3D打印高仿真 越来越“骨感”

来源:大洋网—广州日报| 2018-06-22 08:48:08| 作者:肖欢欢

  广州创新英雄

  3D打印一块髋骨、膝盖骨、头骨装在患者身上,并且还能和人体原来的肌肉、组织、血液生长在一起,终身不用取出来,你信吗?在广州市华钛三维材料制造有限公司,董事长朱献文拿出一个银白色、呈现蜂窝状的人工椎体告诉记者,这样的蜂窝状钛质腰椎件,每一个重约30克,需要一层一层打印,每一层厚度仅0.03毫米,打印这样一个人工腰椎,需要整整一天时间。该公司是广东唯一一家专门从事3D打印骨科植入物的高科技企业。“人体206块骨头中的哪一块受损,都可以打印出来,并且最大限度保障功能不受损。”

  文/广州日报全媒体记者肖欢欢

  图/广州日报全媒体记者苏俊杰

  专题统筹:刘文亮、汤新颖、罗桦琳

  六年摸索:3D打印骨科植入物技术日臻成熟

  去年5月,我国大型飞机C919首飞成功,吴鑫华教授为其提供了29个经国际适航认证的3D打印金属零部件。早在2014年,吴鑫华就发布了世界第一个金属3D打印全尺寸飞机发动机,并与空客功公司的发动机供应商-赛峰集团开始产业化合作。

  2017年3月,在增城开发区的邀请下,朱献文和吴鑫华来到由国务院侨办和广州市增城开发区共建的华侨华人创业基地——侨梦苑梦工厂,成立了广州华钛三维材料制造有限公司,吴鑫华担任公司的首席科学家。这也是增城区引进的第一个院士创业高新技术产业化项目。经过6年摸索,朱献文的3D打印骨科植入物技术终于日臻成熟。

  3D打印金属植入物和3D打印器官有何区别?朱献文解释说,3D打印行业的技术现在细分得非常具体,3D生物打印跟3D植入物打印完全是两个不同的领域。他的技术优势是做金属3D打印,这是医疗机械中的3类植入物。“虽然现在做生物打印,比如打印器官,对科学家来说是最时髦的,但这种活体打印不是我们的优势。我们的目标是把3D打印骨骼植入物产业化,也就是说,人体206块骨头,哪一块坏了我们都能换。”

  3D生物打印机必须满足生物仿生对制造精度、准确性的极高要求。“我们的3D打印植入物技术已经非常成熟,目前国内已经开始投入临床。北京一家医疗器械企业已经获得了国家食药监总局的批准,产品已经投入临床应用,这也是目前国内投入临床唯一的一家。”

  材料创新:内嵌拓扑框架金属制成腰椎终身可用

  除了个性定制,朱献文技术的另一个优势是材料的更新换代。过去,如果人体内有骨头损坏,需要植入物的话,多数使用的是不锈钢或钛网。但钛网经过长年挤压,很容易变形,不能在体内长期保存。这对患者不仅造成极大的痛苦,也很容易造成感染。“而经过我们3D打印出来的金属腰椎、膝关节、髋关节,因为它特殊的结构,可以和人体内的血液和组织长在一起,可以终身长在身体内,不用取出来。”

  今年2月7日,在吴鑫华院士提供的技术支持下,世界第一例3D打印个性化人工椎体/椎间盘一体化植入手术在南方医院成功实施。手术不仅保住了患者的脊椎,而且患者现在还能像正常人一样生活。

  当时参与手术的医生之一郑明辉介绍说,由华钛公司3D打印出来的人工椎体,它的特殊之处在于其海绵状的微孔结构结合拓扑框架结构。有了这种内嵌拓扑框架金属“骨小梁”,既使相邻正常脊椎的骨细胞可以长入其中,最终实现骨融合,又保证了椎体的整体力学性能。

  手术进行了8个小时,最终,这个3D打印出来的腰椎顺利植入患者体内。如今,4个月过去了,患者一切正常,还去应聘了货车司机。

  前景展望:近百亿美元3D打印医疗市场待开发

  朱献文介绍说,在临床上,我国每年这种骨损伤案例多达几百万例,对骨科植入物有着庞大的需求。“比如,有人遭遇车祸或意外,脸部或腰部、腿部的骨头粉碎或破坏,植入假体是恢复其功能的唯一办法。” 3D打印市场分析公司SmarTech Publishing去年发布的骨科3D打印市场的研究报告显示,2016年此市场的全球规模已达近5亿美元,预期在2019年会达到10亿美元。到2024年3D打印医疗市场规模将达到96.39亿美元(3D打印骨科植入物市场81.2亿美元),其中,3D打印骨科植入物占据一半市场份额,成为最重要的应用领域。

  然而,现在国内的骨科植入物3D打印,有近80%是用传统工艺,并且都是从国外进口的耗材,成本高,且技术依赖于国外。比如,从国外进口的腰椎、颈椎、膝关节、肘关节植入物,价格都在5~10万元,而髋关节植入物价格更高,需要20万元以上。而作为国内专门做骨科植入物金属打印的企业,将来一旦获得国家的批准,相关产品市场化,将彻底打破国外在这个领域的垄断地位。

  朱献文是国内最早一批接触3D打印行业的专家。他表示,现在国内号称做3D打印在医疗行业应用的企业约有上千家。但医疗机械金属3D打印,因为技术门槛很高,不是一般企业可以进入,现在全国估计不超过20家。而华钛也是广东唯一一家从事骨科植入物3D打印的高科技企业。

  朱献文

  与英国材料学会院士、澳大利亚技术科学与工程院院士、澳大利亚莫纳什大学增材制造中心主任、中国长江学者讲座教授吴鑫华教授是中南大学的大学校友。是国内最早一批接触3D打印行业的专家,从2012年,便开始在国内率先研发3D打印骨组织技术。

  创业方向

  3D打印骨科植入物技术

  创新感言

  医疗产品行业一般都有5~10年的投入期,我们已经做好了前几年烧钱的准备。我们面临的不是成与不成的问题,而是什么时候成功的问题,因为我们的技术已经得到验证。尤其是现在国家把3D打印作为战略性新兴产业来扶持,而3D打印在医疗行业的应用前景是巨大的。

  科技创新要坐得起“冷板凳”,不要想着赚快钱,因为技术研发是有周期的,很多高新技术,没有十年时间是很难见成效的。

  3D打印

  骨组织技术

  通常,在一场交通事故中,一个人的头盖骨、髋骨、膝盖骨或其他部位的骨头粉碎了或彻底损坏了,按现在的办法,有可能是从患者身体的其他部位取一部分骨头补在受损的部位,或者将其他动物的骨头移植在患处。而朱献文的骨科植入物3D打印技术可以实现对人体骨组织的高度“仿真”,帮助其恢复以前的功能。

  在当前中国,每年在骨科植入物方面的需求至少有50万例,而随着3D打印技术的成熟和人们观念的转变,这个数字还会扩大。

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