3D打印骨骼在醫(yī)療骨科領(lǐng)域的應(yīng)用探索

2020-09-02 08:51

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人們因意外或疾病而骨折或失去骨骼的情況并不少見。作為一種治療方法,醫(yī)生從捐獻者那里植入骨移植或骨組織碎片,用金屬絲和螺絲固定在適當?shù)奈恢?,可以幫助身體再生健康的骨骼結(jié)構(gòu)。


不幸的是,這一進程有一些明顯的缺陷。首先,植骨必須切割,才能準確地適應(yīng)舊骨的位置。第二,如果在手術(shù)中插入金屬板或腳手架,通常需要手術(shù)切除。最后,對于那些丟失大量骨頭的人來說,比如在手臂或腿部,通常**的選擇就是截肢。

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3D打印骨骼可以改變所有這一切,使這一過程更加自然且方便。醫(yī)生將不再需要從另一根骨頭中取出骨移植或?qū)ふ乙粋€供骨者:他們可以簡單地掃描該區(qū)域,并對新骨的結(jié)構(gòu)進行建模。

用技術(shù)三維掃描通過建模,每個植入物都可以精確地與病人的骨骼形成。生產(chǎn)速度也是很重要的,當尋找拯救一個肢體,這是另一個原因,3D打印是一個很好的候選解決方案。


一旦通過3D打印機制作出來,骨頭就可以植入病人體內(nèi)。理想情況下,骨移植會隨著新骨的生長而溶解,從而減少更多手術(shù)的需要。雖然這樣的骨骼可以用類似于天然骨的化合物打印出來,但研究人員也在研究在其他具有特殊性能的材料中打印骨骼。


3D打印顱骨植入物

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總部設(shè)在歐洲的西羅專業(yè)生產(chǎn)患者種植體,包括3D打印骨種植體。在對病人進行CT掃描的基礎(chǔ)上,工程師們與外科醫(yī)生一起設(shè)計植入物,使它們完全吻合在合適的位置。


這家荷蘭公司正在開發(fā)一種類似骨的3D打印材料,這種材料含有磷酸鈣,磷酸鈣是天然骨中的一種主要化合物。因此,它最終將與病人的現(xiàn)有骨骼合并并成為其一部分。這個CT骨3D打印材料使植入物能夠模仿真實骨骼的孔隙度。


這個過程還在測試中,還沒有可用,但它顯示出很大的潛力。臨床前的研究表明,在24周內(nèi),種植體與病人的骨融合.后來的分析顯示,在移植過程中,骨組織甚至骨髓開始形成。雖然這個項目自2018年以來沒有任何新聞更新,但我們將密切關(guān)注。


超彈性3D打印骨骼

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材料科學(xué)家西北大學(xué)在伊利諾伊州,一種新的3D打印材料被稱為“超彈性骨“(HB)。這種柔性材料是非常有益的,因為它可以被切割,軋制,并易于使用。因此,這種材料在手術(shù)中很容易植入。


Hb是由90%以上的羥基磷灰石組成的,這是一種能增強真實骨硬度的化合物。結(jié)合一種特殊的聚合物,這種脆性材料成為一種靈活但一致的物質(zhì)。它充當支架,以其孔隙度和吸光度鼓勵血管和細胞的生長。


這種材料是很有希望的,因為它將是骨移植問題的廉價解決方案。它是負擔得起的制造,可以在室溫下3D打印,并存儲長達一年。例如,發(fā)展中國家的醫(yī)院可以在不需要昂貴的制冷系統(tǒng)的情況下使用這種材料。


2019年a研究有顱骨缺損的活老鼠。Hb具有良好的骨再生能力,8周后與其他自體骨種植體相比,有效率約74%。



3D打印骨支架

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紐約大學(xué)的科學(xué)家們也在開發(fā)他們自己的3D打印骨骼。他們的目標是幫助那些需要幫助的人,如患有頭骨畸形的兒童或需要骨支架的退伍軍人。


腳手架是為醫(yī)療目的而設(shè)計的材料,用來刺激新的有機組織的形成。它們?yōu)榻M織的發(fā)育提供了物理結(jié)構(gòu),最終引導(dǎo)細胞生長到所需的形狀和形狀。


紐約的科學(xué)家們沒有靈活,而是通過模仿骨頭的形狀和成分來優(yōu)化愈合。這些骨頭用β-磷酸三鈣打印,然后過熱到最后的陶瓷狀態(tài)。在3D打印部分加入一種特殊的雙嘧達莫涂層,以加快新的骨形成和吸引骨干細胞。


來自英國東安格利亞大學(xué)的科學(xué)家和動物健康信托基金一起,正在開發(fā)3D打印技術(shù)。支持馬骨再生的支架.


3D打印髖關(guān)節(jié)置換

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3D打印骨骼部件并不是什么全新的東西,至少對于髖關(guān)節(jié)植入物來說不是這樣。早在2007年,意大利外科醫(yī)生格拉皮奧洛和阿卡姆(現(xiàn)在是GE的一部分)開發(fā)并成功植入了世界上**個3D打印髖臼組件(髖關(guān)節(jié)杯)。


達美-TT杯是一個半球形的部分,容納股骨頭,旋轉(zhuǎn)球的組成部分,允許腿的多方向運動。杯子的外表面附著在病人的臀部上,并將整個植入物固定在適當?shù)奈恢?。這個故意不規(guī)則的表面3D金屬印刷促進骨粘附,促進細胞在這些部位之間的生長。


十多年來,這家斯堪的納維亞3D打印機公司生產(chǎn)了100,000多個髖部杯植入物有600多個由Grappiolo博士自己植入。


關(guān)于耐用性,這位意大利外科醫(yī)生認為這種植入物可以維持病人的整個生命。雖然還沒有辦法證明格拉皮奧洛的**個病人的植入物仍然和其他人一樣強大.


3D打印顱骨植入物模具

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3D打印可以幫助不同形式的骨移植。而不是生產(chǎn)實際的部分,將植入,為這些部分創(chuàng)造模具可以是一個更簡單,但偉大的解決方案,許多情況下。


顱骨成形術(shù)是通過增加植入物,包括有機體或合成物來修復(fù)患者顱骨的過程,主要是為了保護大腦和整容。在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中,這是一個眾所周知的程序,但它確實帶來了挑戰(zhàn).


常用的材料是陶瓷(羥基磷灰石)或聚合物(PMMA)。這些醫(yī)療級材料通常是粉末形式,需要在高溫燒結(jié),以獲得適當?shù)膹姸群蟪尚汀V踩胛锸窃谑中g(shù)過程中建模的,燒結(jié)通常已經(jīng)發(fā)生在病人的顱骨中。


這里**的問題是燒結(jié)所需的高溫對無保護的病人的大腦是非常有害的。這就是3D打印的手筆。


通過病人的CT掃描,植入體是由外科醫(yī)生定制的模型,這樣模子就可以用聚合物打印出來。然后,實際的植入物是在手術(shù)前使用模具的制造商,既避免了過熱,也縮短了整個手術(shù)的持續(xù)時間。


這是一種令人難以置信但又廉價的解決方案,正在全球范圍內(nèi)使用,尤其是在歐洲, 印度,和巴西。非常鼓舞人心!


通過3D打印機來制作骨骼模型、植入物及模具,可以快速制作更復(fù)雜更吻合的骨科產(chǎn)品,為醫(yī)生減壓,為患者造福??萍既藛T仍在不斷開發(fā)新的3D打印材料,以便在醫(yī)療領(lǐng)域獲得更大突破。


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