3D打印金属假体在人体中的应用目前正处于一个快速发展的阶段,其高度的定制化和精确性极大地满足了个体化医疗的需求。这项技术在骨科和牙科领域应用广泛,如髋关节、膝关节和牙齿植入物等金属假体[1-2],通过3D打印技术可以更好地匹配患者的解剖结构,从而提高植入物的功能性和耐久性。
一、现状
1.个性化医疗
3D打印技术允许设计和生产出量身定制的假体,这些假体能够精确匹配患者的特定解剖结构,进而提高手术成功率和患者满意度。
2.复杂结构的制造
3D打印能够制造出传统制造方法难以实现的复杂几何结构,这不仅提升了假体的物理性能,还增强了其生物相容性。
3.材料多样性
常用的金属材料包括钛合金、不锈钢和钴铬合金等,这些材料在强度、耐腐蚀性和生物相容性方面均表现出色。
二、未来发展方向
1.个性化
(1)量身定制设计:利用3D打印技术,能够依据患者的具体解剖数据(如CT或MRI检查结果)创建出精确匹配的假体,这不仅提高了假体的适配度,还缩短了术后恢复时间。
(2)按需制造:避免传统制造中的库存管理和浪费问题,实现按需生产。这对于需要特殊尺寸或形状的假体尤为有利,能够迅速响应患者需求。
(3)个性化外观:在设计中融入患者个人偏好的美学元素,增加了患者对假体的接受度和满意度。
2.功能化
(1)多孔结构:通过设计多孔和梯度材料,可以促进骨组织与假体的整合,增强生物相容性,加速愈合过程。
(2)载药功能:将药物植入假体中,使其在术后释放抗生素或其他治疗药物,以降低感染风险和促进康复[3]。
(3)材料创新:通过新型合金或复合材料的开发,提供更优的强度、韧性和生物相容性,可满足不同部位假体的功能需求。
3.智能化
(1)嵌入式传感器:在假体中集成传感器以监测生物参数,如应力、温度和位置变化。这些数据可用于术后监控和评估假体的功能状态[4]。
(2)反馈和调整功能:智能假体能够根据实时监测的数据自我调整,以适应患者的活动状态和环境变化,提供动态支持。
(3)数据集成:将假体数据与医疗系统集成,有助于医生更好地制定治疗计划,从而提升整体医疗质量。
这些发展方向不仅推动了3D打印技术在医学领域的进步,也开启了个性化医疗和精密医学的新篇章,使假体从静态替代物转变为可动态适应人体需求的智能装置。
参考文献:
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.
(文章内容来源于中华医学会。)