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3D 打印医疗植入物:发现一些最具创新性的项目

来源:原创

发布时间:2021-10-09 15:19:02

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到2025 年,3D打印医疗植入物领域的增材制造预计将达到2.7 亿美元。之前,我们向您展示了一系列市场上最具创新性的3D 打印矫形器。3D打印可以定制医疗植入物,以满足每个患者的特定需求。使用 3D 打印创建的解决方案在设计、制造时间、相关成本以及患者舒适度和植入体验方面经常优于传统植入方法。今天,我们来看看 3D 打印的植入物——通常在很长一段时间内用于修复器官、治疗疾病或补充功能。今天的 3D 打印植入物由钛制成,钛是医疗部门因其生物相容性而备受推崇的金属。身体通常很好地接受这种材料,这是植入植入物的关键组成部分。您将在下面找到一些 3D 打印植入物的示例 - 此列表并不详尽,因此请随时在文章底部分享您的评论!

3D 打印医疗植入物:发现一些最具创新性的项目

当然,植入物不仅仅包括骨骼,尽管它们更容易制造,因此在市场上的产量更高。最近,我们还看到了最初由有机组织制成的部件的植入物示例。例如,这个仿生心脏瓣膜假体的案例,这是使用硅胶 AM 制成的。这些人造 3D 打印心脏瓣膜由苏黎世联邦理工学院和南非公司 Strait Access Technologies 的一组研究人员合作创建,旨在替代老龄化人口中的瓣膜。研究人员决定用硅胶制造阀门,因为它与人体相容。此外,通过使用 3D 打印,他们将能够制造出与患者更完美匹配的瓣膜。应该指出的是,虽然最初的结果很有希望,但他们估计这些 3D 打印的心脏瓣膜真正上市还需要 10 年的时间。

 

超越骨骼的 3D 打印的另一个应用是视网膜。在这种情况下,一位澳大利亚工程师开发了一种由碳制成的 3D 打印人造视网膜,以帮助人们再次看到。悉尼大学的 Matthew Griffith 博士在意识到本质上,就像计算机一样,身体只是一种碳基半导体时取得了突破。有了这些知识,他确定他可以通过创造一种碳(因此完全生物兼容)设备来复制眼睛,该设备吸收光然后产生电荷,就像眼睛一样。此外,得益于 3D 打印的低成本制造,他完全有可能自己设计这种人造视网膜。虽然该设备实际上还没有完成,甚至要到未来三到五年才会进入临床研究,

 

据统计,每年有近100万人接受膝关节和髋关节手术,是最常见的置换手术之一。然而,许多这些替代品都失败了,令人惊讶的是,尽管如此,在过去 50 年左右的时间里,联合重建技术并没有发生重大变化。美国公司 Monogram Orthopedics 致力于改变这种状况。他们目前正在开发一种结合 3D 打印和机器人技术的产品解决方案,以实现骨科植入物的大规模个性化。据该公司称,这些植入物的设计目的是最大限度地接触皮质和稳定性,并设计出尽可能接近患者原始解剖结构的部件(得益于 CT 扫描,这将允许原始骨骼结构的 3D 表示和 3D 打印尽可能使用钛合金),使植入物的痛苦更小,失败的可能性更小。虽然他们还没有将该产品商业化,但他们已经取得了许多成就,包括筹集了 1670 万美元,并且已经在 2021 年 3 月完成了他们的第一个全膝关节置换术(TKA)手术。

 

AB Dental 使用选择性激光烧结(SLS) 来创建定制的种植体系统,并在口腔颌面领域创新了技术和应用。与传统方法相比,该公司的系统允许医生更精确地计划牙齿和面部修复治疗。该公司为患者提供多种修复性 3D 打印植入物,包括窦顶增强、眼眶骨修复和用于再吸收颌骨的骨膜下植入物。

 

Particle3D以“We Print Bone”为商标,于 2014 年由两名医学工程专业的学生和他们的教授推出,旨在开发一种新的解决方案来替代被破坏或手术切除的骨骼。今天,Particle3D 正在进一步开发基于患者自己的 CT/MRI 扫描的患者特定骨植入物,从而产生 3D 打印的植入物,提供独特的类似骨骼的内部结构,包含微孔和大孔——就像真正的骨骼一样。

 

NanoHive Medical 是 3D 打印脊柱椎间融合植入物的先驱。该公司使用其专有的仿生软钛晶格技术,为外科医生及其患者提供生物力学弹性模量特性、精确的诊断成像以及成骨细胞吸引和整合——所有这些都可以减少患者的僵硬或不适感,相比之下更快的植入物稳定性到现有的PEEK植入方法。

3D 打印医疗植入物:发现一些最具创新性的项目

美国公司 Nexxt Spine 多年来一直专注于制造脊柱疾病植入物。借助 Nexxt Matrixx,该公司实现了另一项创新:3D 打印钛植入物旨在支持成骨、改善表面形貌并促进血管生成因子的产生。命名似乎受到植入物 75% 多孔网格的启发,该网格促进骨整合和放射学可视化。该公司在制造植入物时使用 GE Additive 的设备,因此依靠 DMLM 工艺来制造钛零件。Nexxt Spine 的创始人 Andy Elsbury 表示,患者和诊所尤其受益于钛植入物的强度和生物相容性。

 

眼眶是眼睛所在的骨腔,每个骨腔的形状因人而异。因此,眼眶周围的手术程序复杂且通常很长,尤其是在植入物方面:医生必须确保眼眶的位置及其正确插入。在香港理工大学工业中心,一个团队 3D 打印模型来促进这些操作。该团队从扫描仪和患者的 X 射线开始创建 CAD 模型。然后,她在 Stratasys 机器上用生物相容性热塑性塑料打印模具的上部和下部,然后将一块钛压入模具中以获得植入物的形状。这本身不是 3D 打印的植入物,但我们想向您展示这个应用案例,它可以显着减少操作时间。

 

2019 年 2 月,我们向您通报了医学界的重大突破:3D 打印机制造商 IEMAI 3D 和昆明大学医院成功植入了使用 PEEK(一种高耐受性和生物相容性高性能热塑性塑料)3D 打印的锁骨。接受这种 3D 打印植入物的患者患有癌症,不得不接受化疗,无法接受金属植入物。有问题的设备是量身定制的:增材制造可以更快、更轻松地满足患者的要求。看来PEEK被后者的身体很好的接受了。植入物是在 IEMAI 3D MAGIC-HT-M 机器上打印的。

 

锤子、砧子和马镫是位于我们耳朵中的三块骨头,是人体中最小的骨头,因为它们在出生后不会生长。因此,它们的形状、大小和位置对于耳朵的正常功能非常重要。然而,有时这些骨头会断裂,需要更换。这就是在南非发生的事情,一名患者在车祸后植入了 3D 打印的钛骨。在对他的中耳进行 3D 扫描后,手术背后的外科医生团队能够对定制的植入物进行建模,然后将其打印在粉末床激光融合机上。在这种情况下,钛因其生物相容性和强度而受到青睐。

 

小骨是人体最小的骨骼之一。图片显示的是一个真正的小骨,而不是植入物。

 

Anelia Myburgh 是一位来自墨尔本的澳大利亚女性,她通过增材制造技术改善了生活质量。由于她的下颌和牙齿上长有恶性肿瘤,医生被迫将其切除,导致该女子面部毁容,下颌骨丢失 80% 以上。de Myburgh 的案例促使颌面外科医生 George Dimitroulis 探索了增材制造用于创建定制模型的可能性。因此,他创造了一种具有钛框架的颌骨植入物,能够结合骨移植物。经过5个多小时的手术和几个月的恢复,我们可以肯定手术是完全成功的,这项技术的进步给了Anelia生活中的安全感和信心。

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由于乳腺癌,71 岁的威尔士人 Peter Maggs 接受了 8 小时的手术切除肿瘤。在手术过程中,他的三根肋骨和部分胸骨被切除了,所以医生们寻找一种方法来替换缺失的部分。为此,他们转向金属增材制造,特别是雷尼绍解决方案,以创建高品质、生物相容的肋骨模型。心胸外科医生 Ira Goldsmith 解释说,使用 3D 打印假肢的主要好处之一是它可以完全为患者量身定制。他证明了这一点,为 Maggs 提供了快速高效的解决方案。

 

2018 年,在保加利亚,Ivaylo Josifov 因扁桃体炎来到医院,并带着一根新的 3D 打印肋骨离开。全国首创。医生发现他的肋骨有畸形,压在肺部,促使他立即进行手术。为了治愈它,与波兰 3D 打印机制造商 3DGence 合作,医生们决定使用增材制造。为此,他们首先对患者骨骼进行了 3D 扫描,然后用柔性聚酰胺 3D 打印出来。由于手术以及3D打印玩家和医生之间的合作,Ivaylo Josifov现在身体健康。

 

Tiffany Cullern 是一位来自英国的年轻女性,她在 20 岁时遭受了脑瘤的命运。这是一种幼年骨化纤维瘤,一种良性肿瘤,必须迅速切除,以免损伤年轻女性的大脑。因此,医生决定让蒂芙尼接受 6 小时的手术切除肿瘤。虽然手术很顺利,但两天后女孩没有反应:她的大脑肿了。因此,为了减轻压力,医生不得不切除部分头骨,而这位英国妇女在手术后的前三周内不得不减少 12.7 厘米的头骨。然后她被植入了一个由钛、塑料和钙制成的 3D 打印植入物,此后取代了头骨的缺失部分。

 

在人类和狗中,一小层软骨可以保护关节表面,并使骨骼能够正常滑动。不幸的是,随着时间的推移,这种软骨会分解,导致骨关节炎,从而导致关节疼痛。为了克服这个问题,北卡罗来纳州立大学的研究人员开发了一种基于纺织品的植入物,其中含有来自患者干细胞的软骨。部分是 3D 打印的,这种类型的植入物已经在一组有髋关节问题的狗身上成功进行了测试。这一组被分成两部分,一部分接受了植入物,另一部分没有。可以想象,接受植入物的狗在手术后 4 个月恢复了全部潜力。

 

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