3D打印又稱增材制造技術(shù)，這種思想起源于19世紀(jì)末的美國(guó)。當(dāng)時(shí)美國(guó)研究出了的照相雕塑和地貌成形技術(shù)，隨后產(chǎn)生了打印技術(shù)的3D打印核心制造思想。但是到了20世紀(jì)80年代技術(shù)才得以發(fā)展和推廣。

新世紀(jì)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、材料科學(xué)、成像技術(shù)等基礎(chǔ)科研的發(fā)展，3D打印開(kāi)始大規(guī)模的應(yīng)用。中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)校企聯(lián)盟把它稱作“上上個(gè)世紀(jì)的思想，上個(gè)世紀(jì)的技術(shù)，這個(gè)世紀(jì)的市場(chǎng)”。

在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，隨著精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)、個(gè)性化醫(yī)學(xué)的發(fā)展，3D打印在可植入物、骨科、齒科、復(fù)雜手術(shù)器械、生物器官組織、助聽(tīng)器外殼、藥品等領(lǐng)域等到廣泛的應(yīng)用。

根據(jù)Wholers2015年的報(bào)告，2014年增材制造下游應(yīng)用領(lǐng)域醫(yī)療行業(yè)的占比為13.1%。2014 年，大約超過(guò)20項(xiàng)3D打印植入物獲得了FDA(美國(guó)食品藥品管理局)的批準(zhǔn)，這些植入物的范圍包括顱骨、臀股、膝蓋和脊柱等。其中生產(chǎn)了超過(guò)10萬(wàn)個(gè)髖關(guān)節(jié)植入物，并有大約5萬(wàn)個(gè)已經(jīng)應(yīng)用到病人身上。

中國(guó)目前共有四款產(chǎn)品通過(guò)了CFDA認(rèn)證，分別是：愛(ài)康醫(yī)療與北醫(yī)三院合作的3D打印髖臼杯、3D打印人工椎體、3D打印脊柱椎間融合器;邁普醫(yī)學(xué)3D打印硬腦(脊)膜補(bǔ)片。

2016年12月1日，藍(lán)光英諾3D生物打印血管植入恒河猴體內(nèi)實(shí)驗(yàn)取得了成功。截止公告發(fā)布，藍(lán)光英諾已經(jīng)完成了30只恒河猴3D生物打印血管體內(nèi)植入實(shí)驗(yàn)，其存活率達(dá)到100%。

在精準(zhǔn)手術(shù)規(guī)劃、術(shù)中實(shí)時(shí)導(dǎo)航、術(shù)后定量評(píng)估領(lǐng)域，3D技術(shù)也起到非常大的作用。EDDA科技的IQQA-3D影像平臺(tái)，臨床應(yīng)用已經(jīng)超過(guò)了3.5萬(wàn)臺(tái)。

這些事例表明3D醫(yī)療打印在以空前的速度增長(zhǎng)。根據(jù)SmarTech Markets的研究預(yù)測(cè)，2020年牙科與醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的3D打印市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到45.44 億美元。

在做這個(gè)選題之前，本以為國(guó)內(nèi)的相關(guān)企業(yè)會(huì)很少，可是此次盤(pán)點(diǎn)動(dòng)脈網(wǎng)(微信號(hào)：vcbeat)一共找到46家與3D醫(yī)療打印相關(guān)的企業(yè)。

這些企業(yè)的業(yè)務(wù)涉及打印機(jī)、掃描儀、耗材等產(chǎn)品的銷售，生物打印技術(shù)的研發(fā)、手術(shù)解決方案的規(guī)劃等。其中有26家是涉及全行業(yè)的，有20家是專門(mén)從事醫(yī)療打印的。這些企業(yè)的技術(shù)顧問(wèn)大多是由盧秉恒、戴尅戎兩位院士及其學(xué)生擔(dān)任，3D打印人才則來(lái)自清華、西交大、華中科技大等9大院校。

3D醫(yī)療器械打印企業(yè)盤(pán)點(diǎn)

盤(pán)點(diǎn)名單順序與排名無(wú)關(guān)

經(jīng)過(guò)動(dòng)脈網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，這46家企業(yè)中，有41家企業(yè)與骨科、齒科有關(guān)，占比89%。與器官、組織、血管打印有關(guān)的企業(yè)有4家占比8.7%。僅從事醫(yī)療行業(yè)的企業(yè)有20家，占比43%，從事全行業(yè)有26家，占比57%。(全行業(yè)指醫(yī)療和其他行業(yè)都有涉及)。

圖表中的公司信息都可以在動(dòng)脈網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢，掃描文末二維碼成為動(dòng)脈網(wǎng)會(huì)員，即可登陸動(dòng)脈網(wǎng)小程序/官網(wǎng)，使用數(shù)據(jù)庫(kù)查詢相關(guān)公司信息。

中國(guó)著名的3D打印專家團(tuán)隊(duì)

3D打印行業(yè)發(fā)展雖然很迅速，但是著名的專家團(tuán)隊(duì)和科研院校并不多，動(dòng)脈網(wǎng)了解到，中國(guó)開(kāi)設(shè)3D打印的大學(xué)接近80所，其中著名的高校專家團(tuán)隊(duì)有：

清華大學(xué)顏永年教授及其團(tuán)隊(duì)

北京航空航天大學(xué)王華明院士及其團(tuán)隊(duì)

西安交通大學(xué)盧秉恒院士及其團(tuán)隊(duì)

西北工業(yè)大學(xué)黃衛(wèi)東教授及其團(tuán)隊(duì)

華中科技大學(xué)史玉升教授及其團(tuán)隊(duì)

杭州電子科技大學(xué)徐銘恩教授及其團(tuán)隊(duì)

華南理工大學(xué)楊永強(qiáng)教授及其團(tuán)隊(duì)

大連理工大學(xué)姚山教授及其團(tuán)隊(duì)

北京工業(yè)大學(xué)陳繼民教授及其團(tuán)隊(duì)

3D打印醫(yī)療領(lǐng)域政策突破

為保護(hù)醫(yī)療器械臨床試驗(yàn)受試者安全，規(guī)范臨床試驗(yàn)審批工作，國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理總局制定了《需進(jìn)行臨床試驗(yàn)審批的第三類醫(yī)療器械目錄》，將定制增材制造(3D打印)骨科植入物等8類產(chǎn)品收錄到其中。但是，業(yè)內(nèi)對(duì)改革3D打印技術(shù)等高科技產(chǎn)品上市審批流程仍存在較高呼聲。

工信部、財(cái)政部等印發(fā)《國(guó)家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃(2015-2016 年)》，提出到2016 年，初步建立較為完善的增材制造產(chǎn)業(yè)體系，產(chǎn)業(yè)銷售收入實(shí)現(xiàn)快速增長(zhǎng)，年均增長(zhǎng)速度30%以上，整體技術(shù)水平與國(guó)際同步。其中醫(yī)用領(lǐng)域發(fā)展目標(biāo)為：初步成為新藥研發(fā)、臨床診斷與治療的工具。在全國(guó)形成一批應(yīng)用示范中心或基地。

2016年3月8日，科技部公布《關(guān)于發(fā)布國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究等重點(diǎn)專項(xiàng)2016年度項(xiàng)目申報(bào)指南的通知》，指南明確將“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究”列為2016年優(yōu)先啟動(dòng)的重點(diǎn)專項(xiàng)之一，并正式進(jìn)入實(shí)施階段。

2016年3月9日，科技部還同時(shí)發(fā)布了《生物醫(yī)用材料研發(fā)與組織器官修復(fù)替代重點(diǎn)專項(xiàng)2016年度項(xiàng)目申報(bào)指南》，將個(gè)性化植、介入器械的快速成型及生物3D打印技術(shù)作為幫扶對(duì)象，會(huì)給與財(cái)政補(bǔ)貼。

2017年2月，省經(jīng)信委發(fā)布《安徽省“十三五”醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，“3D打印技術(shù)醫(yī)療器械”被列入中四大發(fā)展重點(diǎn)之中。規(guī)劃中提及的最尖端的產(chǎn)業(yè)則是“細(xì)胞3D打印”，這是更微觀級(jí)別的醫(yī)學(xué)操作。它意味著，可能在五年之內(nèi)，這就將成長(zhǎng)為安徽醫(yī)療新產(chǎn)業(yè)。

醫(yī)療3D 打印產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)疽鈭D

3D建模是醫(yī)療3D打印的關(guān)鍵技術(shù)

目前市場(chǎng)上進(jìn)口、國(guó)產(chǎn)的3D打印機(jī)已不下幾十種，但如何從黑白的CT/MR影像光盤(pán)轉(zhuǎn)變成特定病人個(gè)體化的立體打印臟器、組織這是目前人們研究的重點(diǎn)，也就是3D建模是醫(yī)療3D打印的關(guān)鍵技術(shù)。

3D建模通俗來(lái)講就是通過(guò)三維制作軟件通過(guò)虛擬三維空間構(gòu)建出具有三維數(shù)據(jù)的模型。科研人員基于CT、MRI 以及3D 重建技術(shù)，即通過(guò)CT、MRI 對(duì)人體進(jìn)行掃描得到二維數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)專業(yè)的篩選、剔除后，再對(duì)其進(jìn)行三維重構(gòu)處理，最后形成3D 打印模型數(shù)據(jù)。

在建模過(guò)程中，第一步圖像獲取的清晰度十分重要，隨著當(dāng)今影像技術(shù)的發(fā)展，CT、MRI 技術(shù)掃描的二維圖像數(shù)據(jù)已經(jīng)能夠滿足三維建模的需要，而從二維數(shù)據(jù)到三維數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換與重構(gòu)是能否實(shí)現(xiàn)3D 打印的關(guān)鍵。

另外，在手術(shù)規(guī)劃、模擬領(lǐng)域, 不僅僅需要對(duì)3D打印機(jī)和打印材料的進(jìn)行選擇，個(gè)性化、快速、精準(zhǔn)建模，并無(wú)縫對(duì)接3D打印設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)病人的個(gè)體化病情評(píng)估和展示、讓醫(yī)生能針對(duì)病情制定個(gè)體化的精準(zhǔn)手術(shù)方案，是3D打印技術(shù)在精準(zhǔn)醫(yī)療方面成功應(yīng)用的關(guān)鍵。

從目前的市場(chǎng)來(lái)看，較為成熟的3D 重構(gòu)處理系統(tǒng)有比利時(shí)的Materialise 、公司的Mimics、美國(guó)Able Software 公司的3D.Doctor 和VGstudio MAX。國(guó)內(nèi)雖然在這方面比較弱，但是也有幾家公司在做研究，比如浙江德?tīng)栠_(dá)、上海EDDA、艾科賽龍等。

以EDDA科技為例，EDDA科技正式推出的【IQQA?個(gè)性化精準(zhǔn)3D打印建模設(shè)計(jì)服務(wù)】以病人的CT/MR等影像為基礎(chǔ)，通過(guò)IQQA?影像技術(shù)平臺(tái)，可便捷快速地進(jìn)行個(gè)體化的三維影像精準(zhǔn)術(shù)前評(píng)估和手術(shù)規(guī)劃，并進(jìn)而可進(jìn)行三維打印前的建模設(shè)計(jì)。

EDDA科技COO曾小蘭介紹，IQQA快速建模技術(shù)可在10-20分鐘內(nèi)完成建模，并且具有個(gè)性化、標(biāo)準(zhǔn)化、定量化的特點(diǎn)，機(jī)器建模不會(huì)因?yàn)獒t(yī)生的專家的個(gè)人原因影響模型數(shù)據(jù)。

生物3D打印和非生物3D打印

依照打印產(chǎn)品的材料和性質(zhì)，我們將醫(yī)療領(lǐng)域3D打印分為兩類：非生物3D打印與生物3D打印。

生物3D打印是基于活性生物材料、細(xì)胞組織工程、MRI與CT技術(shù)以及3D重構(gòu)技術(shù)等而進(jìn)行的活體3D打印，其目標(biāo)是打印活體器官、組織。

非生物3D打印是指利用非生物材料和3D打印技術(shù)來(lái)打印非生物假體，非生物材料包括塑料、樹(shù)脂、金屬等，主要應(yīng)用于齒科、骨科、植入物、醫(yī)用教學(xué)等醫(yī)療領(lǐng)域。

生物3D打印

生物打印機(jī)與主流3D打印機(jī)的不同之處在于，它不是利用一層一層的塑料，而是利用一層一層的生物材料或者細(xì)胞構(gòu)造塊，去制造真正的活體組織。應(yīng)用領(lǐng)域包括骨再生、藥物釋控、軟組織，細(xì)胞打印和器官打印。代表企業(yè)有四川藍(lán)光英諾、捷諾飛、青島尤尼科技、湖北嘉一三維等。

1.藥物釋控

普通藥片只能維持恒定釋放速率，這意味著病人不得不自己將藥丸分開(kāi)，然后在一天之內(nèi)定時(shí)服用。但是有些激素類的藥物需要采取非常規(guī)律的間隔，這就給病人帶來(lái)了麻煩，尤其是當(dāng)病人需要同時(shí)服用多種藥物的時(shí)候。更重要的是，不同的臨床情況下可能需要不同的釋放速度，而且可能只有在某種有限的濃度范圍內(nèi)才會(huì)對(duì)病人有用。

要達(dá)到這種水平的可定制化，藥片并不是像我們常見(jiàn)的那樣逐層3D打印。相反，該藥片將由幾個(gè)不同的部分組成，其中包括以特別設(shè)計(jì)的形狀包裹著藥物的聚合物，它將控制藥物釋放的速度。

通過(guò)調(diào)整包藥聚合物的形狀，就能夠以任何想要的速度釋放藥物。比如一個(gè)五管的形狀，就可以使藥物通過(guò)5個(gè)管子釋放。甚至多種藥物也可以存儲(chǔ)在一個(gè)藥丸里，每種藥物也能夠根據(jù)具體需求以不同的速度釋放。

醫(yī)生只需要通過(guò)研究人員專門(mén)開(kāi)發(fā)的軟件制訂出所需配置的文件，該軟件就能夠?qū)⑸梢粋€(gè)可3D打印的制藥模板。然后用3D打印機(jī)打印出想要的藥物。

除了藥物釋控，采用生物打印后，可通過(guò)減少動(dòng)物實(shí)驗(yàn)失敗的次數(shù)，加快新藥物療效驗(yàn)證的臨床實(shí)驗(yàn)速度。在美容領(lǐng)域，所追求的目標(biāo)是完全消除動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，很多公司目前正在致力于發(fā)展皮膚組織模型。優(yōu)秀的科學(xué)家們發(fā)表了很多成果，這些科學(xué)家來(lái)自材料科學(xué)、神經(jīng)成像、毒理學(xué)等領(lǐng)域。

2.打印組織、器官

藍(lán)光英諾利用實(shí)驗(yàn)動(dòng)物自體間充質(zhì)干細(xì)胞，通過(guò)自主研發(fā)的3D生物打印技術(shù)體系進(jìn)行干細(xì)胞生物墨汁制備和3D生物血管打印，在植入實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體內(nèi)，在保持間充質(zhì)干細(xì)胞干性的前提下，調(diào)動(dòng)體內(nèi)自主再生能力實(shí)現(xiàn)血管再生。

據(jù)了解，截止2016年12月1日，藍(lán)光英諾已完成30只恒河猴3D生物打印血管體內(nèi)植入實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物術(shù)后存活率為100%。

在國(guó)外，3D生物打印研究重鎮(zhèn)美國(guó)韋克福雷斯特大學(xué)團(tuán)隊(duì)曾在2016年成功利用系包括3D打印技術(shù)在體外培植膀胱。該團(tuán)隊(duì)還打印出人造耳朵、肌肉組織骨頭等。

2017年6月23日，美國(guó)肯塔基州Advanced Solutions公司研發(fā)出全球首款3D人體器官打印機(jī)。該項(xiàng)技術(shù)現(xiàn)在能打印硬幣大小的肝臟，在3D結(jié)構(gòu)中，通過(guò)血管化技術(shù)模擬真正的肝臟。另外，3D打印還可模擬出肺、心臟、腎臟、胰臟、骨骼甚至皮膚。

非生物3D打印

1.骨科植入物

骨科主要是研究骨骼肌肉系統(tǒng)的解剖、生理和病理。骨肌系統(tǒng)常見(jiàn)疾病包括骨關(guān)節(jié)退行性病變、脊柱創(chuàng)傷及退行性病變、四肢創(chuàng)傷、骨缺損、骨質(zhì)疏松及骨腫瘤等。骨科植入物是骨肌系統(tǒng)治療的方式之一。植入物主要是全部或部分替代關(guān)節(jié)骨骼、軟骨或肌肉骨骼系統(tǒng)。

據(jù)Frost&Sullivan的數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)骨科植入物的市場(chǎng)規(guī)模在2012年達(dá)到95.4億美元，2015年達(dá)到166億美元，2017年預(yù)計(jì)會(huì)達(dá)到218億美元。現(xiàn)階段，我國(guó)創(chuàng)傷類植入物的占比大于關(guān)節(jié)和脊柱植入物，但關(guān)節(jié)和脊柱植入物的總量和占比提升是大勢(shì)所趨。

非金屬植入物的機(jī)會(huì)很大，目前占所有醫(yī)療3D打印收入的44%，在預(yù)期內(nèi)會(huì)進(jìn)一步增長(zhǎng)到60%以上;到2026年，所有3D打印骨科和醫(yī)療植入物生產(chǎn)年復(fù)合增長(zhǎng)率為29%，增長(zhǎng)最快的領(lǐng)域是膝蓋重建、脊柱融合裝置以及非極端承重的部位，會(huì)大大超過(guò)總平均增長(zhǎng)率。

2.齒科

近年來(lái)，以軟件設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的牙科修復(fù)變得普及，很多牙科診所、實(shí)驗(yàn)室或?qū)I(yè)義齒生產(chǎn)企業(yè)都引入了3D打印技術(shù)。

結(jié)合了3D打印的數(shù)字化口腔技術(shù)為牙科行業(yè)帶來(lái)了精度高、成本低、效率高，以及符合規(guī)范化生產(chǎn)鏈相符的口腔數(shù)據(jù)。許多牙科診所或?qū)嶒?yàn)室都有利用3D打印機(jī)來(lái)制造患者牙齒模型。

制作模型需要的三維數(shù)據(jù)可以通過(guò)直接掃描口腔來(lái)收集(掃描整個(gè)口腔大約需要2分鐘)，或者通過(guò)間接掃描傳統(tǒng)的物理模型的方式來(lái)收集。

根據(jù)SmarTech《牙科3D打印2015：一個(gè)十年的機(jī)會(huì)預(yù)測(cè)與分析》中的預(yù)測(cè)，3D打印技術(shù)在牙科領(lǐng)域的市場(chǎng)規(guī)模到2016年會(huì)達(dá)到20億美元，2020年銷售規(guī)?？缮仙?1億美元。

3.手術(shù)導(dǎo)板

手術(shù)導(dǎo)板屬于個(gè)性化手術(shù)工具的一種，包括關(guān)節(jié)導(dǎo)板、脊柱導(dǎo)板、口腔種植體導(dǎo)板等。手術(shù)導(dǎo)板是在患者做手術(shù)之前需要專門(mén)定制的手術(shù)輔助工具，其作用就是依據(jù)患者的解剖特征，將植入體與患者病理部位進(jìn)行準(zhǔn)確對(duì)接，以實(shí)現(xiàn)植入體的精準(zhǔn)植入。

4.矯形器和假肢

3D打印假肢包括上肢矯形器、下肢矯形器、脊柱矯形器、上體假肢、下體假肢。這些產(chǎn)品一般需要個(gè)性化的定制，但是傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床受到加工角度等因素的限制往往難以實(shí)現(xiàn)。

另外，傳統(tǒng)假肢通常造價(jià)較高，且隨著年齡增大，更換假肢的成本也很高。而3D 打印假手成本通常僅在50-200 歐元之間，材料相對(duì)便宜， 易于更換、修復(fù)與再利用。

5.3D打印藥物

2016年3月23日，Aprecia Pharmaceuticals 宣布，之前獲得美國(guó)食品藥物監(jiān)督管理局(FDA)批準(zhǔn)的產(chǎn)品SPRITAM?(左乙拉西坦)片劑正式上市， 這是史上第一個(gè)FDA批準(zhǔn)的使用3D打印技術(shù)制造的處方藥產(chǎn)品。SPRITAM適用于局部性癲癇、肌陣攣性癲癇和原發(fā)性全身性強(qiáng)直陣攣性癲癇發(fā)作的輔助治療。

Aprecia是世界上第一個(gè)也是唯一在商業(yè)化規(guī)模利用3D打印技術(shù)來(lái)發(fā)展和生產(chǎn)醫(yī)藥產(chǎn)品的公司，同時(shí)該制藥公司還采用了專有的ZipDose技術(shù)改善病人的服藥方式。

3D醫(yī)療器械打印行業(yè)面臨挑戰(zhàn)與機(jī)遇

國(guó)內(nèi)公司于2008-2012 年開(kāi)始大規(guī)模進(jìn)入3D 打印領(lǐng)域，且投資非?；馃?，經(jīng)過(guò)幾年的市場(chǎng)培育，投資熱情已逐漸趨于理性。目前產(chǎn)業(yè)規(guī)模還沒(méi)有發(fā)展起來(lái)，并沒(méi)有形成像美國(guó)Systems、Stratasys這樣的領(lǐng)頭企業(yè)。

材料方面，目前3D 打印的材料主要包括粉末、液體、線材等。大部分國(guó)內(nèi)都有生產(chǎn)，但是金屬粉末主要依賴進(jìn)口。

認(rèn)證方面，雖然政府大力扶持3D打印公司，但是并沒(méi)有放寬對(duì)其產(chǎn)品審批的要求。非生物打印產(chǎn)品目前只有4個(gè)獲得CFDA的認(rèn)證，生物產(chǎn)品尚未獲得認(rèn)證，生物打印產(chǎn)品研發(fā)進(jìn)度普遍較慢。

雖然3D醫(yī)療器械打印面臨各種各樣的問(wèn)題，但是目前3D 打印公司中專做醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用的較少，企業(yè)優(yōu)勢(shì)并不明顯，各個(gè)企業(yè)依然存在發(fā)展的機(jī)會(huì)。在發(fā)展過(guò)程中要結(jié)合臨床，重視3D建模技術(shù)?？衫没ヂ?lián)網(wǎng)向客戶提供個(gè)性化的定制服務(wù)。

另外，生物3D打印產(chǎn)品目前還沒(méi)有一款產(chǎn)品獲得CFDA的認(rèn)證。企業(yè)要將制造工藝與再生醫(yī)學(xué)深度融合、聯(lián)合研發(fā)，才能使這項(xiàng)新技術(shù)真正達(dá)到生物層次的要求，從而加速實(shí)現(xiàn)3D 打印產(chǎn)品在臨床治療上的應(yīng)用。