從顱骨、胸肋骨到胡桃夾綜合征，借助3D打印技術已完成上百例PEEK植入手術
上海2023年6月26日 /美通社/ -- 近年來，PEEK在3D打印人體硬組織替代物領域的應用受到廣泛關注。PEEK 材料的生物相容性和化學穩定性優異，密度和力學性能均與人體骨骼接近，是一種理想的骨替代物材料，也是替代骨科、脊柱和顱頜面等外科手術中金屬植入物和假體的主要候選材料。與3D打印技術結合有望在骨科植入物領域得到廣泛應用。遠鑄智能攜手空軍軍醫大學唐都醫院的PEEK 3D打印先進醫療應用案例是這一領域的開拓性實踐。
從顱骨、胸肋骨到胡桃夾綜合征治療的PEEK 3D打印植入物
頭顱重建手術
傳統的顱骨植入手術通常使用硬度高、質量輕的鈦合金網片來修復損傷或填補空隙。與此同時，醫學界也在不斷探尋新型醫療植入材料，更好地提升手術效果及患者術后體驗。
顱骨PEEK植入導板方案圖片
那么，是否有一種技術能最大程度滿足手術需求？
空軍軍醫大學唐都醫院某患者患有頭部腫瘤，需要進行顱骨植入手術來修復損傷區域。根據患者的CT掃描數據，醫生使用CAD軟件設計了一套“量身定做”的顱骨片結構。通過借助INTAMSYS遠鑄智能的3D打印技術，利用高性能PEEK材料進行FDM（熔融沉積建模）打印定制化顱骨片。手術中，醫生根據設計方案精確植入顱骨片，成功修復了患者頭顱的損傷區域。術后復查顯示，顱骨片與患者的自然骨骼完美嵌合，無偽影問題，且患者術后恢復順利。
多樣化的手術植入物應用
2018年，唐都醫院泌尿外科與空軍軍醫大學3D打印研究中心使用PEEK人體仿生材料制造人體植入物，共同實施了世界上首例采用3D打印技術的胡桃夾綜合征治療手術。
空軍軍醫大學3D打印研究中心打破傳統，借助INTAMSYS遠鑄智能的FDM/FFF 3D打印技術制作新式植入物，完成了多例PEEK胸肋骨置換手術。
采用遠鑄智能FUNMAT PRO 610進行3D打印的PEEK胸肋骨植入物
迄今為止借助3D打印技術已完成上百例PEEK植入手術，患者術后均有所好轉。
與3D打印結合激發PEEK材料新潛力
隨著醫療植入物從舊式標準型大規模生產向患者匹配型及定制化植入物生產的轉變，3D打印在醫療植入物制造行業中占據了重要地位，3D打印技術為批量生產患者匹配型與小規模定制化PEEK 植入物生產帶來了可行性。
基于材料擠出工藝的FDM/FFF 3D打印技術，是其中一種相對傳統制造方式而言經濟、高效的小批量生產方式。例如，在上述唐都醫院的頭顱重建手術應用中，醫療團隊通過遠鑄智能的FDM/FFF 3D打印技術制造為患者“量身設計”的PEEK 植入物，顱骨片與患者的自然骨骼完美嵌合，有助于患者的術后恢復。
而借助增材制造-3D打印技術在制造復雜設計結構的優勢，為從設計層面上改善PEEK 材料的生物活性具有積極作用。例如，3D打印技術能夠成就具有互連和集成的多孔結構，促進PEEK 植入物的骨整合，改進X射線檢查效果，實現與人體松質骨緊密匹配的彈性模量。
PEEK FDM/FFF 3D打印的挑戰
制造裝備和工藝的穩定性是PEEK 3D打印醫療植入物走向產業化應用的必要條件之一。由于PEEK的高熔點，而需要高的熱處理條件。升高的加工溫度與PEEK的高結晶速度相結合會導致過大的熱應力（打印層之間分布不均勻），并可能導致熱裂紋，3D打印PEEK部件中的層間附著力差和部件翹曲。因此，PEEK FDM/FFF 3D打印遠比很多工程塑料、通用塑料的過程復雜和具有挑戰性，需要通過專業的制造技術，以及適合PEEK 材料的FDM 3D打印設備，來開發高質量的PEEK 3D打印零件。
高性能材料3D打印本質上是對高分子材料的熱加工，3D打印設備的腔室熱設計及適合的腔室溫度將增強高分子材料層間結合強度，并減少因為冷卻以及殘余應力而導致的收縮和變形。不同材料在材料擠出3D打印過程中對于腔室溫度要求不一，3D打印PEEK高性能材料所需的腔室溫度需要達到150-250攝氏度。
INTAMSYS FUNMAT PRO 610HT
以遠鑄智能的FUNMAT PRO 610HT高性能材料3D打印設備為例，該設備具有全封閉式成型腔室，3D打印平臺與腔室溫度控制范圍為室溫至300攝氏度，設備通過雙側循環熱風道控制腔室加溫，同步加熱打印床溫度，外部搭配加厚保溫層減少熱量散失，達到預設溫度并經過一段時間穩定后，整個腔室內部溫度場高度均一，溫控精度在300攝氏度正負2.5%范圍內。正因其出色的高溫性能，遠鑄智能的FUNMAT PRO 610HT 3D打印設備主要被用于PEEK、ULTEM、PPSU等高附加值材料的增材制造，并能夠滿足市面上絕大多數FDM/FFF材料的3D打印需求。相比在普通3D打印機僅通過打印平臺加熱的方式，FUNMAT PRO 610HT 可以進一步保證3D打印部件第一層與打印平臺有高強度粘接力，且使材料在3D打印過程中各部位受熱溫度均勻，有利于大尺寸樣品成型，避免翹曲等情況，為PEEK材料的高質量3D打印提供了良好保障。
無論是顱骨、胸骨還是胡桃夾植入，定制化的植入方案將更加精準和高效，為患者提供更好的治療體驗和恢復效果。3D打印技術也不停地為骨骼重建、義肢制造等其他醫療領域提供更多的創新和突破。我們相信，未來的醫療領域將充滿著3D打印技術所帶來的無限可能性。
