国内医疗行业在3D打印关节植入物方面的研发成果举例

全膝关节置换植入物的个性化设计和制造

北京大学第三医院与华南理工大学对基于互联网、数字化设计和3D打印的全膝关节医工结合制造体系进行了探索。

在这个制造体系中，异地设置的三个工作站将医生、设计人员和工程人员联系在一起，其中融合了医学图像处理技术、虚拟手术规划、信息交流、个性化交互设计、产品性能快速分析和3D打印技术。

通过该系统医生能随时了解膝关节假体设计、制造情况，设计人员能根据患者的膝关节形态设计出其个人适用的假体，并能随时根据医生的方案，对假体设计进行修改，最后工程人员使用3D打印技术制造出设计的假体，生产出与患者膝关节最佳匹配的个性化膝关节假体，在最少切骨量的基础上保证假体与膝关节的最佳匹配，达到效果最优化。

这个模式不仅能够摆脱现有假体产品不能良好匹配膝关节结构的困扰，而且使对患者个性化、定制化置换手术方案成为可能。

可用于膝关节、髋关节等植入物3D打印的纳米氧化锆强韧化钛合金材料

     钛合金材料是医疗领域应用广泛的材料，具有密度低、比强度高、机械性能好、耐腐蚀和良好的生物相容性等特点。但是钛合金骨科植入物强度与韧性不能很好地满足长期（一般十年以上）使用要求，弹性模量也与人体不匹配，进一步改善钛合金的力学性能成为植入物制造领域研究方向之一。苏州云植医学技术有限公司以在钛合金材料中添加纳米氧化锆陶瓷材料和3D打印技术为切入点，在此领域展开了探索。

     首先,利用部分纳米氧化锆增韧强化机理，将纳米氧化锆添加到钛合金粉末中。其次，利用3D设计软件根据不同个体需求设计相匹配的多孔人工植入物模型，进而将设计好的三维数据模型导入计算机进行分层切片处理，并通过金属3D打印技术进行植入物的制造。在3D打印熔化粉末材料的过程中，材料中稳定的氧化锆实现固溶强化和弥散强化，不稳定的氧化锆将在打印高温以及冷却的过程中发生相变，从而实现相变增韧和微裂纹增韧。用氧化锆增韧钛合金材料制造的植入物，可以增加使用寿命，减少病人二次手术的痛苦。

    3D打印技术制备出的具有表面多孔结构的钛合金人工植入物，不仅为骨细胞的再生提供了合适的微环境，还使植入物与人骨弹性模量相近，从而减少应力屏蔽效应，防止骨质疏松而造成再次骨折。此外，便于根据用户的不同情况进行个性化定制，满足客户的不同需求和特殊要求，提高骨科植入物与患者的匹配性。