北京大学第三医院刘忠军教授团队牵头研发的“3D打印钛合金骨科植入物的临床应用与关键技术研究”项目（完成单位：北京大学第三医院、北京爱康宜诚医疗器材有限公司、北京大学工学院，完成人：刘忠军,蔡宏,王彩梅,郑玉峰,张克,刘晓光,张卫平,田华,韦峰,姜亮,孙垂国,孙宇,成艳,李健,刘爱国）获得“2018年度北京市科学技术奖一等奖”。

脊柱和髋关节等疾病给患者造成严重的病痛及功能障碍，甚至威胁生命。全球骨科植入物市场2017年超过450亿美元，发展中国家的年增长率超过20%。强生、捷麦邦美、史塞克等医疗器械生产企业几乎垄断了全球中高端市场。在我国，这些国际公司一方面通过不断收购国内企业以实现垄断经营；另一方面通过其技术优势获得产品定价权，不断抬高产品价格，获取高额利润，这也直接推升了人民群众不断增长的医疗支出。例如，进口人工椎体在中国市场的销售价格平均约2.5万元/个，人工关节3万元/套。进口产品占据了85%的市场份额，而为数不多的国产企业以仿制为主，缺少创新，工艺质量落后，生存艰难。从技术角度而言，既往的植入物无论是传统涂层的关节假体还是依赖植骨的钛网，都难以实现与宿主骨有效整合和良好支撑，更无法获得人体解剖形态的精确匹配。特别是对长节段、大跨度脊柱肿瘤和髋关节严重骨缺损疑难病症，尚未有满意的骨科植入物和临床治疗方案，与此相关的植入材料与骨组织的整合机理尚不明确，高端产品研发陷入瓶颈。

北京大学第三医院、北京爱康宜诚医疗器材有限公司、北京大学从2010年展开深入合作，共同开发了基于金属3D打印（EBM）技术，具有完全独立自主知识产权，革新性理念与国际先进水平的钛合金金属骨小梁（TTM）系列骨科植入式医疗器械（图1）；并在多孔金属材料/骨组织界面整合方面进行深入研究（图2）；同时也着力推进我国3D打印医疗应用的全产业链发展。

项目立足于3D打印钛合金骨科植入物的临床应用与关键技术研究，从临床实际问题出发，对其存在的科学难题进行系统分析，结合3D打印技术，最终实现骨科植入物创新产品的研发和临床应用。具体思路：采集病患CT等影像信息，建立“患者-医生-工程师”深度交互平台，借助医工交互软件，实现医生和工程师在线三维设计，随后应用3D打印技术，通过数字化控制，直接将钛合金粉末短时间打印出所需结构和孔径的钛合金骨科植入物，并最终完成临床应用。

此过程可实现疾病治疗的精准化、个体化，创新的植入假体结合创新的手术方案，一方面使以往难以治疗的疑难疾病获得有效治疗，另一方面使很多常见疾病的疗效显著提高。同时开展的3D打印多孔钛合金/骨组织界面整合机理研究，对材料进行表面处理，提升产品性能，最终推出具有自主知识产权的骨科3D打印植入产品，进行规模化生产和应用，开辟了中国骨科3D打印植入假体临床应用的新纪元。本项目研发的产品实现了高端髋关节植入物的国产化，达到国际先进水平；3D打印脊柱植入物达到国际领先水平。