【科技前沿】3D打印鈦合金人體骨骼,原來“換骨”術早就有了

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最近在追美劇《良醫》,看到一個特別高科技的片段,3D打印鈦合金腿骨,完美替代已經受傷的腿骨,避免了病人截肢的風險。 看完后,好奇心驅使下,搜了一下這個技術,沒想到對于鈦在醫療植入上的應用,很早就已經存在了。在1940年,就有學者報道了鈦植入物與小鼠股骨之間的惰性表現。1951年,又有學者進一步證實了純鈦相比其他傳統植入物材料,擁有更好的的生物相容性能。但由于當時鈦合金生產成本高昂,在醫學領域的應用發展一直較為緩慢。

自20世紀60年代,純鈦開始作為人體植入物被應用于臨床口腔研究。隨著具有更加優異使用性能的Ti-6Al-4V合金的開發,鈦合金開始被廣泛應用于醫用植入物市場。

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在我們國家,這樣的植入手術已經成功了好幾例:

2015年,唐都醫院為病人換上3D打印鈦合金胸骨

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2016年,清華大學附屬醫院長庚:完成世界首例3D打印鈦合金骶骨植入;

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2017年,西安交大第一附屬醫院神經外科為患者進行的顱骨修補手術,利用的是3D打印頭部顱骨;


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這種案例還有很多,在國外也有很多應用:

西班牙薩拉曼卡大學醫院的手術小組委托遠在澳大利亞墨爾本的Anatomics醫療設備公司,為患者量身打造了一個結構非常復雜的鈦金組件,以便能夠與患者的胸骨和肋骨結構結合得天衣無縫。

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由于經過多年試驗,鈦合金3D打印植入物臨床應用表現優異。

中國醫療3D打印產業化做得最具規模的廠商愛康醫療,于2020年3月23日發布了2019年度業績公告,公司2019年實現收入9.27億元人民幣,同比增長54.3%,實現歸母凈利潤2.67億元,同比增長84.2%,業績非常亮眼。

他們在公告中表示,收入大幅增長的主要原因包括:

  • 借助3D打印技術和3DACT平臺樹立品牌形象,并取得額外市場份額;

  • 利用國際學術資源積極開拓市場;

  • 由于需求不斷增加,關節手術在中國內地更多的醫院內進行,因而有效地推動了3D打印骨科產品和常規髖膝關節產品的銷售。

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△電子束金屬3D打印技術生產的鈦合金骨小梁多孔髖臼杯,2015年獲食品藥品監督管理總局上市許可,具有優異的骨長入效果

據了解,愛康醫療剛在常州投資新建了一個大型的骨科產品生產工廠,將大大超過北京工廠的產能;另外,目前已經一共部署了超過10臺金屬3D打印機(大多數是Arcam電子束金屬3D打印機),專門用作骨科植入物的生產和研發。

據了解,愛康醫療剛在常州投資新建了一個大型的骨科產品生產工廠,將大大超過北京工廠的產能;另外,目前已經一共部署了超過10臺金屬3D打印機(大多數是Arcam電子束金屬3D打印機),專門用作骨科植入物的生產和研發。

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△電子束金屬3D打印過程實拍

這種采用高能高速的電子束選擇性地轟擊金屬粉末,從而使得粉末材料熔化成形的快速制造技術。工藝過程為:先在鋪粉平面上鋪展一層粉末;然后,電子束在計算機的控制下按照截面輪廓的信息進行有選擇的熔化,金屬粉末在電子束的轟擊下被熔化在一起,并與下面已成形的部分粘接,層層堆積,直至整個零件全部熔化完成;最后,去除多余的粉末便得到所需的三維產品。上位機的實時掃描信號經數模轉換及功率放大后傳遞給偏轉線圈,電子束在對應的偏轉電壓產生的磁場作用下偏轉,達到選擇性熔化。

這么先進的醫療技術給很多人帶去了希望,也挽救了很多家庭。3D打印技術還在繼續發展,科學家也在積極的研究帶有細胞的3D打印技術,相信不久的將來,這種無生命的3D打印技術可以變為有生命的打印技術,更好的為人們服務。


部分資料來源:南極熊3D打印網

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