3D打印金屬假體在人體中的應(yīng)用

作者：應(yīng) 璞 南京中醫(yī)藥大學(xué)常熟附屬醫(yī)院 副主任醫(yī)師

審核：王渭君 南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬鼓樓醫(yī)院 主任醫(yī)師

3D打印金屬假體在人體中的應(yīng)用目前正處于一個(gè)快速發(fā)展的階段，其高度的定制化和精確性極大地滿足了個(gè)體化醫(yī)療的需求。這項(xiàng)技術(shù)在骨科和牙科領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，如髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和牙齒植入物等金屬假體[1-2]，通過3D打印技術(shù)可以更好地匹配患者的解剖結(jié)構(gòu)，從而提高植入物的功能性和耐久性。

圖1 版權(quán)圖片 不授權(quán)轉(zhuǎn)載

一、現(xiàn)狀

1.個(gè)性化醫(yī)療

3D打印技術(shù)允許設(shè)計(jì)和生產(chǎn)出量身定制的假體，這些假體能夠精確匹配患者的特定解剖結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高手術(shù)成功率和患者滿意度。

2.復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制造

3D打印能夠制造出傳統(tǒng)制造方法難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)，這不僅提升了假體的物理性能，還增強(qiáng)了其生物相容性。

圖2 版權(quán)圖片 不授權(quán)轉(zhuǎn)載

3.材料多樣性

常用的金屬材料包括鈦合金、不銹鋼和鈷鉻合金等，這些材料在強(qiáng)度、耐腐蝕性和生物相容性方面均表現(xiàn)出色。

圖3 版權(quán)圖片 不授權(quán)轉(zhuǎn)載

二、未來發(fā)展方向

1.個(gè)性化

（1）量身定制設(shè)計(jì)：利用3D打印技術(shù)，能夠依據(jù)患者的具體解剖數(shù)據(jù)（如CT或MRI檢查結(jié)果）創(chuàng)建出精確匹配的假體，這不僅提高了假體的適配度，還縮短了術(shù)后恢復(fù)時(shí)間。

（2）按需制造：避免傳統(tǒng)制造中的庫存管理和浪費(fèi)問題，實(shí)現(xiàn)按需生產(chǎn)。這對(duì)于需要特殊尺寸或形狀的假體尤為有利，能夠迅速響應(yīng)患者需求。

（3）個(gè)性化外觀：在設(shè)計(jì)中融入患者個(gè)人偏好的美學(xué)元素，增加了患者對(duì)假體的接受度和滿意度。

2.功能化

（1）多孔結(jié)構(gòu)：通過設(shè)計(jì)多孔和梯度材料，可以促進(jìn)骨組織與假體的整合，增強(qiáng)生物相容性，加速愈合過程。

（2）載藥功能：將藥物植入假體中，使其在術(shù)后釋放抗生素或其他治療藥物，以降低感染風(fēng)險(xiǎn)和促進(jìn)康復(fù)[3]。

（3）材料創(chuàng)新：通過新型合金或復(fù)合材料的開發(fā)，提供更優(yōu)的強(qiáng)度、韌性和生物相容性，可滿足不同部位假體的功能需求。

3.智能化

（1）嵌入式傳感器：在假體中集成傳感器以監(jiān)測(cè)生物參數(shù)，如應(yīng)力、溫度和位置變化。這些數(shù)據(jù)可用于術(shù)后監(jiān)控和評(píng)估假體的功能狀態(tài)[4]。

（2）反饋和調(diào)整功能：智能假體能夠根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)自我調(diào)整，以適應(yīng)患者的活動(dòng)狀態(tài)和環(huán)境變化，提供動(dòng)態(tài)支持。

（3）數(shù)據(jù)集成：將假體數(shù)據(jù)與醫(yī)療系統(tǒng)集成，有助于醫(yī)生更好地制定治療計(jì)劃，從而提升整體醫(yī)療質(zhì)量。

這些發(fā)展方向不僅推動(dòng)了3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)步，也開啟了個(gè)性化醫(yī)療和精密醫(yī)學(xué)的新篇章，使假體從靜態(tài)替代物轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓜?dòng)態(tài)適應(yīng)人體需求的智能裝置。

參考文獻(xiàn)：

Rodriguez Colon R, Nayak VV, Parente PEL, Leucht P, Tovar N, Lin CC, Rezzadeh K, Hacquebord JH, Coelho PG, Witek L. The presence of 3D printing in orthopedics: A clinical and material review. J Orthop Res. 2023, 41(3): 601-613. doi: 10.1002/jor.25388.

Pradíes G, Morón-Conejo B, Martínez-Rus F, Salido MP, Berrendero S. Current applications of 3D printing in dental implantology: A scoping review mapping the evidence. Clin Oral Implants Res. 2024, 35(8): 1011-1032. doi: 10.1111/clr.14198.

Anushikaa R, Ganesh SS, Victoria VSS, Shanmugavadivu A, Lavanya K, Lekhavadhani S, Selvamurugan N. 3D-printed titanium scaffolds loaded with gelatin hydrogel containing strontium-doped silver nanoparticles promote osteoblast differentiation and antibacterial activity for bone tissue engineering. Biotechnol J. 2024, 19(8): e2400288. doi: 10.1002/biot.202400288.

Zhou H, Tawk C, Alici G. A 3D Printed Soft Robotic Hand With Embedded Soft Sensors for Direct Transition Between Hand Gestures and Improved Grasping Quality and Diversity. IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng. 2022, 30: 550-558. doi: 10.1109/TNSRE.2022.3156116.