3D打印骨骼在醫(yī)療骨科領(lǐng)域的應(yīng)用探索

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。

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

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

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

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

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

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。