從顱骨、胸肋骨到胡桃?jiàn)A綜合征，借助3D打印技術(shù)已完成上百例PEEK植入手術(shù)
上海2023年6月26日 /美通社/ -- 近年來(lái)，PEEK在3D打印人體硬組織替代物領(lǐng)域的應(yīng)用受到廣泛關(guān)注。PEEK 材料的生物相容性和化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)異，密度和力學(xué)性能均與人體骨骼接近，是一種理想的骨替代物材料，也是替代骨科、脊柱和顱頜面等外科手術(shù)中金屬植入物和假體的主要候選材料。與3D打印技術(shù)結(jié)合有望在骨科植入物領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。遠(yuǎn)鑄智能攜手空軍軍醫(yī)大學(xué)唐都醫(yī)院的PEEK 3D打印先進(jìn)醫(yī)療應(yīng)用案例是這一領(lǐng)域的開拓性實(shí)踐。
從顱骨、胸肋骨到胡桃?jiàn)A綜合征治療的PEEK 3D打印植入物
頭顱重建手術(shù)
傳統(tǒng)的顱骨植入手術(shù)通常使用硬度高、質(zhì)量輕的鈦合金網(wǎng)片來(lái)修復(fù)損傷或填補(bǔ)空隙。與此同時(shí)，醫(yī)學(xué)界也在不斷探尋新型醫(yī)療植入材料，更好地提升手術(shù)效果及患者術(shù)后體驗(yàn)。
顱骨PEEK植入導(dǎo)板方案圖片
那么，是否有一種技術(shù)能最大程度滿足手術(shù)需求？
空軍軍醫(yī)大學(xué)唐都醫(yī)院某患者患有頭部腫瘤，需要進(jìn)行顱骨植入手術(shù)來(lái)修復(fù)損傷區(qū)域。根據(jù)患者的CT掃描數(shù)據(jù)，醫(yī)生使用CAD軟件設(shè)計(jì)了一套“量身定做”的顱骨片結(jié)構(gòu)。通過(guò)借助INTAMSYS遠(yuǎn)鑄智能的3D打印技術(shù)，利用高性能PEEK材料進(jìn)行FDM（熔融沉積建模）打印定制化顱骨片。手術(shù)中，醫(yī)生根據(jù)設(shè)計(jì)方案精確植入顱骨片，成功修復(fù)了患者頭顱的損傷區(qū)域。術(shù)后復(fù)查顯示，顱骨片與患者的自然骨骼完美嵌合，無(wú)偽影問(wèn)題，且患者術(shù)后恢復(fù)順利。
多樣化的手術(shù)植入物應(yīng)用
2018年，唐都醫(yī)院泌尿外科與空軍軍醫(yī)大學(xué)3D打印研究中心使用PEEK人體仿生材料制造人體植入物，共同實(shí)施了世界上首例采用3D打印技術(shù)的胡桃?jiàn)A綜合征治療手術(shù)。
空軍軍醫(yī)大學(xué)3D打印研究中心打破傳統(tǒng)，借助INTAMSYS遠(yuǎn)鑄智能的FDM/FFF 3D打印技術(shù)制作新式植入物，完成了多例PEEK胸肋骨置換手術(shù)。
采用遠(yuǎn)鑄智能FUNMAT PRO 610進(jìn)行3D打印的PEEK胸肋骨植入物
迄今為止借助3D打印技術(shù)已完成上百例PEEK植入手術(shù)，患者術(shù)后均有所好轉(zhuǎn)。
與3D打印結(jié)合激發(fā)PEEK材料新潛力
隨著醫(yī)療植入物從舊式標(biāo)準(zhǔn)型大規(guī)模生產(chǎn)向患者匹配型及定制化植入物生產(chǎn)的轉(zhuǎn)變，3D打印在醫(yī)療植入物制造行業(yè)中占據(jù)了重要地位，3D打印技術(shù)為批量生產(chǎn)患者匹配型與小規(guī)模定制化PEEK 植入物生產(chǎn)帶來(lái)了可行性。
基于材料擠出工藝的FDM/FFF 3D打印技術(shù)，是其中一種相對(duì)傳統(tǒng)制造方式而言經(jīng)濟(jì)、高效的小批量生產(chǎn)方式。例如，在上述唐都醫(yī)院的頭顱重建手術(shù)應(yīng)用中，醫(yī)療團(tuán)隊(duì)通過(guò)遠(yuǎn)鑄智能的FDM/FFF 3D打印技術(shù)制造為患者“量身設(shè)計(jì)”的PEEK 植入物，顱骨片與患者的自然骨骼完美嵌合，有助于患者的術(shù)后恢復(fù)。
而借助增材制造-3D打印技術(shù)在制造復(fù)雜設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，為從設(shè)計(jì)層面上改善PEEK 材料的生物活性具有積極作用。例如，3D打印技術(shù)能夠成就具有互連和集成的多孔結(jié)構(gòu)，促進(jìn)PEEK 植入物的骨整合，改進(jìn)X射線檢查效果，實(shí)現(xiàn)與人體松質(zhì)骨緊密匹配的彈性模量。
PEEK FDM/FFF 3D打印的挑戰(zhàn)
制造裝備和工藝的穩(wěn)定性是PEEK 3D打印醫(yī)療植入物走向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的必要條件之一。由于PEEK的高熔點(diǎn)，而需要高的熱處理?xiàng)l件。升高的加工溫度與PEEK的高結(jié)晶速度相結(jié)合會(huì)導(dǎo)致過(guò)大的熱應(yīng)力（打印層之間分布不均勻），并可能導(dǎo)致熱裂紋，3D打印PEEK部件中的層間附著力差和部件翹曲。因此，PEEK FDM/FFF 3D打印遠(yuǎn)比很多工程塑料、通用塑料的過(guò)程復(fù)雜和具有挑戰(zhàn)性，需要通過(guò)專業(yè)的制造技術(shù)，以及適合PEEK 材料的FDM 3D打印設(shè)備，來(lái)開發(fā)高質(zhì)量的PEEK 3D打印零件。
高性能材料3D打印本質(zhì)上是對(duì)高分子材料的熱加工，3D打印設(shè)備的腔室熱設(shè)計(jì)及適合的腔室溫度將增強(qiáng)高分子材料層間結(jié)合強(qiáng)度，并減少因?yàn)槔鋮s以及殘余應(yīng)力而導(dǎo)致的收縮和變形。不同材料在材料擠出3D打印過(guò)程中對(duì)于腔室溫度要求不一，3D打印PEEK高性能材料所需的腔室溫度需要達(dá)到150-250攝氏度。
INTAMSYS FUNMAT PRO 610HT
以遠(yuǎn)鑄智能的FUNMAT PRO 610HT高性能材料3D打印設(shè)備為例，該設(shè)備具有全封閉式成型腔室，3D打印平臺(tái)與腔室溫度控制范圍為室溫至300攝氏度，設(shè)備通過(guò)雙側(cè)循環(huán)熱風(fēng)道控制腔室加溫，同步加熱打印床溫度，外部搭配加厚保溫層減少熱量散失，達(dá)到預(yù)設(shè)溫度并經(jīng)過(guò)一段時(shí)間穩(wěn)定后，整個(gè)腔室內(nèi)部溫度場(chǎng)高度均一，溫控精度在300攝氏度正負(fù)2.5%范圍內(nèi)。正因其出色的高溫性能，遠(yuǎn)鑄智能的FUNMAT PRO 610HT 3D打印設(shè)備主要被用于PEEK、ULTEM、PPSU等高附加值材料的增材制造，并能夠滿足市面上絕大多數(shù)FDM/FFF材料的3D打印需求。相比在普通3D打印機(jī)僅通過(guò)打印平臺(tái)加熱的方式，F(xiàn)UNMAT PRO 610HT 可以進(jìn)一步保證3D打印部件第一層與打印平臺(tái)有高強(qiáng)度粘接力，且使材料在3D打印過(guò)程中各部位受熱溫度均勻，有利于大尺寸樣品成型，避免翹曲等情況，為PEEK材料的高質(zhì)量3D打印提供了良好保障。
無(wú)論是顱骨、胸骨還是胡桃?jiàn)A植入，定制化的植入方案將更加精準(zhǔn)和高效，為患者提供更好的治療體驗(yàn)和恢復(fù)效果。3D打印技術(shù)也不停地為骨骼重建、義肢制造等其他醫(yī)療領(lǐng)域提供更多的創(chuàng)新和突破。我們相信，未來(lái)的醫(yī)療領(lǐng)域?qū)⒊錆M著3D打印技術(shù)所帶來(lái)的無(wú)限可能性。
