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从颅骨、胸肋骨到胡桃夹综合征,借助3D打印技术已完成上百例PEEK植入手术

时间:2023-12-05 13:23:31 来源:远铸智能 作者:远铸智能 浏览量:200
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近年来,PEEK在3D打印人体硬组织替代物领域的应用受到广泛关注。PEEK 材料的生物相容性和化学稳定性优异,密度和力学性能均与人体骨骼接近,是一种理想的骨替代物材料,也是替代骨科、脊柱和颅颌面等外科手术中金属植入物和假体的主要候选材料。与3D打印技术结合有望在骨科植入物领域得到广泛应用。远铸智能携手空军军医大学唐都医院的PEEK 3D打印先进医疗应用案例是这一领域的开拓性实践。



从颅骨、胸肋骨到胡桃夹综合征治疗的

PEEK 3D打印植入物


头颅重建手术


传统的颅骨植入手术通常使用硬度高、质量轻的钛合金网片来修复损伤或填补空隙。与此同时,医学界也在不断探寻新型医疗植入材料,更好地提升手术效果及患者术后体验。



颅骨植入方案


那么,是否有一种技术能最大程度满足手术需求?


空军军医大学唐都医院某患者患有头部肿瘤,需要进行颅骨植入手术来修复损伤区域。根据患者的CT扫描数据,医生使用CAD软件设计了一套“量身定做”的颅骨片结构。通过借助INTAMSYS远铸智能的3D打印技术,利用高性能PEEK材料进行FDM(熔融沉积建模)打印定制化颅骨片。手术中,医生根据设计方案精确植入颅骨片,成功修复了患者头颅的损伤区域。术后复查显示,颅骨片与患者的自然骨骼完美嵌合,无伪影问题,且患者术后恢复顺利。


多样化的手术植入物应用


2018年,唐都医院泌尿外科与空军军医大学3D打印研究中心使用PEEK人体仿生材料制造人体植入物,共同实施了世界上首例采用3D打印技术的胡桃夹综合征治疗手术。



INTAMSYS 远铸智能设备3D打印的胡桃夹PEEK植入体


空军军医大学3D打印研究中心打破传统,借助INTAMSYS 远铸智能的FDM/FFF 3D打印技术制作新式植入物,完成了多例PEEK胸肋骨置换手术。



采用远铸智能FUNMAT PRO 610进行3D打印的PEEK胸肋骨植入物 (左图所示)


迄今为止借助3D打印技术已完成上百例PEEK植入手术,患者术后均有所好转。


与3D打印结合激发PEEK材料新潜力


随着医疗植入物从旧式标准型大规模生产向患者匹配型及定制化植入物生产的转变,3D打印在医疗植入物制造行业中占据了重要地位,3D打印技术为批量生产患者匹配型与小规模定制化PEEK 植入物生产带来了可行性。


基于材料挤出工艺的FDM/FFF 3D打印技术,是其中一种相对传统制造方式而言经济、高效的小批量生产方式。例如,在上述唐都医院的头颅重建手术应用中,医疗团队通过远铸智能的FDM/FFF 3D打印技术制造为患者“量身设计”的PEEK 植入物,颅骨片与患者的自然骨骼完美嵌合,有助于患者的术后恢复。


而借助增材制造-3D打印技术在制造复杂设计结构的优势,为从设计层面上改善PEEK 材料的生物活性具有积极作用。例如,3D打印技术能够成就具有互连和集成的多孔结构,促进PEEK 植入物的骨整合,改进X射线检查效果,实现与人体松质骨紧密匹配的弹性模量。


PEEK FDM/FFF 3D打印的挑战


制造装备和工艺的稳定性是PEEK 3D打印医疗植入物走向产业化应用的必要条件之一。由于PEEK的高熔点,而需要高的热处理条件。升高的加工温度与PEEK的高结晶速度相结合会导致过大的热应力(打印层之间分布不均匀),并可能导致热裂纹,3D打印PEEK部件中的层间附着力差和部件翘曲。因此,PEEK FDM/FFF 3D打印远比很多工程塑料、通用塑料的过程复杂和具有挑战性,需要通过专业的制造技术,以及适合PEEK 材料的FDM 3D打印设备,来开发高质量的PEEK 3D打印零件。


高性能材料3D打印本质上是对高分子材料的热加工,3D打印设备的腔室热设计及适合的腔室温度将增强高分子材料层间结合强度,并减少因为冷却以及残余应力而导致的收缩和变形。不同材料在材料挤出3D打印过程中对于腔室温度要求不一,3D打印PEEK高性能材料所需的腔室温度需要达到150-250℃。



以远铸智能的FUNMAT PRO 610HT 高性能材料3D打印设备为例,该设备具有全封闭式成型腔室,3D打印平台与腔室温度控制范围为室温至300℃,设备通过双侧循环热风道控制腔室加温,同步加热打印床温度,外部搭配加厚保温层减少热量散失,达到预设温度并经过一段时间稳定后,整个腔室内部温度场高度均一,温控精度在300℃±2.5%范围内。正因其出色的高温性能,远铸智能的FUNMAT PRO 610HT 3D打印设备主要被用于PEEK、ULTEM、PPSU等高附加值材料的增材制造,并能够满足市面上绝大多数FDM/FFF材料的3D打印需求。相比在普通3D打印机仅通过打印平台加热的方式,FUNMAT PRO 610HT 可以进一步保证3D打印部件第一层与打印平台有高强度粘接力,且使材料在3D打印过程中各部位受热温度均匀,有利于大尺寸样品成型,避免翘曲等情况,为PEEK材料的高质量3D打印提供了良好保障。


无论是颅骨、胸骨还是胡桃夹综合症治疗,定制化的植入方案将更加精准和高效,为患者提供更好的治疗体验和恢复效果。3D打印技术也不停地为骨骼重建、义肢制造等其他医疗领域提供更多的创新和突破。我们相信,未来的医疗领域将充满着3D打印技术所带来的无限可能性。

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