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(jiàn)。作為一種治療方法，醫(yī)生從捐獻(xiàn)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(dāng)?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(jìn)程有一些明顯的缺陷。首先，植骨必須切割，才能準(zhǔn)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(duì)于那些丟失大量骨頭的人來(lái)說(shuō)，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(guò)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€(gè)供骨者：他們可以簡(jiǎn)單地掃描該區(qū)域，并對(duì)新骨的結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模。

用技術(shù)三維掃描通過(guò)建模，每個(gè)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(dāng)尋找拯救一個(gè)肢體，這是另一個(gè)原因，3D打印是一個(gè)很好的候選解決方案。

一旦通過(guò)3D打印機(jī)制作出來(lái)，骨頭就可以植入病人體內(nèi)。理想情況下，骨移植會(huì)隨著新骨的生長(zhǎng)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(lái)，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(duì)病人進(jìn)行CT掃描的基礎(chǔ)上，工程師們與外科醫(yī)生一起設(shè)計(jì)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(kāi)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(gè)CT骨3D打印材料使植入物能夠模仿真實(shí)骨骼的孔隙度。

這個(gè)過(guò)程還在測(cè)試中，還沒(méi)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(lái)的分析顯示，在移植過(guò)程中，骨組織甚至骨髓開(kāi)始形成。雖然這個(gè)項(xiàng)目自2018年以來(lái)沒(méi)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?yàn)樗梢员磺懈睿堉?，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(qiáng)真實(shí)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(dāng)支架，以其孔隙度和吸光度鼓勵(lì)血管和細(xì)胞的生長(zhǎng)。

這種材料是很有希望的，因?yàn)樗鼘⑹枪且浦矄?wèn)題的廉價(jià)解決方案。它是負(fù)擔(dān)得起的制造，可以在室溫下3D打印，并存儲(chǔ)長(zhǎng)達(dá)一年。例如，發(fā)展中國(guó)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(kāi)發(fā)他們自己的3D打印骨骼。他們的目標(biāo)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(jì)的材料，用來(lái)刺激新的有機(jī)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(xì)胞生長(zhǎng)到所需的形狀和形狀。

紐約的科學(xué)家們沒(méi)有靈活，而是通過(guò)模仿骨頭的形狀和成分來(lái)優(yōu)化愈合。這些骨頭用β-磷酸三鈣打印，然后過(guò)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(dá)莫涂層，以加快新的骨形成和吸引骨干細(xì)胞。

來(lái)自英國(guó)東安格利亞大學(xué)的科學(xué)家和動(dòng)物健康信托基金一起，正在開(kāi)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(duì)于髖關(guān)節(jié)植入物來(lái)說(shuō)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(kāi)發(fā)并成功植入了世界上**個(gè)3D打印髖臼組件(髖關(guān)節(jié)杯)。

達(dá)美-TT杯是一個(gè)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(yùn)動(dòng)。杯子的外表面附著在病人的臀部上，并將整個(gè)植入物固定在適當(dāng)?shù)奈恢?。這個(gè)故意不規(guī)則的表面3D金屬印刷促進(jìn)骨粘附，促進(jìn)細(xì)胞在這些部位之間的生長(zhǎng)。

十多年來(lái)，這家斯堪的納維亞3D打印機(jī)公司生產(chǎn)了100,000多個(gè)髖部杯植入物有600多個(gè)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(rèn)為這種植入物可以維持病人的整個(gè)生命。雖然還沒(méi)有辦法證明格拉皮奧洛的**個(gè)病人的植入物仍然和其他人一樣強(qiáng)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(shí)際的部分，將植入，為這些部分創(chuàng)造模具可以是一個(gè)更簡(jiǎn)單，但偉大的解決方案，許多情況下。

顱骨成形術(shù)是通過(guò)增加植入物，包括有機(jī)體或合成物來(lái)修復(fù)患者顱骨的過(guò)程，主要是為了保護(hù)大腦和整容。在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中，這是一個(gè)眾所周知的程序，但它確實(shí)帶來(lái)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(jí)材料通常是粉末形式，需要在高溫?zé)Y(jié)，以獲得適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度后成型。植入物是在手術(shù)過(guò)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(wèn)題是燒結(jié)所需的高溫對(duì)無(wú)保護(hù)的病人的大腦是非常有害的。這就是3D打印的手筆。

通過(guò)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(lái)。然后，實(shí)際的植入物是在手術(shù)前使用模具的制造商，既避免了過(guò)熱，也縮短了整個(gè)手術(shù)的持續(xù)時(shí)間。

這是一種令人難以置信但又廉價(jià)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(guò)3D打印機(jī)來(lái)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(kāi)發(fā)新的3D打印材料，以便在醫(yī)療領(lǐng)域獲得更大突破。