定制式3D打印关节置换植入物，ConforMIS与强生、Smith＆Nephew等巨头争夺市场蛋糕

Original: 程小琴动脉网 2019-06-30

当地时间4月15日，美国《科学进展》杂志发布文章表示，以色列研究人员以患者的人体脂肪组织为原材料，利用3D打印技术成功制作出世界首颗结构完整的心脏。这颗心脏大小与樱桃相仿，有细胞、血管、心室和心房，细胞有收缩功能，但还不具备泵血能力。

对人类来说，尽管这颗心脏还太小，但这项被视作医学领域“重要突破”的技术，有望在未来帮助人类治疗心血管疾病。

不过，在3D打印心脏技术完全成熟以前，我们依然能够期待3D打印技术在医疗行业其他细分领域所发挥的作用，比如3D打印关节置换植入物。

一个患者，一个植入物

随着人口老龄化的加剧和肥胖率的上升，骨关节炎困扰着越来越多的人，关节置换植入物也随之成为老年健康市场的重要需求。但是市场上现有的关节置换植入物大多是标准化、批量式生产，无论是植入物的尺寸、规格，还是形状，可供外科医生和患者选择的余地都很小。

患者接受植入手术时，外科手术医生通常要在患者身上切除部分骨骼组织，以适应植入物。接受手术后，患者需要经历较长的疼痛期和六周左右的恢复期，且行动力受限，无法恢复到与手术前相同的体力活动。

“一个患者，一个植入物”。美国医疗技术公司Conformis以此为愿景，利用3D打印技术，开发、制造和销售定制化关节置换植入物。换言之，Conformis通过专有的图像到植入的技术平台iFit™以及3D打印技术，为每一位有需求的患者打造量身定制的关节置换植入物。

也因为这个愿景，这家公司的名字和产品名字都有一定渊源。据说，Conformis是由“微创手术”的英文缩写“MIS”演化而来，而Conformis每一款产品都以“个性化”（individuation）为名，即每款产品的名字都以“i”开头。

“我们的公司始于从一个简单的想法：让关节置换植入物适应患者，而不是强迫患者适应植入物。”Conformis现任首席执行官兼总裁Mark Augusti如此说道。

Conformis成立于2004年3月，由医学博士Philipp Lang在加利福尼亚州创立。公司成立后，Philipp Lang出任公司董事长兼董事会主席，负责公司战略制作以及产品开发的优先事项制定。

创业之前，Philipp Lang曾是波士顿布莱根妇女医院肌肉骨骼放射科主任。同时，他在医疗器械行业拥有广泛背景，在美国和其他国家申请了80多项个人发明专利。Conformis赖以生存的核心技术便是由Philipp Lang开发而来。

Conformis首席执行官曾由医学博士Patrick Hess担任。在他领导Conformis期间，该公司推出了iJig™手术交付系统，3个患者特异性膝关节植入物，包括iForma™、iUni™和iDuo™，产品获得了6个FDA许可和2个CE认证。

在带领公司从研发阶段走向产品落地，并迎来创收后，Patrick Hess于2008年辞去Conformis首席执行官一职。创始人Philipp Lang亲自接棒，身兼公司董事长、首席执行官、总裁等多个领导职务。也是在这一年，Conformis总部由加利福尼亚州搬迁至马萨诸塞州。

在Philipp Lang执掌公司期间，Conformis于2015年7月在纳斯达克上市，公开发行900万股股票，每股价格为15美元，共募资1.35亿美元，股票交易代码为CFMS。

2016年11月，业内资深人士Mark Augusti加盟Conformis，从创始人Philipp Lang手中接任首席执行官兼总裁。Philipp Lang退居幕后，成为公司董事会成员。

Conformis首席执行官兼总裁Mark Augusti（图片来自公司官网）

27年的职业生涯里，Mark Augusti曾在GE、Smith＆Nephew、Bioventus LLC以及Integra LifeSciences Corporation等公司担任领导职务。他在战略管理、营销等企业管理方面，以及医疗技术，特别是骨科的执行管理方面拥有丰富经验。

以图像到植入技术为核心

尽管掌门人几经变换，但Conformis继续秉持初念，以iFit™技术为核心，致力于为用户量身定制3D打印关节置换植入物。

Conformis的图像到植入技术平台iFit包含3个元素：iFit Design、iFit Printing和iFit Just-in-Time。

iFit Design根据术前拍摄的患者MRI或CT扫描数据，重建患者内侧、外侧和髌股间室三条独立的解剖曲线，纠正畸形，并生成患者膝关节的三维模型，设计完全符合患者需要修复区域的植入物和一次性患者专用仪器（iJigs）。

同时，iFit Design将患者独特的解剖结构测量数据转化成全面、个性化的术前计划，并在手术前上传到与iFit技术平台相连接的应用程序。外科医生为患者进行手术前，可通过该计划获得患者骨骼表面的3D图像、植入物的位置以及关键切口的手术指导等信息。

iFit Printing是三维（3D）打印技术，用于制造植入物和一次性专用仪器。3D打印的置换植入物会完全契合目标位置，在iFit™技术平台的导航指引下，外科医生通过手术将之进行匹配后，后续不用进行其他调整，如改动植入物或者切除患者骨骼组织等。

这一技术不仅减少了手术实施所需要的时间，患者在术后也不用经历因植入物尺寸或形状不适合而导致的长时间疼痛。

iFit Just-in-Time具有实时制造和交付的功能，可以显著提高医院的手术效率。Conformis通过与医院、诊所等医疗结构合作，承接产品订单。产品制作完成后，Conformis将关节置换手术所需的一切用品，如针对患者特制的植入物、一次性手术器械等都放置于iJig Instrumentation交付系统中，在手术前统一交付给医疗机构。

iJig Instrumentation能够减少库存需求，且简化医疗人员工作流程（图片来自Conformis官网）

iFit™技术平台打造的产品具有经标准化、批量式生产的关节置换植入物不可替代的优势。

对患者来说，契合患者骨骼结构的植入物，遵循患者关节的独特形状和轮廓，更适合他们的关节结构，性能更为稳定，也降低了因重复使用器械而交叉感染的风险；同时Conformis的关节置换系统能够最大限度地保留患者原有的骨骼组织，减少了术后疼痛时间，也缩短了患者的恢复时间。

对医院、门诊或其他医疗机构而言，Conformis直接将事先消毒且贴有患者标签的工具包运送到手术中心，量身定制的特性决定了手术中所涉及的植入物和手术工具皆根据患者的独特数据3D打印而成，医疗机构无需为手术储备多余库存。

外科医生进行手术时，只需打开该患者的手术套件，简单布置即可，简化了他们准备手术的流程。同时，Conformis交付过来的工具包包含了术前计划（iView），对外科医生具有指导意义，可以减少所需的手术步骤，提高手术的精确度。

对于Conformis本身来说，按需生产的模式有利于资金更快地运转，并促使公司在不断改进现有产品的同时，开发新产品，丰富产品组合。

打造关节置换植入物产品矩阵

纵观Conformis十多年的发展史，我们可以看出，该公司既没有大规模的收购行为，也很少与其他企业建立合作伙伴关系。

而Conformis敢于单打独斗的最大底气莫过于其拥有核心技术专利。在图像到植入的技术平台iFit的支持下，Conformis已开发出一系列微创骨骼和软骨保护性膝关节植入物和仪器，旨在解决骨关节炎各个阶段的问题，产品包括iTotal、iUni、iDuo、iPoly、iPoly XE等。

其中，Conformis的iTotal系列产品包含了手术所需器械、定制的切割块和膝关节植入物，目前该系列产品有两款，即iTotal®CR和iTotal®PS。相比于标准化、批量生产的膝关节置换植入物，iTotal系列全膝关节置换系统的每一个股骨和胫骨植入物都是为患者量身定制。

该系列产品的股骨和胫骨植入物模仿了用户膝盖的形状、弯曲角度和延伸方式，根据用户膝盖的独特解剖结构，为用户的膝关节提供特定的贴合度，并针对畸形问题进行矫正，以避免悬垂、覆盖不足以及尺寸不合适等问题。

按照Conformis的说法，iTotal CR是目前市场上唯一一款十字固定全膝关节置换植入物，于2011年推出，Conformis分别在2012年、2013年和2015年对iTotal CR进行了更新升级。iTotal CR包括植入股骨、股骨托盘、两个内侧和外侧聚乙烯胫骨托盘，以及聚乙烯髌骨，其中胫骨托盘作为缓冲垫，被插入股骨和胫骨组件之间。

与传统关节置换植入物相比，iTotal CR有更优越的临床效果和更高的患者满意度，因而这款产品也是Conformis的畅销品。

iTotal CR全膝关节置换植入物是Conformis的畅销品（图片来自Conformis官网）

据Conformis官网显示，在医学博士William Kurtz的一项研究中，使用iTotal CR关节置换植入物时，骨切除术的平均总量比使用现成植入物进行骨切除术的平均总量少27%。这意味着，使用iTotal CR关节置换系统，患者在手术过程中被切除的骨骼数量更少。

iTotal PS是后部稳定全膝关节置换植入物，于2015年推出，2016年3月份正式上市推广。与iTotal CR相比，iTotal PS不仅采用了前者所有涵盖的元素，还为患者提供带金属凸轮的股骨植入物，这一改进有利于提高植入物的稳定性。此外，iTotal PS的聚乙烯胫骨托盘还包含一个塑料脊柱，可以减少部件磨损和撞击导致的机械问题。

据了解，这款产品一经推出，很快在膝关节置换市场上获得了大部分份额。

iTotal PS是唯一真正定制的后稳定全膝关节置换术（图片来自Conformis官网）

iUni和iDuo是定制式部分膝关节置换植入物，这两款产品有利于患者膝盖恢复自然形状，使膝盖具有自然的感觉和移动的潜力。它们也被定义为保留双十字韧带的膝关节置换系统。因为外科医生可以同时为患者保留前交叉韧带（ACL）和后交叉韧带（PCL）。

其中iDuo是双室膝关节置换植入物。iDuo于2007年被推出，2010年二代iDuo被推出。iDuo包括一个股骨植入物、一个胫骨托盘、一个聚乙烯胫骨托盘插入物和一个聚乙烯髌骨。

iUni是单室膝关节置换植入物，用于治疗膝关节内侧或外侧间室疼痛。iUni同样于2007年被推出，2009年，iUni第二代产品被推出。iUni包括一个股骨植入物、一个胫骨托盘和一个聚乙烯胫骨托盘插入物。

定制式部分膝关节置换植入物iUni和iDuo（图片来自Conformis官网）

以iPoly和iPoly XE两种聚乙烯材料制作的股骨和胫骨组件之间的缓冲垫，针对患者独特的骨骼形状，单独制造，起托盘作用。这两种材料具有坚固耐用的特点，能够降低材料磨损率，提高植入物的使用寿命。

Conformis采用的聚乙烯材料：iPoly和iPoly XE（图片来自Conformis官网）

作为现有产品线的补充，Conformis的髋关节置换系统iTotal Hip于2017年6月获得美国FDA 510（K）的上市许可，2018年7月被推出，是市场上唯一一款采用3D成像技术设计的全髋关节置换系统，可提供阀杆和髋臼杯的尺寸。

Conformis首席执行官兼总裁Mark Augusti表示，“FDA对iTotal Hip的批准，证明了我们专有的图像到植入技术平台iFit拥有开拓其他关节产品的能力。同时，个性化置换植入手术将成为趋势，患者也值得获得个性化治疗。”

除了膝关节和髋关节置换植入物，Conformis还计划将产品触角伸至肩部、四肢和脊柱等部位，意图打造骨科多个细分部位的定制和非定制互补型植入物，以扩大产品组合。

市场份额不到1%到成功跻身巨头之列

如果只关注Conformis的产品线，再加上上市公司的背景，似乎很容易让人相信，Conformis正凭借其核心技术在关节植入物市场如鱼得水。

事实上，Conformis这一路走来，历经了重重挫折：公司核心技术遭人质疑，产品曾在7年内历经5次召回，还曾与Smith＆Nephew陷入专利纠纷。更为重要的是，多年来，Conformis一直未能盈利。

所幸，Conformis最终用产品实力证明了自己。

骨科领域的权威机构——英国骨科数据评估小组（ODEP）根据三年内植入物在患者体内的生存率和性能数据，以及英国国家联合登记处所展示的低修订率，将iTotal CR评为“3A”级。Conformis所有的关节置换产品也都通过了FDA批准或CE认证。

截至2018年底，Conformis已卖出9万多个膝关节置换植入物，包括7万多个全膝关节置换植入物和2万多个部分膝关节置换植入物。最新开发的iTotal Hip尚未在市场上大规模推广，但截至2019年2月底，已有超过25名外科医生为患者植入了200多个iTotal Hip全髋关节置换系统。

至于与Smith＆Nephew之间的专利纠纷，最终也以双方和解结局。根据和解协议，Smith＆Nephew需向Conformis支付1050万美元，并且双方还签订了专利的有限交叉许可协议。

对于Conformis来说，其他种种都是小事，一直未能盈利才是它最大的遗憾。

由于产品极具个性化，Conformis生产定制植入物的成本是同行的两倍，价格却与同行产品相当。这意味着，Conformis的产品回报率要低于同行。

为此，Conformis于2018年底宣布进行战略调整：集中资源优先开发有市场影响力的iTotal系列膝关节植入物和新开发的髋关节植入物Hip System，同时公司裁员10%，将债务从3000万美元降低到1500万美元。

Conformis首席执行官Mark Augusti对此表示，“希望通过这些行动，公司可以在2021年实现盈利。”

剥离累赘业务，降低雇员成本，轻装上阵的Conformis正在迎接高光时刻。毕竟，从行业发展趋势来看，定制式3D打印关节置换植入物的市场规模，正随着3D打印技术的日益成熟，以及患者对定制式植入物需求的增长而扩大。

根据Credence Research发布的全球膝关节植入物市场报告，预计到2025年，全球膝关节植入物市场价值将达到135亿美元。

就连批量生产不同尺寸的“现成”植入物的主要参与者Zimmer Biomet Holdings、Stryker Corp、强生旗下的DePuy Synthes以及Smith＆Nephew等公司，也先后利用3D打印技术推出了定制生产关节置换植入物的业务，以维持其市场地位。

2016年3月，Smith＆Nephew推出了带有CONCELOC技术的REDAPT髋臼全多孔杯，这是该公司首款3D打印钛髋植入物。这种3D打印装置的全多孔结构模仿骨骼结构，用于支撑骨骼向内生长，因此可以更好地固定植入物。

继Smith＆Nephew之后，Stryker Corp于2018年3月推出了他们的第一个3D打印髋关节植入物Trident II髋臼系统。植入物同样模仿了骨骼结构，并承诺提供许多临床益处，例如改善关节稳定性和运动范围。在此之前，Stryker Corp的膝关节植入物产品组合也包括许多3D打印组件，如髌骨和胫骨基板等。

投资银行Canaccord Genuity的医疗设备分析师William J. Plovanic曾表示，Zimmer Biomet Holdings、Stryker Corp、Johnson＆Johnson's DePuy Synthes和Smith＆Nephew四家企业，已占领关节置换植入物市场超过90%的市场份额。

如今，专注于3D打印定制式关节置换植入物的Conformis斜刺插入，在全球范围内与上述巨头争夺市场份额。从当初市场份额不足1%，到如今该领域与巨头在齐头并进，Conformis正凭借其强大的市场扩张能力，将业务遍布美国、德国、英国、奥地利、爱尔兰、瑞士、新加坡、香港、马来西亚、摩纳哥、匈牙利、西班牙以及澳大利亚等地。

在图像到植入的核心技术支持下，Conformis能否在初心不变的前提下，找到合适的盈利模式，并走得更远，值得我们期待。

国内3D打印从技术引进转向自主研发

当国外企业在3D打印市场争相竞逐时，国内3D打印市场也在悄然发酵。

上世纪80年代后期，我国将3D打印技术引入医疗行业。初期，3D打印技术在医疗行业的作用是帮助医生建立三维病变模型，用于手术前规划、与患者沟通。国内企业通过技术引进与合作等方式切入3D打印市场，西安铂力特是国内最早一批关注金属3D打印植入物的公司之一。

随着3D打印技术的发展，以及该技术与医疗行业的深度结合，3D打印在我国逐步涉足口腔修复、定制化假肢、手术导板以及植入物的制造。

目前，国内已有大批企业入局，即刻叁·医疗、浙江德尔达医疗切入术前规划，博恩生物、普林特切入口腔修复，爱康医疗、艾科赛龙涉足骨科植入物等等。其中，爱康医疗采用电子束选区熔化（EBSM）技术制造髋关节、椎体等骨科植入体，成功取得CFDA医疗注册证书。

四川蓝光英诺生物科技股份有限公司是国内专注于生物3D打印的代表性企业，其以干细胞应用技术研发为主，公司研发团队已经成功研制出3D生物打印血管并成功植入恒河猴体内，未来该公司将加快推进干细胞技术走向临床，应用于器官修复和组织再造。

2018年1月5日，天津清研智束科技有限公司发布了最新一代开源电子束金属3D打印机QbeamLab，这标志着我国在EBSM领域取得了突破性成果，也意味着我国3D打印技术自主化增强，正逐步缩小与国外的技术差距。

据3D打印市场研究公司SmartTech Market的数据显示，北美地区在全球医疗3D打印市场的占比最高，达到39.7%，欧洲地区居其次，而亚太地区占比偏低，仅为14.4%。但是，随着亚太地区经济发展水平的提高和3D打印技术在医疗行业的逐步推广，亚太地区将成为增长最快的医疗3D打印市场。

中国作为亚太地区最大的医疗消费国家，医疗3D打印市场发展潜力巨大。国内3D打印已有与生物医学相融合的趋势，未来，我国或能实现细胞组织等简单活性组织打印，甚至能实现肝脏、心脏等复杂器官组织的打印。

文 | 程小琴

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