打印在醫(yī)療器械領域的應用現狀及展望

      2017-03-08 01:33:59
      關鍵詞:植入物導板醫(yī)療器械

      孟 曉

      (山東省鄒城市兗礦集團東灘煤礦職工醫(yī)院器械科,山東 濟寧 273512)

      3D打印技術主要是依照數字模型文件,通過三維CAD技術,結合塑料和粉末狀技術類可粘合材料,將其逐層打印,而后得出相應部件。近年來,3D打印技術速猛發(fā)展,在各領域都取得一定成就,于醫(yī)學領域尤是。本文將就3D打印技術在醫(yī)療器械領域的應用現狀及其前景作淺要分析。

      1 3D打印在醫(yī)療器械領域的應用現狀

      1.1 人體植入物

      3D打印技術不僅可用于治療人體骨盆修復和關節(jié)置換,還可用于牙齒修復等精細度較高的臨床手術中。經研究發(fā)現,3D打印技術在人體植入物的成就相對較高,尤其是在骨外科的應用中[1]。基于骨外科缺損修復所需植入物其大小、形狀等截然不同,由此,其所需植入物對精確度要求更高,而3D打印技術即可滿足其高度定制化的要求。一方面,骨外科手術中常用修復材料,如不銹鋼、鈷鉻合金和Ti6A14V鈦合金等金屬材料均可用于3D打印技術中,通過激光束、電子束等設備即可進行小型產品的批量制造。另一方面,3D打印技術還可根據需要制造大小不一的微孔,從而既有效促進金屬與人體骨骼之間的吻合,又可減少金屬材料彈性模量帶來的應力遮擋?;诖?,3D打印技術在骨外科植入物方面具有不可忽視的優(yōu)越性。臨床實踐中,用于3D打印骨骼的材料主要為磷酸鈣,輔以鋅、硅等提高其硬度,由此,其所產出部件即可滿足支撐人體的需要。當前,我國臨床實踐中,已引入人工髖關、椎間融合器、人工椎體等3D打印技術成品。經實踐發(fā)現,該成品可有效促進人體原生骨細胞與打印骨骼的結合,從而避免產生骨骼松動現象。

      1.2 手術導向模板

      在以往臨床實踐中,手術導板需要結合模板設施等配套工具聯合植入,同時還需輔佐以影像學檢查,確保植入安全性和精確性,因此,其操作難度較大,且費用高,不具臨床推廣價值。而通過3D打印技術可實現手術導板的個性化打造。作為個性化手術工具,主要導板包括脊柱導板、關節(jié)炎導板等,通過結合逆向工程技術,3D所制導板不僅減少了術中放射性暴露,改善放射劑量分布不均情況,還可有效與人體骨骼契合,降低手術風險,從而可提高腫瘤殘留臨床療效。此外,3D打印導板還可降低感染事件發(fā)生概率,從而提高臨床手術安全性,減少術后并發(fā)送發(fā)生概率。

      1.3 生物打印

      生物打印技術主要是指將人體細胞作為原材料,聯合生物墨水,將其構制成具有血管等內部構造的生物活性組織,由此,即可實現人體組織、器官的批量化打印。生物墨水主要成分是活細胞混合液,當前生物墨水類型主要有細胞懸液、載細胞水凝膠、脫細胞化細胞外基質溶液等,其中,細胞懸液可通過噴墨打印技術層層疊加制成細胞團塊;載細胞水凝膠則可提高三維結構的穩(wěn)定性;而脫細胞化細胞外基質溶液則可為細胞原材料提供天然微環(huán)境,從而促進細胞的繁殖生長[2]。

      生物打印技術主要臨床實踐有,細胞打?。航浻鴮W者實驗發(fā)現,可通過3D生物打印技術制成胚胎肝細胞及其類肝細胞和誘導多能肝細胞,而通過40層疊加后,即可形成與肝細胞類似的迷你肝臟。微型肝臟:其不僅可提供符合人體需求的膽固醇、蛋白質等物質,還可將鹽分等物質運轉至其他機體器官。血管組織:在結合皮膚纖維細胞與間充質肝細胞的基礎上,聯合打印微通道即可形成血管組織的打印。實驗發(fā)現,其所制成血管組織可有效完成人體內的物質運輸,從而維持正常新陳代謝活動。基于此,生物打印技術下制成的血管組織不僅可維持人間充質肝細胞存活,還可充分支持其成骨分化活動。軟骨組織:以人體軟骨細胞為原材料,結合含有納米纖化纖維素混合液的生物墨水,即可打印制成手術所需透明軟骨組織。經實踐證明,所制軟骨細胞完全可分泌泌Ⅱ型膠原,有效保持其免疫調節(jié)功能。

      2 展望及討論

      盡管3D技術一定程度上促進了醫(yī)學器械領域的發(fā)展,然而其大規(guī)模應用還面臨諸多挑戰(zhàn),尤其在監(jiān)管層面。針對此,應展開調研工作,廣泛收集和聽取專家學者和醫(yī)生患者的意見,建立完善個性化、合理化、系統性的醫(yī)療器械監(jiān)管體系,在產品完全符合生產質量管理體系要求的基礎上,要求醫(yī)療從業(yè)人員作為其中重要參與者參與醫(yī)療器械申報工作中,從而提高規(guī)范性和約束力。同時,在3D打印成品批量化生產過程中,應經相關政府部門許可認證后方可批準上市,并相關政策法規(guī)進行有效監(jiān)管[3]。

      專家表明,個性化醫(yī)療是未來醫(yī)療發(fā)展主要特點,3D技術廣泛應用于醫(yī)療領域中既是大勢所趨,也是醫(yī)學發(fā)展必然要求,盡管當前我國3D技術打印成品大部分仍處于科研階段,其在打印材料、工藝技術、精確度、成本等方面還存在諸多難題,但是隨著學者研究不斷深入,現代科學不斷發(fā)展,3D打印技術可逐步擴大其原材料取材范圍,提高其精確度和效率,降低其制作成本,開闊出醫(yī)療發(fā)展新天地。

      [1] 鄧 濱,歐陽漢斌,黃文華.3D打印在醫(yī)學領域的應用進展[J].中國醫(yī)學物理學雜志,2016,33(04):389-392.

      [2] 周 慶,黃 毅.3D打印技術在腦外科中的臨床應用[J].中國醫(yī)學工程,2017,25(04):21-25.

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