國內醫療行業在3D打印關節植入物方面的研發成果舉例(2)
全膝關節置換植入物的個性化設計和制造
北京大學第三醫院與華南理工大學對基于互聯網、數字化設計和3D打印的全膝關節醫工結合制造體系進行了探索。
在這個制造體系中,異地設置的三個工作站將醫生、設計人員和工程人員聯系在一起,其中融合了醫學圖像處理技術、虛擬手術規劃、信息交流、個性化交互設計、產品性能快速分析和3D打印技術。
通過該系統醫生能隨時了解膝關節假體設計、制造情況,設計人員能根據患者的膝關節形態設計出其個人適用的假體,并能隨時根據醫生的方案,對假體設計進行修改,最后工程人員使用3D打印技術制造出設計的假體,生產出與患者膝關節最佳匹配的個性化膝關節假體,在最少切骨量的基礎上保證假體與膝關節的最佳匹配,達到效果最優化。
這個模式不僅能夠擺脫現有假體產品不能良好匹配膝關節結構的困擾,而且使對患者個性化、定制化置換手術方案成為可能。
可用于膝關節、髖關節等植入物3D打印的納米氧化鋯強韌化鈦合金材料
鈦合金材料是醫療領域應用廣泛的材料,具有密度低、比強度高、機械性能好、耐腐蝕和良好的生物相容性等特點。但是鈦合金骨科植入物強度與韌性不能很好地滿足長期(一般十年以上)使用要求,彈性模量也與人體不匹配,進一步改善鈦合金的力學性能成為植入物制造領域研究方向之一。蘇州云植醫學技術有限公司以在鈦合金材料中添加納米氧化鋯陶瓷材料和3D打印技術為切入點,在此領域展開了探索。
首先,利用部分納米氧化鋯增韌強化機理,將納米氧化鋯添加到鈦合金粉末中。其次,利用3D設計軟件根據不同個體需求設計相匹配的多孔人工植入物模型,進而將設計好的三維數據模型導入計算機進行分層切片處理,并通過金屬3D打印技術進行植入物的制造。在3D打印熔化粉末材料的過程中,材料中穩定的氧化鋯實現固溶強化和彌散強化,不穩定的氧化鋯將在打印高溫以及冷卻的過程中發生相變,從而實現相變增韌和微裂紋增韌。用氧化鋯增韌鈦合金材料制造的植入物,可以增加使用壽命,減少病人二次手術的痛苦。
3D打印技術制備出的具有表面多孔結構的鈦合金人工植入物,不僅為骨細胞的再生提供了合適的微環境,還使植入物與人骨彈性模量相近,從而減少應力屏蔽效應,防止骨質疏松而造成再次骨折。此外,便于根據用戶的不同情況進行個性化定制,滿足客戶的不同需求和特殊要求,提高骨科植入物與患者的匹配性。
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