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Stratasys发布数字解剖3D打印机 用于改善术前规划

时间:2019-11-17 04:43来源:材料科技
2019年10月15日,Stratasys发布全新的J750™ Digital Anatomy™3D打印机,将其领先的3D打印技术应用于医疗行业,该打印机旨在制作可高度模拟人体解剖结构外观感觉、反应能力和生物力学的解

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2019年10月15日,Stratasys发布全新的J750™ Digital Anatomy™ 3D打印机,将其领先的3D打印技术应用于医疗行业,该打印机旨在制作可高度模拟人体解剖结构外观感觉、反应能力和生物力学的解剖学模型,可用于改善术前规划和医疗培训,同时有助于加快新开发的医疗设备进入市场的速度。

2017年全球的目光都被人工智能吸引,然而3D打印在医疗领域的应用仍然快速发展。本文将简单盘点医疗3D打印领域2017年以来在研发、产品商业化以及企业项目布局方面的进展。

2019年2月21日,Stratasys 联合多家合作伙伴集体亮相2019年TCT亚洲展,共同聆听了增材制造市场客户的心声,以其业界领先的创新型增材制造技术与智能制造解决方案引领行业新发展。展会期间,Stratasys所展示的体素级3D打印解决方案和FDM TPU 92A弹性材料,能够突破3D打印原型应用极限,大幅降低生产耗时及人工成本,满足客户多元化的专业、快速原型制作需求。

在此之前,专业医疗人员通常只能选择人类尸体、动物、传统或虚拟现实模型来进行相关操作和学习,有很大的局限性。动物模型近似人体解剖结构,但可能引发伦理问题。人类尸体模型无法保留活组织的外观感觉,且需要严格控制环境。数字解剖3D打印机在不同之处在于,其制作的解剖模型可重现真实的组织反应,且无需专门的设施或环境。此外,对于某些特殊的病理结构,3D打印技术也可以很好地进行还原。

在现代医疗领域,作为“第三次工业革命”先进制造的重要技术手段,生物3D打印正在改变着医疗手段和模式,推动医学发展甚至重塑医疗行业。

Stratasys大中华区总经理Michael Agam先生

Stratasys医疗保健业务部门的负责人Eyal Miller说道:“我们认为,3D打印具有改善医疗保健服务的潜力,而数字解剖3D打印机则是将该潜力应用到实处的关键一步。”“我们可在无风险的环境中为外科医生提供更真实的培训环境。我们还希望,医疗器械制造商能使用新模型来进行医疗器械的设计验证、确认、可用性研究和故障分析,从而更顺利地将产品推向市场。”

3D打印的迅速发展也越来越受到FDA的重视,2016年5月,FDA发布了针对医疗制造商的3D打印草案指南,在收集了强生、美国先进医疗技术协会以及Materialise等医药和3D打印公司的建议之后,时隔一年半,FDA于2017年12月5日发布了3D打印医疗器械制造指导意见。此外,FDA专员还表示,FDA已经审查了目前市场上的100多种3D打印设备,包括特定植入物和第一个3D打印药物。

Stratasys大中华区总经理Michael Agam表示:“TCT亚洲展是3D打印行业首屈一指的专业国际展览会,代表着全球3D打印技术与应用的最前沿。Stratasys的创新技术和解决方案获得了业界同行与客户的广泛好评与认可。Stratasys非常看好中国增材制造市场在2019年以及未来的表现,将以TCT亚洲展为新起点,继续与各行各业的合作伙伴及客户共商智造大计,以更加先进的创新型增材制造技术为中国智造之路赋能。”

由全新Stratasys J750™ Digital Anatomy™ 3D打印机制作的3D打印心脏模型——可高度模拟人体解剖结构的外观感觉、反应能力和生物力学

本次FDA发布的进一步指导意见为医疗设备制造商们提供了有关3D打印技术方面的建议,同时指出了制造商在提交3D打印医疗设备审批时需包含的内容,包括对各种3D打印方法的思考、设备设计、功能、耐用测试性以及质量系统要求。

Stratasys体素级3D打印解决方案

这款新型3D打印机已在多个机构中进行了测试。Jacobs研究所位于纽约州布法罗的医学创新中心,一直以来都致力于血管医学相关设备的开发,该研究所对这款数字解剖3D打印机进行了测试,通过重建关键血管组件部分,进行高级检测和培训。Jacobs研究所的首席医学官Adnan Siddiqui博士说道:“与人类尸体或动物模型相比,3D打印在重建患者特异性解剖结构方面的表现非常出色;不过,尖端的人体器官模型能模拟活组织的真实外观感觉和生物力学。”“而这款数字解剖3D打印机恰好能够做到这一点。我们认为,这些模型为我们提供了一个最佳机会,让我们重现人类组织生理状况、模拟实际临床情况和研究新开发的医疗设备,以确立其有效性。”

事实上,当全球的目光被人工智能的话题牢牢吸引的时候,3D打印在医疗领域的发展情况同样值得关注。

Stratasys体素级3D打印解决方案基于PolyJet技术,包括GrabCAD Voxel Print软件与Stratasys J750 打印机,允许用户在CAD范围以外对设计进行立体像素级别的控制。GrabCAD Voxel Print 提供了一种全新的“设计到制造”架构,而 J750 3D打印机通过控制每个体素的材料配比、颜色值、肖氏硬度等,从而实现彩色3D打印产品的逼真外观,呈现出渐变色、木质纹理等特殊效果和不同材料特性的样件。

结合这款3D打印机本身,Stratasys还推出了三种新型材料——issueMatrix™、GelMatrix™和BoneMatrix™,可用于制作心脏、血管和整形外科方面的3D打印模型。Stratasys还发布了专门用于去除3D打印血管内部支撑材料的血管清洁机器。

中国首台高通量集成化生物3D打印机研发成功

Stratasys体素级3D打印模型图片

这款新型Stratasys 3D打印机也很适用于医疗设备公司,因为这些公司需要新方法来推广医疗技术和操作方式的应用;同时它也很适用于学术医疗中心,因为这些中心承受着越来越大的压力,需要在手术室外对外科医生进行培训,最大程度地降低患者风险。从基于时长的外科培训过渡到基于熟练度的评估,这套解决方案能提供有力的支持。

2017年11月23日,来自杭州、北京、上海、广州等地的科学家团队在杭州发布了我国首台高通量集成化生物3D打印机。该科研成果属于十三五国家重点研发计划“面向活体器械的功能材料与高通量集成化3D打印技术开发”项目运行第一年的成果,代表了我国生物3D打印设备的顶尖水平,也意味着我国相关领域的研究水平实现了从与国际先进水平“并跑”到“领跑”的跨越。

借助Stratasys J750 上的 GrabCAD Voxel Print,系统能够快速生成分辨率更高、复杂、精细且在外观、感觉及操作方面均完美接近成品的3D打印模型,进而满足设计师和制造商对于高度逼真的复杂、精细原型快速制作的强烈需求。

随着投资力度的加大,以及Stratasys与医疗从业者和设备制造商在医疗保健市场上的多项合作,这款J750数字解剖3D打印机成功问世。去年11月,Stratasys的J750、J735 3D打印机,以及Objet30 Prime 3D打印机已经通过了合作伙伴Materialize的验证,可与FDA批准的Materialize Mimics inPrint软件一起使用,制作用于患者照护的解剖模型。

该设备集纳了50多项技术创新和突破,关键技术创新为“离散制造微层析成像技术”,理论上成像深度不受限,高分辨率、非接触、无细胞损伤,可在线实时反馈控制打印参数,实现对3D打印产品无损质控,也为新药筛选提供了全新的解决方案,将推动中国新药创制与开发。

借助Stratasys体素级3D打印解决方案,不仅制作的3D模型极其精确、真实,设计师和工程师的自由创新能力更能够得以充分地释放,简化从设计到原型制作的工作流程,最终缩短产品开发周期与上市时间,非常适用于汽车、消费品及医疗等不同行业的原型制作,为设计验证、功能性测试和成型应用奠定更为坚实的基础。

Stratasys也正在与退伍军人卫生管理局紧密合作,将FDM和PolyJet技术应用于不同的医疗场景,其中包括颌骨重建手术,并成功地将手术时间减少了80-100分钟。此外,法国波尔多大学医院最近也将Stratasys J750整合到他们的手术操作过程中,用3D打印技术制作出非常逼真的透明和彩色患者肾脏模型,用于辅助复杂的肿瘤切除病例。

FDA批准的几款3D打印产品

Stratasys FDM TPU 92A弹性体材料

2017年6月,FDA批准了美国医疗器械公司SI-BONE生产的首款骶髂关节3D打印植入物产品iFuse-3D™,该产品是用于治疗骶髂关节疾病的的钛金属植入物,在骶髂关节病微创手术中植入人体。iFuse-3D™ 植入物表面的骨骼孔隙仿生结构由3D打印设备直接制造而成,在进行植入物设计与制造时孔隙率和孔径都可以得到精确的控制。

Stratasys面向其F123系列3D打印机所开发的FDM TPU 92A弹性体材料,是一种高弹的热塑性聚氨酯,肖氏硬度值为92,具有良好的柔韧性和拉伸性以及耐磨性和抗撕裂性。该弹性体材料经过了严格的高性能材料测试,F123系列打印的弹性体部件可拉长至原来的5倍,而与其水平最接近的竞品仅能拉长至原来的3.5倍。

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Stratasys FDM TPU 92A弹性体材料3D打印模型图片

iFuse-3D™ 3D打印骶髂关节植入物

该材料还采用了独有的真正可溶性支撑,部件制作完成后,可以轻松溶去支撑结构,并且整个打印过程无需人工介入,使客户的时间与人工成本得以大幅降低,最终实现单部件总成本远低于市场上的竞品。

2017年7月,FDA批准了OSSEUS的颈椎融合器Gemini-C,用于治疗退行性椎间盘疾病。这是一款利用3D打印技术由钛金属材料和PEEK材料制造的脊椎类植入物,既具有钛金属植入物所拥有的多孔钛结构,又具有PEEK 植入物所具有的射线透射和生物力学性能。

借助 F123 系列打印机和TPU 92A弹性体材料,用户可以快速、高效、精确地构建各种大型部件和含悬臂结构、空腔结构和复杂几何体的部件,设计小巧、简单的形状,并制造介于二者之间的一切部件,满足制造商对零件延伸率高、韧性卓越和设计自由的强烈需求。TPU 92A弹性体材料的典型应用包括柔性软管、导管、进气管、密封件、防护罩和减震器等。

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作为全球3D打印技术的领导者,Stratasys一直专注于凭借其领先的FDM和PolyJet技术为航空航天、汽车、医疗、消费品和教育等行业提供创新型增材制造解决方案,并日益成为重塑与变革制造业的重要推动力量之一。近30年来,Stratasys始终保持创新步伐,目前已获得或正在申请中的增材制造专利有1,200多项,在客户创建原型、制造工具和生产组件的整个生命周期中发挥着非常重要的价值。

OSSEUS的颈椎融合器Gemini-C

Stratasys是增材制造或3D打印技术的全球领导者,是FDM材料®和PolyJet™3D打印机的制造商。Stratasys的技术用于为航空航天、汽车、医疗保健、消费品和教育等行业创建原型、制造工具和生产组件。30年来,Stratasys的产品一直帮助制造商减少产品开发时间,降低成本并缩短产品上市时间,同时降低或消除加工成本并提高产品质量。Stratasys 3D打印解决方案和专业知识生态系统包括:3D打印机、材料、软件,专家服务和按需组件生产。网址:www.stratasys-china.com以及以及LinkedIn。

2017年10月,FDA又批准了两款3D打印脊柱植入物,其中一款是有美国脊椎器械制造商ChoiceSpine LP 公司生产的3D打印钛椎体植入物HAWKEYE Ti,另一款是由Nexxt Spine公司生产的NEXXT MATRIXX 3D打印脊柱植入物。NEXXT MATRIXX具有强大的射线成像性能,并且用于骨沉积的表面积与以往的脊柱植入物相比高达4倍,表面的纹理结构使骨细胞分化和表面骨整合增加。

Stratasys以及Stratasys signet是Stratasys公司和/或其子公司或附属公司所注册的商标。其他所有商标分别为各自所有者所拥有。

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ChoiceSpine 公司的HAWKEYE Ti 植入物

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Nexxt Spine公司的NEXXT MATRIXX植入物

世界首创的特殊3D打印塑料

英国Torc2公司开发了一种可以在低温下重塑的复合材料,这种柔软耐用的特殊塑料在37°C 的温度下是固体形状,在 55°C的温度下则会变得柔软,可以使3D打印出来的医疗器械在患者身体上发生形状改变,对于脑瘫和髋关节发育不良的患者来说,这种塑料可以用来制造夹板,同样也可以用作下肢假肢的可重塑衬垫。

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Stryker出资支持定制化植入物3D打印项目

2017年10月,国际骨科器械巨头Stryker和IMCRC出资共计1446万澳元支持澳大利亚的科研机构、大学和医院,共同发起了“Just In Time Implant ”项目,旨在通过3D打印技术、手术机器人和先进制造方式,为骨肿瘤患者快速制造定制化的植入物,改变医生手术治疗骨肿瘤的方式,改善患者和医疗保健的成果。

影像巨头GPS在3D打印领域的交锋

在北美放射学会年会2017上,飞利浦介绍了其最新版的综合性可视化平台 IntelliSpace Portal 10。这款软件嵌入了一个全新的3D建模应用程序,用DynaCAD提供高性能的图像分析解决方案。同时,该软件与全球顶尖的3D医疗设备制造商 Stratasys 的工作流程接口相连。此外,飞利浦在RSNA上还宣布了与3D Systems合作,后者推出了新的D2P技术,直接将影像数据转化为可直接打印的数字3D解剖模型。

西门子医疗在RSNA上宣布了与3D医疗制造商Materialise的新合作,将可供医院制作3D打印解剖模型的Materialise Mimics inPrint 软件融入自己的医学图像处理软件syngo.via 平台,来实现定制化的个人护理以及精准用药。

2017年8月,GE医疗经过长期研究将先进的计算机断层扫描设备等影像设备与3D打印技术相结合,推出了全新的可以与上下游对接设备高度兼容的AW4.7智汇工作站,来实现高效的医疗3D打印。12月7日,分别与光韵达、3D打印公司Stratasys签署在中国地区的独家战略合作协议,打造中国首个医疗3D打印整体解决方案,实现从医学影像到三维建模再到3D打印的无缝衔接,提升医疗机构的诊疗效率和患者的临床结果。

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