3D打印技术医疗应用案例分析
3D打印义齿
中国有94％的人口存在牙齿问题，10个人中就有1个人安装了假牙（义齿），年均假牙消费量达8165万颗。目前市面上，假牙的制作主要采用传统人工铸造和数控机床（CNC）切削加工制作方法。人工铸造的方法过程较慢，返修率大；CNC制作成本高且精度较低。随着3D打印技术的普及，3D打印制作义齿的应用也正蓬勃兴起。
3D打印在口腔医学的基本应用包括：修复领域、正畸领域、种植领域、颌内外科领域。在修复领域，可以利用3D打印技术制作牙冠、咬槽骨、义齿等（图3）。在种植领域，种植义齿的时候利用模型进行手术模拟可以减少手术的误差和风险，且性能优于传统CT影像种植。在正畸领域，可以制作个性化的正畸产品，给患者美观舒适的体验。
图3 牙科3D打印数字化流程
牙医可以使用金属粉末激光熔融打印义齿（图4），或利用可以进行消蚀铸造的树脂材料制作牙冠和牙桥的原始蜡型，结合专门的铸造工艺得到优质的金属铸造件；通过使用3D打印手术导板，牙医可以轻松地将植入物放到准确的位置，而不必像传统方法那样全凭自己的经验去猜测，3D扫描和3D打印对传统模具的取代，也减缓了患者在医疗过程中的痛苦。
图4 3D打印的义齿
当前最先进的牙科3D打印产品是是普兰梅卡公司今年发布的Planmeca Creo，这款机器基于数字光处理（DLP）技术（图5），可以3D打印定制牙科夹具、植入物、手术导板及其他的医疗模型。在全球范围内，目前已逾数千的3D打印模型、牙冠、牙桥在牙科诊所中使用。
图5 普兰梅卡3D打印机Planmeca Creo和打印成品
3D打印技术在齿科方面的应用可以总结为：用自动化科技替代了大量的人工操作，使得一颗义齿蜕变成拥有高科技、低成本、高质量的“优秀义齿”。
3D打印骨科植入物
骨科植入物市场中最主要有3个类别：关节植入物、脊柱植入物、创伤植入物（如骨钉、骨板）。2016年全球关节、脊柱、创伤植入物市场规模达到418亿美元。其中，关节植入物为229亿美元，脊柱植入物为113亿美元，创伤植入物为77亿美元。在全球市场中，关节植入物的占比最高，达到了54．7％。3D打印技术在骨科中的应用方式主要可以分为指导医生进行手术和打印患者需要的植入物两个方面，此外，也可以打印一些辅助器材，例如美国密歇根大学与Altair Engineering和Stratasys公司携手合作，共同组成了CYBER团队。该团队最近接受America Makes（美国国家增材制造创新研究员）的委托和资助，致力于开发出一种解决方案，该方案将利用3D打印和工业4．0来改造踝足矫形器（AFO）的设计、舒适性、实用性和定制。
医生可以利用电子计算机断层扫描（CT）来获取骨科患者特定部位的三维数据，并根据患者需要做出调整，打印出仿真的创伤骨骼系统模型。医生依靠此模型来设计手术方案，可以预估手术进程，优化手术方案。另一方面，由于骨科手术往往需要大量的植入物，医生可以通过计算机轴向断层扫描（CAT）成像，并通过计算机软件对该图像进行镜像，就可以使用3D打印定制植入物，这种方法可以实现高精度、高强度、高时效和高性价比；可以实现没有工具成本、没有改成型成本，达到快速生产的目的。2016年北京大学第三医院刘忠军为一名脊索瘤患者植入了世界首个3D打印多节段胸腰椎植入物——长达19 cm的脊柱（图6），成功替代了患者被彻底切除的5节脊椎。这种人工椎体的3D打印一步成型，在简化工艺、降低库存和运输压力等环节的成本远低于传统的钛网工艺。该椎体在性能上的优势显著，其机械性能满足了病人所需的连接和支撑功能，利用3D打印定制性的便利，可以专门设计连接结构以增强稳定性，人工椎体上的微孔结构类似骨小梁，能让相邻正常椎体的骨细胞长入其中，实现骨整合。
图6 北京大学第三医院为患者植入的3D打印脊柱
