【科技前沿】3D打印钛合金人体骨骼,原来“换骨”术早就有了

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最近在追美剧《良医》,看到一个特别高科技的片段,3D打印钛合金腿骨,完美替代已经受伤的腿骨,避免了病人截肢的风险。 看完后,好奇心驱使下,搜了一下这个技术,没想到对于钛在医疗植入上的应用,很早就已经存在了。在1940年,就有学者报道了钛植入物与小鼠股骨之间的惰性表现。1951年,又有学者进一步证实了纯钛相比其他传统植入物材料,拥有更好的的生物相容性能。但由于当时钛合金生产成本高昂,在医学领域的应用发展一直较为缓慢。


自20世纪60年代,纯钛开始作为人体植入物被应用于临床口腔研究。随着具有更加优异使用性能的Ti-6Al-4V合金的开发,钛合金开始被广泛应用于医用植入物市场。



在我们国家,这样的植入手术已经成功了好几例:

2015年,唐都医院为病人换上3D打印钛合金胸骨



2016年,清华大学附属医院长庚:完成世界首例3D打印钛合金骶骨植入;



2017年,西安交大第一附属医院神经外科为患者进行的颅骨修补手术,利用的是3D打印头部颅骨;


这种案例还有很多,在国外也有很多应用:

西班牙萨拉曼卡大学医院的手术小组委托远在澳大利亚墨尔本的Anatomics医疗设备公司,为患者量身打造了一个结构非常复杂的钛金组件,以便能够与患者的胸骨和肋骨结构结合得天衣无缝。

由于经过多年试验,钛合金3D打印植入物临床应用表现优异。

中国医疗3D打印产业化做得最具规模的厂商爱康医疗,于2020年3月23日发布了2019年度业绩公告,公司2019年实现收入9.27亿元人民币,同比增长54.3%,实现归母净利润2.67亿元,同比增长84.2%,业绩非常亮眼。

他们在公告中表示,收入大幅增长的主要原因包括:

  • 借助3D打印技术和3DACT平台树立品牌形象,并取得额外市场份额;

  • 利用国际学术资源积极开拓市场;

  • 由于需求不断增加,关节手术在中国内地更多的医院内进行,因而有效地推动了3D打印骨科产品和常规髋膝关节产品的销售。

 
△电子束金属3D打印技术生产的钛合金骨小梁多孔髋臼杯,2015年获食品药品监督管理总局上市许可,具有优异的骨长入效果


据了解,爱康医疗刚在常州投资新建了一个大型的骨科产品生产工厂,将大大超过北京工厂的产能;另外,目前已经一共部署了超过10台金属3D打印机(大多数是Arcam电子束金属3D打印机),专门用作骨科植入物的生产和研发。


据了解,爱康医疗刚在常州投资新建了一个大型的骨科产品生产工厂,将大大超过北京工厂的产能;另外,目前已经一共部署了超过10台金属3D打印机(大多数是Arcam电子束金属3D打印机),专门用作骨科植入物的生产和研发。

△电子束金属3D打印过程实拍

这种采用高能高速的电子束选择性地轰击金属粉末,从而使得粉末材料熔化成形的快速制造技术。工艺过程为:先在铺粉平面上铺展一层粉末;然后,电子束在计算机的控制下按照截面轮廓的信息进行有选择的熔化,金属粉末在电子束的轰击下被熔化在一起,并与下面已成形的部分粘接,层层堆积,直至整个零件全部熔化完成;最后,去除多余的粉末便得到所需的三维产品。上位机的实时扫描信号经数模转换及功率放大后传递给偏转线圈,电子束在对应的偏转电压产生的磁场作用下偏转,达到选择性熔化。


这么先进的医疗技术给很多人带去了希望,也挽救了很多家庭。3D打印技术还在继续发展,科学家也在积极的研究带有细胞的3D打印技术,相信不久的将来,这种无生命的3D打印技术可以变为有生命的打印技术,更好的为人们服务。


部分资料来源:南极熊3D打印网

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