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产品应用


钛金属3D打印件在医学领域的应用

[ 信息发布:本站 | 发布时间:2021-11-24 | 浏览:389次 ]

钛及钛合金的优良性能,质轻耐腐蚀、亲生物性等,使其广泛被医学领域选用,大量用于外科人体关节骨骼植入,并取得了良好的人体骨骼损伤治疗效果。在性价比和与人体相融性上,是至今发现的金属中亲生物性最好的医用材料,可长期与人体融合生长在一起,已成为医学界不可或缺的生物金属材料。钛之所以把它称为生物金属材料就是指将其植入生物体内能修复器官和恢复其功能的材料,可以制成牙齿和骨骼,也可以制成如心脏瓣膜、脑膜、腹膜之类软组织。植入体内的金属件总是浸泡于血液、淋巴液、关节润液等体液之中,因此必须具有很高的抗蚀性和长期的稳定性,必须对人类植物神经和味觉无丝毫排异等影响的金属,钛及某些钛合金就是这样的材料,所以被称为亲生物金属。

经过70多年来的发展和应用,工业纯钛、钛合金(Ti-6Al-4VTi-6Al-4VELI)等已成为呱呱叫的亲生物金属材料,在国内外医疗界获得了广泛的应用。特别是3D打印技术问世以来,通过电脑等手段,根据不同个体的骨骼形状、大小差异,能精确的扫描出创伤部位骨骼的形状并建模,再通过3D打印出临床所需的钛及钛合金创伤骨髓形状尺寸,精准的植入受损部位,使伤口完好的愈合,与肉体生长的在起,从而最大限度的恢复创伤部位的功能,达到现想的治疗效果。在此对3D打印钛合金医用产品作一简要的介绍。

1钛金属头盖骨

2014828日,46岁的陕西周至农民胡某在自家盖房子时,从3层楼坠落后砸到一堆木头上,左脑盖被撞碎,在当地医院手术后,胡某虽然性命无损,但左脑盖凹陷,在别人眼里成了个“半头人”。除了面容异于常人,事故还伤了胡某的视力和语言功能。医生为帮其恢复形象,采用3D打印技术辅助设计缺损颅骨外形,设计了钛金属网重建缺损颅眶骨,制作出缺损的左“脑盖”,最终实现左右对称。

2钛合金脊椎

20148月,北京大学研究团队成功地为一名12岁男孩植入了3D打印钛合金脊椎,这属全球首例。据了解,这位小男孩的脊椎在一次足球受伤之后长出了恶性肿瘤,医生不得不选择移除掉肿瘤所在的脊椎。不过,这次的手术比较特殊的是,医生并未采用传统的脊椎移植手术,而是植入了3D打印的钛合金脊椎,它可以跟现有骨骼非常好地结合起来,而且还能缩短病人康复时间。由于植入的3D脊椎可以很好地跟周围的骨骼结合在一起,所以它并不需要太多的“铆钉”。此外,研究人员还在上面设立了微孔洞,以帮助骨骼在合金之间生长,换言之,植入的3D打印钛合金脊椎将跟原骨头脊柱牢牢地生长在一起,这也意味着手术植入的脊椎与基体组织融合在一起了,未来不会发生松动。

3、钛手掌

201410月,英国医生和科学家们使用3D打印技术为苏格兰一名5岁女童装上钛金属手掌。她出生时左臂没有手掌,只有手腕。在医生和科学家的合作下,为她设计了专用假肢并成功安装,恢复了女孩左手的一些功能。

43D打印钛金“下颌骨”

20174月,一位李先生在武汉大学口腔医院被检查出右下牙龈细胞癌,需接受了右下颌骨部分切除手术。 武汉大学口腔医院口腔颌面头颈肿瘤外科副主任贾俊教授,给李先生制定了3D打印钛合金“下颌骨”移植手术方案,通过CT扫描、电脑建模,用3D扫印的钛合金“下颌骨”,通过了外形、结构、力学强度等全方面考核后,被移植到李先生右下颌骨缺损处,术后恢复良好,面容恢复得与以前基本一致,这也标志着华中地区第一例3D打印钛合金“下颌骨”移植手术获得成功。

贾教授介绍,钛合金材料具有很好的生物相容性,在人体没有出现排异的情况下,可以长期保留在体内。这种材料在医院骨科常用于髋关节、股骨头置换、脊椎椎体置换及种植牙的种植体等。

5钛制胸骨和胸腔

近期科学家为传统的3D打印身体部件增添了一种钛制的胸骨和胸腔---3D打印胸腔。这些3D打印部件治愈了一位54岁的西班牙人,他患有胸壁肉瘤,这种肿瘤形成于骨骼、软组织和软骨当中。医生不得不切除病人的胸骨和部分肋骨,以此阻止癌细胞扩散。

这些切除部位需要找到替代品,在正常情况下所使用的金属盘会随着时间变得不牢固,并容易引发并发症。澳大利亚克西罗(CSIRO)公司创造了一种钛制的胸骨和肋骨(图2),与患者的几何学结构完全吻合,病人得到良好治疗,一切良好。

6 助狗呼吸的钛合金喉管植入物

20217月国外媒体报道,俄罗斯国立科技大学(NUST MISIS)和生物创造企业(Biomimetix)的科学家与兽医合作,制备出针对哈巴狗的钛镍Ti-Ni合金植入物,可以使有喉塌陷的动物能够自行呼吸,而不必在喉咙里插管。这种插入物是用有形状记功能的钛镍(Ti-Ni)合金制造的,是一种椭圆柱体结构,已进入批重生产。

73D心脏模型

20141013日,纽约长老会医院的埃米尔·巴查博士(Dr.Emile Bacha)医生使用3D打印的心脏救活一名2周大婴儿。在过去,这种类型的手术需要停掉心脏,将其打开并进行观察,然后在很短的时间内决定接下来应该做什么。但有了3D打印技术之后,就可以在手术之前制作出心脏模型,从而可以对其检查,然后决定在手术当中到底应该做什么。这名婴儿原本需要进行三四次手术,而现在一次就够了,这名原本被认为寿命有限的婴儿可以过上正常的生活。3D打印技术能够让医生提前练习,从而减少病人在手术台上的时间。3D模型有助于减少手术步骤,手术也变得更为安全。

20151月,美国迈阿密(Miami)儿童医院,有一位患有“完全型肺静脉畸形引流(TAPVC)”的4岁女孩,由于她的呼吸困难免疫系统薄弱,如果不实施矫正手术仅能存活数周甚至数日。心血管外科医生借助3D心脏模型,通过对小女孩心脏的完全复制3D模型,成功地制定出了一个复杂的矫正手术方案。成功地为小女孩实施了永久手术,小女孩的血液恢复了正常流动,身体在治疗中逐渐恢复正常。

8肝脏模型

日本筑波大学和大日本印刷公司组成的科研团队201578日宣布,已研发出用3D打印机制作的可以看清血管等内部结构的肝脏立体模型工艺。据称,该工艺可以为每位患者制作模型,有助于术前确认手术顺序以及向患者说明治疗方案。

这种模型是根据CT等医疗检查获得患者数据用3D打印机制作的。模型按照表面外侧线条呈现肝脏整体形状,详细地再现其内部的血管和肿瘤。由于肝脏模型内部基本是空洞,重要血管等的位置一目了然。

9、生物细胞3D打印机成功打印出生物血管、 心脏肌泵模型

201510月,中国“863计划”3D打印血管项目取得重大突破,世界首创3D生物血管打印机由四川蓝光英诺生物科技股份有限公司成功研制问世。该机性能先进,仅仅2分钟便可打出10厘米长的血管。不同于市面上现有的3D生物打印机,3D生物血管打印机可以打印出血管独有的中空结构、多层不同种类细胞,这是世界首创。

20207月,美国明尼苏达(Minnesota)大学研究人员在实验室中用人类细胞3D打印出了功能正常的厘米级人体心脏肌泵模型。研究人员称,这种能够发挥正常功能的心脏肌泵模型系统对于心脏病研究来说具有重要意义,而他们的成果向制造人类心脏这样的大型腔室模型迈出了关键一步。

103D打印药品

201585日,首批由阿普雷西亚(Aprecia)制药公司3D打印的SPRITAM(左乙拉西坦,levetiracetam)速溶片得到美国食品药品监督管理局(FDA)上市批准,并于2016年正式售卖。这意味着3D打印技术继打印人体器官后进一步向制药领域迈进,对未来实现精准性制药有着重大意义。该款获批上市的“左乙拉西坦速溶片”采用了Aprecia公司自主知识产权的ZipDose 3D打印技术。

3D打印制药片内部具有丰富的孔洞,有极高的内表面积,能在短时间内迅速被少量的水融化。这样的特性给某些具有吞咽性障碍的患者带来了福音。3D打印制药可以有效地减少由于药品库存而引发的一系列药品发潮变质、过期等问题。事实上,3D打印制药最重要的突破是它能进一步实现为病人量身定做药品的梦想。





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