3D打印金属假体在人体中的应用

作者：应 璞 南京中医药大学常熟附属医院 副主任医师

审核：王渭君 南京大学医学院附属鼓楼医院 主任医师

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。

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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。

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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。

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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.